電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計及新技術(shù)研究

王旭江 郭志剛

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001)

電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計及新技術(shù)研究

王旭江 郭志剛

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001)

結(jié)合電力隧道的研究現(xiàn)狀，從電力隧道地層荷載、斷面選擇、線路規(guī)劃、技術(shù)措施四方面分析了電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，并針對電力隧道建設(shè)中存在的難點給出了解決建議，為電力隧道的建設(shè)積累了經(jīng)驗。

電力隧道，荷載，線路，結(jié)構(gòu)

我國目前正處在經(jīng)濟(jì)快速增長的階段，因此，城市對電力的需求量較大，為了滿足城市發(fā)展的需要，許多的大中城市已經(jīng)開始進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)工作。針對我國當(dāng)前的國情，修建地下變配電設(shè)施和地下傳輸隧道是勢在必行的，因此，本文作者根據(jù)自身多年的工作經(jīng)驗，對當(dāng)前我國地下電力隧道建設(shè)過程中的難點進(jìn)行了簡單的總結(jié)，并結(jié)合各地電力隧道建設(shè)中的經(jīng)驗，提出了此類工程設(shè)計過程中一些需要借鑒的地方。

1 電力隧道研究現(xiàn)狀

在我國，如何提高城市道路的上下公共空間，一直是制約我國城市發(fā)展的重點，為了能夠更好的對城市進(jìn)行發(fā)展，我國的一些專家學(xué)者通過對國外發(fā)達(dá)城市的發(fā)展進(jìn)行研究，認(rèn)為城市道路的地下空間作為城市的發(fā)展空間之一，對于城市的發(fā)展具有重要的影響，因此，需要充分的利用城市道路的地下空間。在我國，比較常見的一種應(yīng)用是將其作為城市生命管線設(shè)施的共同溝，這樣不僅能夠解決當(dāng)前我國存在的土地資源問題，同時，還能保證各種傳輸管道的安全性。地下電力隧道的建設(shè)對于地面之上的市民生活影響非常小，因此，能夠保證城市的正常運行。然而，這項技術(shù)在我國目前的施工中還存在著很多的問題，因此，需要盡快對其進(jìn)行研究，尋找控制施工質(zhì)量的方法和措施。

2 電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 電力隧道地層荷載研究

當(dāng)前，作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載主要為以下三種：主要荷載、特殊荷載和附加荷載。主要荷載指的是一種具有長期作用的荷載，包含地層的壓力和自身的重力等，而附加荷載指的是不經(jīng)常作用的一種荷載，其包含施工荷載等，主要是由一些施工操作過程中出現(xiàn)的問題而造成的。最后是特殊荷載，其指的是一些由于特殊的原因，像自然災(zāi)害等造成的荷載。以上所說的荷載是所有的隧道建設(shè)過程中都存在的，除此之外，還有像地層的壓力等都會對隧道形成一定的荷載。

為了能夠更好的解決這些問題，人們隨著對這些問題認(rèn)識的深入，逐漸發(fā)現(xiàn)這些問題主要是由周邊的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩個部分造成的，兩者之間存在著相互作用。而對于周邊圍巖主要有兩個作用：一個是作用在結(jié)構(gòu)上，承擔(dān)一定的荷載；另一個作用是作為結(jié)構(gòu)的一部分。根據(jù)當(dāng)前國際上比較流行的模型設(shè)計，可以將地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計模型分為以下幾種：首先是經(jīng)驗設(shè)計法，這種方法主要是利用過去的設(shè)計經(jīng)驗，然后比對當(dāng)前的建筑工程進(jìn)行相應(yīng)的隧道建設(shè)，另一種是約束法，其主要是根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)測量，將測量數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行地下隧道的設(shè)計，第三種是作用和反作用模型，在這種模型中，通過彈性地基圓環(huán)計算公式等，對需要進(jìn)行建設(shè)的隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，得到最佳的設(shè)計方案，最后一種是連續(xù)介質(zhì)模型，這種模型中包含了解析法和數(shù)值法兩種，通過這兩種計算方法的結(jié)合，得到最佳的隧道設(shè)計方案。

