(内蒙古电力勘测设计院有限责任公司 内蒙古自治区呼和浩特市 010011)
摘要：变电站站址所在区域地貌上属平缓丘陵，地形起伏较小，植被稀少，局部地段基岩裸露。场地内的地层主要以表层砂质粉土和下覆玄武岩等地层构成。鉴于岩石地基对变电站总交、结构、水工、电气一次等多专业设计不同程度的影响，需要在各专业设计中找到一个恰当的平衡点，场平综合设计方案研究势在必行。
关键词：基岩；空隙率；灰土隔水封闭；爆破；接地设计；降阻
1项目建设背景
察右后旗500kV变电站位于内蒙古自治区中部的乌兰察布市，该变电站的建设，一方面增加了内蒙古电网，尤其是中部地区的变电容量，提高了地区的供电能力和供电可靠性；另一方面为乌兰察布地区电网实现分片供电提供了条件，增加了电网500kV和220kV侧出线能力，提高地区供电能力，为地区规划建设的各工业园区和产业集中区提供充分的电力保障。
2地质情况简述
站址所在区域地貌上属平缓丘陵，地形起伏较小，植被稀少，局部地段基岩裸露。场地内最大钻探深度15.0m范围内的地层主要以表层砂质粉土（Q4al）构成，下覆上第三系（N1）玄武岩等地层。主要地层②1层强风化玄武岩饱和单轴抗压强度Rc=64.78MPa，属于次坚石，需采用爆破法施工。
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②1层强风化玄武岩露头及岩芯
3 场平方案设计
3.1总体设计思路
土方计算时，站区土方填挖平衡考虑，建构筑物的基槽余土（石方）作为回填料使用，无外购土方量，只弃耕植土。利用自然地形，减少挖填方数量；不需外购土方，对自然环境破坏少。场地岩质坚硬，开挖采用分层机械开挖；基坑挖出的岩石如不能直接用于回填，则需二次破碎成级配碎石，要求级配合理易于压实，同时应尽量减少空隙率，避免雨水下渗时滞留在空隙中；需对场地进行特殊封闭处理，以防止地表水下渗后滞留在基坑回填的碎石空隙中对基础产生冻涨影响。
3.2总交设计
围墙、电缆沟、站内道路、进站道路等构筑物基坑，平均挖岩深度约1.50m。
基坑开挖出的大多为强或中等风化玄武岩，挖出的岩石粒径较大，不可直接用于基坑回填，需要对岩石进行二次破碎。破碎工作后的岩石应符合以下要求：破碎的岩石最大粒径不大于60mm，不均匀系数大于10，曲率系数为1~3。表层采用3:7灰土隔水封闭层。
3.3 结构设计
本工程建、构筑物地基均采用天然地基，结合本工程土方及竖向布置方案，基础持力层主要为②1层强风化玄武岩或②2层中等风化玄武岩，挖方区及填方厚度较浅的部位，基坑开挖需考虑开挖岩石，挖岩方式可采用机械开挖、爆破等方式进行。
根据建（构）筑物特点结合站址地质条件，平均挖岩厚度约为2.5m。
由于本工程基坑开挖出的大多为强或中等风化玄武岩，挖出的岩石粒径较大，不可直接用于基坑回填，需要对岩石进行二次破碎。破碎工作后的岩石应符合以下要求：破碎的岩石最大粒径不大于60mm，不均匀系数大于10，曲率系数为1~3。
碎岩回填应符合以下要求：回填分层碾压厚度不大于300mm，压实系数不小于0.97，压实后固体体积率不小于82%。考虑到碎岩回填，回填土间的空隙较大，为避免场地积水下渗在回填土空隙间内积存对基础造成冻涨影响，故在场区顶部设置不小于300mm厚3:7灰土隔水封闭层（与场平方案统一考虑）。
3.4电气一次设计
3.4.1 站区接地
站区接地网长约10km，挖深约1.6m，宽0.5m，挖岩量6000 m³。回填采用优质土。根据土壤性质做仿真计算。
3.4.2仿真计算情况
（1）输入条件
1）入地短路电流 63kA*0.5=31.5kA
2）冬季冻土层厚度3m
3）冬季土壤分层电阻率
冻土层(0~3m): 2500Ωm
冻土层以下：250Ωm
4）地网材质40*5铜排，网格10m，埋深-1.6m
（2）计算结果
设150根垂直接地极 D50*6m
接地电阻计算值：0.66
接触电压计算值：2522.3；允许值596.2
跨步电压计算值：909.7；允许值1873.9
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3）设150根垂直接地极，12口深60m的接地深井，水平地网加降阻模块，地面铺绝缘地坪
接地电阻计算值：0.59
接触电压计算值：见下图；允许值1364.1，在变电站范围内满足接触电压允许值要求。
（3）接地设计说明
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本工程主接地网采用以水平接地网为主，垂直接地体为辅的网格式接地网，并设置深井接地极。水平接地网采用40x5铜排，网格间距10m，埋深1.6m。全站使用150根D50x3m的铜包钢垂直接地极，沿主网边沿均布。全站共设12个深井接地极。水平接地网和深井接地极均设置降阻模块。全站设绝缘地坪，电阻率达到5000Ωm。
综合以上各专业拟定设计方案，对后续施工进行试施工，确定最终设计设计方案。
4场平方案投资估算
5结论
综合以上,可得出以下结论:
（1）站址所在区域，植被稀少，局部地段基岩裸露。场地内地层主要以表层少量砂质粉土，下覆玄武岩等地层。该类型地质条件在蒙西电网的建设中尚属首次，且因挖填平衡方案涉及到场内挖岩的二次破碎问题，建设单位、施工单位、设计单位均缺乏相关经验。针对站址所在区域地质结构的特殊性，经过场地现场试挖实验，形成察右后旗500kV变电站场平处理方案专题研究报告，对场平方案机械开挖方案、爆破施工也进行了对比，综合考虑,满足各专业设计需求，该场平方案经济可行。
（2）通过对爆破和机械开挖两种开挖方案的比较，两个方案的费用基本相当，但是采取爆破的过程中，需要考虑西侧国道、加油站、北侧贮藏窖、房屋以及南侧村庄等诸多因素，实施起来难度很大，施工周期较长且不可控，因此，最终推荐采取机械开挖的方式进行土方施工。
作者简介：弓建新，1974年，男，蒙古族，内蒙古呼和浩特，大学本科，高级工程师，内蒙古电力勘测设计院有限责任公司