電纜隧道輸電工程勘察探討

趙德成

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

電纜隧道輸電工程勘察探討

趙德成

(河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050031)

隨著城市輸電線路走廊的限制，電纜隧道輸電方式逐漸成為發(fā)展趨勢，但目前沒有相關(guān)的電力勘察行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。本文通過電纜隧道的勘察工程實(shí)踐，從勘察角度對電纜隧道的特征、勘察重點(diǎn)、勘察階段劃分、參照標(biāo)準(zhǔn)和勘察方法、設(shè)計(jì)和施工要求及存在的問題等內(nèi)容進(jìn)行了探討。

輸電線路；電纜隧道；巖土工程勘察。

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，電力需求日益增多。城市由于景觀、安全、環(huán)保、規(guī)劃等要求，電力輸送走廊日益稀缺，電力線路走廊的限制愈加嚴(yán)格，甚至已有的架空線路亦要改造入地，輸電線路逐漸由地上架空轉(zhuǎn)為地下電纜輸送方式無疑既是較好的解決辦法，也是今后的發(fā)展方向。地下電力輸送方式有多種，如直埋、電纜溝、排管及電纜隧道等，而地下電纜隧道較其它方式無論從散熱條件、輸送容量等均更有利，且具有充分利用地下較深的空間、節(jié)約土地、檢修方便等有利因素，目前成為城市輸送電力的主要方式。本人就北方某城市的幾個電纜隧道巖土工程勘察中積累的一些經(jīng)驗(yàn)和存在的問題談一談個人體會。

1 電纜隧道的特征

隧道屬于地下工程，所處的環(huán)境與地面工程不同，是由周圍巖土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的長期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系。電纜隧道一般由工作間和區(qū)間隧道兩部分有機(jī)地結(jié)合在一起，用以布設(shè)輸電線纜和通行維護(hù)等?？紤]容量和經(jīng)濟(jì)性等因素，一般一條隧道布設(shè)多條線纜甚至不同電壓等級線纜等。多沿道路在其側(cè)下方通行，其埋深要考慮地質(zhì)條件、水文地質(zhì)、地下建構(gòu)筑物、地下埋設(shè)物及規(guī)劃要求等各種因素，一般埋設(shè)于地面5m～6m之下，有的達(dá)到10m～20m左右。隧道截面結(jié)構(gòu)要考慮地質(zhì)條件、施工工藝、電纜敷設(shè)方式、容量等因素來考慮，目前常用的截面形狀有馬蹄形、矩形。頂部荷載較大時多選擇馬蹄形，經(jīng)濟(jì)性略高。矩形經(jīng)濟(jì)性較好，但承受上部荷載較馬蹄形略低。另外，采用盾構(gòu)法、頂管法施工的還可選擇圓形，一般情況下，接線間、檢修間空間一般要大一些。隧道截面積從已完成的工程來看，一般有2.2m×3.5m，3.1m×4.5m，4.8m×4.0m幾種形式，如采用盾構(gòu)機(jī)頂管法施工，還有直徑大于5.5m和3.5m的圓形。

2 隧道結(jié)構(gòu)與周圍巖土的關(guān)系

電纜隧道周圍與巖土緊密有機(jī)地結(jié)合在一起，相互作用，持力層的選擇并不是主要考慮的因素，勘察重點(diǎn)發(fā)生了變化。電纜隧道結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)以永久荷載為主，主要為巖土壓力和地下水壓力。地層巖土既對隧道結(jié)構(gòu)施加荷載，又承擔(dān)荷載，其本身具有一定的自穩(wěn)能力。巖土對隧道結(jié)構(gòu)提供作用力，約束隧道結(jié)構(gòu)的變形，隧道結(jié)構(gòu)對巖土提供抗力，兩者相互作用，形成統(tǒng)一的受力體，承載能力往往不是勘察重點(diǎn)，重點(diǎn)是地層巖土的變形穩(wěn)定問題、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的巖土設(shè)計(jì)參數(shù)。

