接地技术在盾构施工中的应用研究

白鹏 李炳杰 张焕杰

中国石油天然管道局第四工程分公司，河北 廊坊 065000

接地技术在盾构施工中的应用研究

白鹏 李炳杰 张焕杰

中国石油天然管道局第四工程分公司，河北 廊坊 065000

目前盾构作为非开挖技术，在地下交通和市政工程方面得到了广泛的应用。但在盾构施工过程中，经常出现设备损坏和误动作等情况，不仅威胁到人员和设备安全，还影响了工程进度。本文结合西气东输二线长江盾构工作，详细分析了接地对电气系统可靠性的影响，论证了接地技术在盾构施工中的重要性。

接地技术；盾构；电气；可靠性

引言

随着大中城市地下交通和江河穿越工程的迅猛发展，盾构施工凭借可以安全开挖和衬砌、不影响地面交通和设施、不影响航运、不受季节、风雨等气候条件影响、没有噪音和扰动等优点得到了日益广泛的应用。盾构机作为大型施工设备，结构复杂配套设施较多，盾构施工过程中经常出现设备损坏和误动作等情况，不仅会造成设备损失和人身伤害，还会影响工程进度。究其原因，多是由于电源质量不稳造成的，而良好的接地则正是改善电源质量的有效途径。

盾构施工的接地系统主要分高压供电接地系统、低压配电接地系统、盾构机接地系统和工地的防雷接地系统四大部分，本文主要就这几个接地系统的设置方法和功能作用进行分析。

1 盾构的高压供电接地系统

由于盾构施工附属设备较多，盾构机本身功率较大，盾构工地都配有独立的箱式变电站，盾构机在隧道内也是采用高压电缆进行供电。例如西气东输二线长江盾构工程，采用的是德国海瑞克公司生产的泥水加压平衡式盾构机，刀盘外径3.8米，隧道长度2580米，属于小断面长距离盾构施工，施工现场的用电负荷达到了2450kVA，采用三台变压器进行供电，盾构机采用6.3kV电压供电。

为了保证高压供电系统的可靠性，箱式变电站必须可靠接地，接地阻值不大于4欧姆。高压电缆制作过程中，钢铠和金属屏蔽必须焊接接地辫，而且每相都要单独可靠焊接。在隧道内进行高压电缆接续时，断电后必须将负载端连接到接地极进行放电操作，经检测无电后才可以进行接续操作。高压电缆两端的接地辫、高压接续箱、电缆桥架和支架都必须可靠接地。

图1 盾构施工的TN-S配电系统

2 盾构低压配电接地系统

为了保证盾构施工中用电设备的可靠性和施工人员的人身安全，低压配电系统应该采用单相三线制，二相三线制，三相五线制。现在的盾构工地多采用TN-S配电系统，在箱式变电站中性点直接接地，配电线路中，工作零线和保护零线不再相接，所以在箱式变电站处设置一个总的接地网即可，通过配电电缆中的PE线与用电设备的可导电外壳可靠连接。

当用电设备容量较大或负荷较重，或用电设备有特殊要求的用电环境中工作时，为了保证用电设备的供电可靠性，应采用放射式配电方式，即每台设备均采用专线进行供电。当大部分用电设备为中小容量，且用电设备无特殊要求时，为了保证用电设备的用电可靠性及配电系统的成本，宜采用树干式配电方式。当部分用电设备距供电点较远，但彼此相距较近且设备容量较小时，可采用链式配电方式。另外，在盾构施工的低压配电系统中应符合一机一闸、一箱一漏的规范标准，确保在有漏电故障发生的情况下能可靠切断电源，漏电断路器的动作电流应按从上到下的顺序依次递减，使各级之间动作有选择性，加强配电系统的可靠性。

3 盾构机接地系统

盾构机结构复杂，自动化程度较高，除了有几台大功率的动力设备外还有大量的传感器件和信号传输系统，对接地系统的要求较高。有的盾构工地盾构机与地面的低压配电系统共用一个接地网，这样也可以使用，但电源的可靠性较低，最好能够为盾构机设置单独的接地网。

盾构机动力设备的接地和低压配电系统没什么区别，把设备的可导电外壳通过配电电缆中的PE线与盾构机主接地可靠连接。盾构的PLC控制系统、传感器件和信号传输系统均设有数字地和模拟地，这些数字地和模拟地可以和系统接地共用接地极，但接地排要分开设置。根据计算机控制系统对接地电阻的要求，接地电阻不能大于1欧姆。在有条件的工程项目中，盾构的控制系统和信号传输系统还可考虑设置防电磁干扰屏蔽接地，以提高盾构的信号传输精度。

由于盾构的工作环境潮湿，用电设备繁多，一旦发生漏电，会对施工设备及人员安全产生危害，因此，需将整台设备的金属设备及构件设置等电位接地，并与接地极可靠连接。当有些设备发生漏电事故时，由于盾构的金属设备及构件处于同一个电位，也不会对施工操作人员造成伤害。另外，在盾构机内进行焊接作业时，焊机的接地线要尽量接近焊接位置，不能超过1米的距离，防止焊接电流对信号传输系统造成冲击。

4 盾构工地的防雷接地系统

盾构隧道的施工周期一般在一年以上，所在地如果属于雷暴多发区时就必须要在工地建立防雷接地系统。比如西气东输二线长江盾构工程位于江西省九江市，平均每年的雷暴天数达到45天，盾构工地就需要设置避雷针和防雷接地系统，避雷针的防护半径需要覆盖盾构工地的主要设备、设施和生活办公区域，接地极应设置在远离人员的区域，接地阻值不大于10欧姆，并且防雷接地极与供配电接地极需要净距离间隔3米以上，防止在接引雷电时造成反击。

5 结语

以上对盾构施工中所涉及的高压接地系统、低压供配电接地系统、盾构机接地系统和盾构工地的防雷接地系统等几个方面进行了分析，重点就如何设置合理的接地方式，提高盾构施工电源的可靠性进行了探讨。可靠的供电系统是盾构施工人身安全、设备安全和工期保障的前提，只有将以上几个接地系统做好做实，才能保证盾构施工的正常进行。当然，盾构电气系统的可靠性是一个综合课题，除了与以上分析的几个方面有关外，还与电气元件的质量、电气设备的安装方式和设备运转过程中的维护等因素有关，这些方面也必须做到位，才能保障施工过程中施工人员和设备的安全，保证施工的正常进行。

[1]JGJ46-2005.施工现场临时用电安全技术规范[S].

[2]GB50052-95.供配电系统设计规范[S]. [3]GB50168-2006.电气装置安装工程接地装置施工及验收规范[S].

[4]李扬龙.地铁盾构施工电缆敷设及安全用电 [J].机电工程技术，2009（6）：157～158.

[5]李俊平.地铁盾构施工用电技术[J]. 西部探矿工程，2006（6）：154～158.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.21.012

白鹏，（1981-）男，汉族，河北省唐山人，助理工程师，2005年毕业于河北科技大学电气工程及其自动化专业，工学学士，现于中国石油天然气管道局第四工程分公司从事电气管理工作。

李炳杰，男（1982-）2005年毕业于河北建筑工程学院电气工程自动化专业，工学学士，助理工程师，现在中国石油天然气管道局第四工程分公司从事电气管理工作。

张焕杰，（1979-）男，汉族，河北廊坊人，工程师，2008年毕业于西南石油大学管理科学与工程专业，管理学硕士学位，现于中国石油天然气管道局第四工程分公司从事项目管理工作。