隧道施工的開挖掘進(jìn)會破壞巖土體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起周圍巖土體應(yīng)力的重新分布和固結(jié)，從而導(dǎo)致巖土體出現(xiàn)變形位移，處理不好會影響到地面建構(gòu)筑物和地下各種管線的運(yùn)行安全，因此，對變形敏感的建構(gòu)筑物或地下管線應(yīng)做好保護(hù)措施，同時選擇合適的路徑、埋深和施工方案，盡可能降低對地層的擾動，減小對地上環(huán)境的影響。隧道施工方法的選擇主要由巖土工程條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境因素等多種因素決定，在諸多工法中選擇合理、經(jīng)濟(jì)、安全有效的方法，對明挖方法還應(yīng)采取安全穩(wěn)定的基坑邊坡支護(hù)方案。

3 勘察階段的劃分及工作內(nèi)容

電纜隧道勘察階段劃分與一般地上工程類似，進(jìn)行分階段勘察，這既符合基本建設(shè)程序，也是自然地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性決定的，需要循序漸進(jìn)、逐步深入的認(rèn)識過程，通過分階段勘察可以使工作具有針對性，減少盲目性。電纜隧道勘察與設(shè)計(jì)階段的劃分一致，一般為可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖階段，在地質(zhì)條件復(fù)雜地段必要時增加施工勘察階段。不同勘察階段工作主要內(nèi)容見表1。

表1 電纜隧道勘察階段劃分及工作內(nèi)容

施工勘察有時非常必要。在某電纜隧道一個區(qū)段施工中，在隧道埋深范圍既存在基巖地層又存在第四系地層，屬土巖結(jié)構(gòu)，土巖界面變化較大，與勘察結(jié)果有差異，影響施工措施的采用和提前謀劃。為更詳細(xì)查明土巖界面變化，專門進(jìn)行了施工勘察，查明了地層界線，有效地指導(dǎo)施工，提高了工作效率。

4 勘察工作方法及手段

現(xiàn)有的電力行業(yè)勘察設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范中沒有有關(guān)電纜隧道方面勘察的相關(guān)規(guī)定，從已完成的幾個電纜隧道工程來看，其功能主要以掛線和人工通行、維護(hù)為主。隧道本身的重要性、結(jié)構(gòu)形式、大小、埋深及通行情況等與城市地下鐵道交通相比而言，存在相似性、但等級應(yīng)該要偏低。作為勘察依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，主要執(zhí)行和參照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021)、《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》(50307)和市政、公路、鐵路等行業(yè)相關(guān)要求，根據(jù)電纜隧道的特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整勘測工作量及手段。在具體勘察工作中，按階段需考慮以下主要問題：

充分理解消化設(shè)計(jì)意圖。了解線路的走向路徑，途徑區(qū)域，初擬洞頂洞底埋深，隧道的結(jié)構(gòu)、寬度，荷載及變形要求，擬采用的施工方法等，使勘測方案具有針對性，目的明確?？辈焓侄我糟@探和原位測試為主，物探作為輔助手段。

可研階段以搜集資料、現(xiàn)場踏勘和調(diào)查為主，主要搜集沿線建筑、地下管線分布情況等環(huán)境因素資料和區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)及勘察資料。在缺少資料地段，進(jìn)行適當(dāng)?shù)目辈旃ぷ鳎话憧碧近c(diǎn)間距根據(jù)地形地貌地質(zhì)條件控制在500m～1500m之間，根據(jù)設(shè)計(jì)初步擬考慮的隧道底埋深考慮勘探深度。初步查明沿線路徑范圍內(nèi)的巖土工程條件及水文地質(zhì)條件，了解地上附著物、地下埋設(shè)物等分布情況，為設(shè)計(jì)考慮隧道的縱向及豎向布置提供基礎(chǔ)資料，為施工方法選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)比較提供依據(jù)。

初步設(shè)計(jì)階段線路隧道路徑、具體結(jié)構(gòu)、埋深及荷載等基本已確定，此階段應(yīng)按場地復(fù)雜程度布置勘察工作，同時對沿線建筑物的基礎(chǔ)形式、地下埋設(shè)物及施工經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行較為詳細(xì)的調(diào)查，勘探點(diǎn)間距以100m～200m為宜，對地質(zhì)條件簡單地段可適當(dāng)放寬，對復(fù)雜地段應(yīng)適當(dāng)加密勘探點(diǎn)。初步查明擬選路徑的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件，提供設(shè)計(jì)需要的地層分布情況及所需計(jì)算參數(shù)。

施工圖勘察時，路徑走向已確定，隧道具體設(shè)計(jì)方案已定，此時，勘探點(diǎn)間距宜按場地復(fù)雜程度考慮，復(fù)雜場地可按小于30m，中等復(fù)雜場地30m～50m，簡單場地50m～100m，對地層存在突變、分布特征復(fù)雜的地段應(yīng)加密勘探點(diǎn)?？碧近c(diǎn)的布置及深度除應(yīng)考慮穿越路口、河道，與重要設(shè)施交叉，近距離建筑物等因素外，還應(yīng)考慮采用明挖或暗挖、頂管等不同施工工法采取的支護(hù)措施所需的特殊地質(zhì)要求而單獨(dú)布置勘探點(diǎn)。對地下水淺埋的情況，除需查明地下水特征，滿足設(shè)計(jì)要求外，須考慮適宜的降水方案措施，保證施工正常開展和周圍建筑物變形不受降水影響。本階段對沿線巖土及水文地質(zhì)條件應(yīng)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評價，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜或設(shè)計(jì)有要求時應(yīng)分段進(jìn)行評價，要滿足設(shè)計(jì)和施工兩方面的勘察要求。

應(yīng)用物理探測手段在電纜隧道勘察中是十分必要的，對通過調(diào)查搜資難以全面了解的地下管網(wǎng)及埋設(shè)物的分布，可通過物探手段進(jìn)一步查明，以指導(dǎo)施工，預(yù)防事故的發(fā)生。通過物探手段可查明地層的宏觀分布規(guī)律，特別是隧道空間范圍的物理特性差別明顯的土巖地層界面，巖石類別，對隧道豎向布置及施工手段的選擇具有重要指導(dǎo)作用。根據(jù)工程應(yīng)用效果，地質(zhì)雷達(dá)是相對較好的選擇。

5 電纜隧道勘察應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題

勘探時應(yīng)特別重點(diǎn)關(guān)注的問題主要有如下幾個方面。①地下水文地質(zhì)條件。工程實(shí)踐表明，在巖土工程事故中，多數(shù)與對地下水重視程度不足或處理不當(dāng)密切相關(guān)，可見地下水在地下巖土工程中的重要性。因此，查明地下水的類型、分布、范圍、埋深(標(biāo)高)、流向、補(bǔ)徑排條件、變化規(guī)律及水質(zhì)等，對隧道抗浮設(shè)計(jì)、防腐、施工方案選擇、降排水措施等有重要意義；②地層巖性特征及分布規(guī)律、自穩(wěn)性、可挖性分級。特別是隧道通過巖土交界區(qū)域，出現(xiàn)軟土、軟(硬)夾層及地層變化較大或突變地段，應(yīng)作為勘察重點(diǎn)，必須查明，指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工；③提供地層的熱物理參數(shù)，該參數(shù)作為隧道通風(fēng)負(fù)荷、散熱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不應(yīng)遺漏。合理的選擇巖土熱物理指標(biāo)對保證地下隧道良好的使用功能、降低造價和運(yùn)行管理有著不可忽視的影響，施工圖階段宜通過試驗(yàn)取得，使設(shè)計(jì)更合理；④目前常采用的施工方法有淺埋暗挖法、明挖法、盾構(gòu)、頂管及蓋挖法等，根據(jù)沿線工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和環(huán)境條件提出適宜的施工方法意見或建議，針對不同的施工方法提供具有針對性的巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)，支護(hù)及降排水措施建議，供設(shè)計(jì)及施工方參考；⑤查明沿線地下埋設(shè)物如通訊、供排水管道、天然氣管道等地下設(shè)施分布情況、埋深、范圍及歸屬，地下不明氣體等環(huán)境問題，可結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)手段予以進(jìn)一步查明，以免出現(xiàn)不必要的事故；⑥勘探點(diǎn)布置(施勘時)，宜將點(diǎn)位布置在洞室軸線外側(cè)且交叉布置，且應(yīng)分布在隧道側(cè)壁的外側(cè)。鉆孔施工結(jié)束應(yīng)將鉆孔填好封閉，以免導(dǎo)致鉆孔聯(lián)通地下水，從而對施工或后期運(yùn)行產(chǎn)生比不利影響；⑦進(jìn)行動態(tài)勘察設(shè)計(jì)。在施工過程中，遇到問題應(yīng)及時解決，必要時進(jìn)行施工勘察，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，動態(tài)調(diào)整施工方法，及時解決施工中遇到的疑難問題。

6 勘察現(xiàn)狀及存在的問題

電纜隧道無論是結(jié)構(gòu)型式、受力狀態(tài)、施工方法、對環(huán)境的要求及對環(huán)境的影響方面，存在極大的差別，在電力勘察中屬于比較新的工程類型。與架空輸電工程相比，對沿線地質(zhì)條件的要求有了根本性的變化，從而也對巖土工程勘察的任務(wù)目的、勘察重點(diǎn)及分析評價提出了新的要求。

對從事電力勘察工作的巖土工程師來說，對地上的勘察及施工均有比較深入的了解，積累了豐富的勘察實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。電纜隧道屬于近些年發(fā)展起來的新型的電力工程，涉及到比較特殊的結(jié)構(gòu)形式和施工方法。目前，巖土工程師對相關(guān)的知識掌握不多，對設(shè)計(jì)要求及施工中的關(guān)鍵問題了解不夠，缺乏足夠的認(rèn)識和豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此，在勘察過程中有可能抓不住重點(diǎn)，遺漏了必須查明的重要問題，達(dá)不到設(shè)計(jì)及施工要求。因此，需要巖土工程師加強(qiáng)學(xué)習(xí)，吸收其它行業(yè)類似地下工程的工作方法，在實(shí)際勘察中深刻理解設(shè)計(jì)和施工要求，制定合理可行的勘察方案，逐漸總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，探索出電纜隧道成熟的勘察工作模式，指導(dǎo)以后的工作。

電纜隧道不同的結(jié)構(gòu)形式和施工方法對巖土工程勘察要求不同，依據(jù)的勘察規(guī)程規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。目前相關(guān)電力勘察方面還沒有專門的規(guī)程規(guī)范可以遵循，在實(shí)際勘察實(shí)施過程中主要依據(jù)和參照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021)、《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB50307)、市政、公路、鐵路等國標(biāo)和其他行業(yè)的勘察規(guī)范的內(nèi)容要求。國標(biāo)由于考慮全國不同地域及多行業(yè)的情況，規(guī)定比較寬泛籠統(tǒng)，可操作性較差。而其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是按自身行業(yè)特點(diǎn)考慮的，與電纜隧道的結(jié)構(gòu)型式不一定一致，其規(guī)模、重要性等級劃分也不同，導(dǎo)致電纜隧道勘察缺乏有力的依據(jù)，要么浪費(fèi)工作量，要么深度不夠。另外，在施工中一旦出現(xiàn)糾紛或異議，往往很難找到有力的支持。因此，隨著以后城市發(fā)展，電纜隧道工程的增多，需要從電纜隧道的勘察目的方法手段技術(shù)要求等進(jìn)行研究和總結(jié)，盡早編制電纜隧道勘察方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使勘察工作有據(jù)可依，針對性強(qiáng)，以適應(yīng)新的輸電建設(shè)步伐。

7 結(jié)語

電纜隧道將逐漸成為城市輸送電力的主要方式，作為新型的電力地下工程，不但勘察經(jīng)驗(yàn)少，而且涉及的巖土工程問題較地上工程更為復(fù)雜，需要在實(shí)踐中加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷摸索，總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，盡快提高地下工程的勘察水平。建議盡快編制電纜隧道勘察方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使輸電隧道勘察工作有據(jù)可依。

[1]GB50021—2001，巖土工程勘測規(guī)范(2009年版)[S]．

[2]GB50307—1999，地下鐵道、輕軌交通巖土規(guī)程勘察規(guī)范[S]．

[3]錢七虎，等．巖土工程師手冊[K]．北京：人民交通出版社，2010．

Discussion on Geotechnical Investigation of Cable Tunnel in Transmission Line Project

ZHAO De-cheng
(Hebei Electric Power Design ＆ Research Institude, Shijiazhuang 050031, China)

With the city limits of transmission line corridor，Cable tunnel transmission has become the trend of development，But there is no industry standard of electric power survey。In this paper, Through the engineering practice of cable tunnel，F(xiàn)rom the angle of reconnaissance，Discussion on the characteristics of cable tunnel、Survey focus、 Exploration stage division、 Reference industry standard and survey method、Demands of design and construction、Existing problems etc.

transmission line; cable tunnel; geotechnical investigation.

P642

B

1671-9913(2012)02-0011-04

2012-04-25

趙德成(1968- )，男，河北石家莊人。注冊土木(巖土)工程師，注冊咨詢工程師(投資)，高級工程師。