本文主要介紹的是荷載—結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計方法，在這種方法中，將支護(hù)和圍巖分開進(jìn)行考慮，其中，作為承載主體的是支護(hù)結(jié)構(gòu)，而地層僅僅是在地下結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一定的荷載，然后通過一定的計算方法，在荷載作用的基礎(chǔ)上，形成一定的內(nèi)力和變形。在進(jìn)行設(shè)計時，將圍巖按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，然后通過彈性支撐實現(xiàn)對支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形約束，而對于圍巖的承載能力，則需要在圍巖的壓力和彈性支撐約束能力確定后再進(jìn)行考慮。在這種模型中，圍巖所能承載的能力越大，支護(hù)結(jié)構(gòu)所需要承擔(dān)的壓力則越小，相應(yīng)的，彈性約束支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形反彈力就越大，總的來說，支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用就顯得越小。

2.2 電力隧道斷面的選擇

電力隧道在進(jìn)行建設(shè)時，會涉及到各種各樣的地形，因此，會出現(xiàn)各種不同的電力隧道斷面，每種斷面的用途和優(yōu)勢各有不同，為了選擇最合適的隧道斷面設(shè)計方法，需要對各種電力隧道斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和整合，從而找到最佳的受力情況。

電力隧道斷面的形式主要分為七種，分別是直墻無仰拱形式和直墻仰拱形式等，為了能夠得到不同斷面的數(shù)據(jù)，需要利用ABSYS14.0軟件對電力隧道進(jìn)行相應(yīng)的模擬，然后根據(jù)荷載的計算方法得到相應(yīng)的隧道斷面圖。

通過對電力隧道斷面進(jìn)行對比，我們可以找到最佳的斷面。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示發(fā)現(xiàn)，圓形斷面和上下層斷面形式具有更小的彎矩，因此，在建設(shè)過程中出現(xiàn)的變形較小，具有較大的安全性，更加適合于淺埋暗挖電力隧道的建設(shè)，因此，在進(jìn)行該種隧道的建設(shè)時，需要優(yōu)先考慮這種斷面，能夠增加電力隧道運行過程中的安全性。此外，在電力隧道的運行過程中，容易對電纜進(jìn)行維修工作，在電纜出現(xiàn)故障時，能夠更加便捷的進(jìn)行維護(hù)，保障了電力的正常傳輸。

2.3 平面線路的規(guī)劃

電力隧道線路的規(guī)劃需要根據(jù)中心城區(qū)的電網(wǎng)分布情況等進(jìn)行確定，尤其是對于中心城區(qū)的電力隧道受地下建筑等的影響較大，在進(jìn)行電力隧道的建設(shè)時，需要同各個相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)商，尋找合適的線路走向。在路徑規(guī)劃基礎(chǔ)上，隧道內(nèi)電纜的合理布置也尤為重要。

工程實例圖如圖1所示。

電力隧道在進(jìn)行選擇時，一般會沿著城市中路幅寬且長度較長的主要干道，這樣在電力隧道內(nèi)的電纜出現(xiàn)問題時，能夠更加方便的進(jìn)行維修。如在西藏路電力隧道中，北起新疆路，南至復(fù)興中路的電力隧道，有一段隧道會穿越南京路地下行人通道和蘇

州河，然后通過一些著名的建筑物，對于頂管軸線的平面直徑最小要求在300 m以上。通過這些事例可以發(fā)現(xiàn)，電力隧道在建設(shè)過程中會受到較多的阻礙，這時，可以通過設(shè)立一些工作井來減小建設(shè)過程中隧道的轉(zhuǎn)彎半徑，從而滿足線路的走向改變。為了減小建設(shè)過程中的難度，需要遵循以下幾點原則：

首先，在進(jìn)行線路的選擇時，需要將規(guī)劃的道路網(wǎng)作為基礎(chǔ)，然后選擇合適的隧道走向，在走向選擇完成后，將其進(jìn)行統(tǒng)一的建設(shè)和規(guī)劃。其次，電力隧道應(yīng)盡量選擇在市政道路的下方一側(cè)，且方向一致，在進(jìn)行建設(shè)時需要距離道路5 m～10 m，這樣能夠保證工作井的位置同高層的建筑物之間存在一定距離，保護(hù)建筑物的安全。最后，隧道的建設(shè)是一項非常耗費財力的工程，因此，在進(jìn)行線路的選擇時，需要選擇盡量簡短的路徑，這樣既能保證線路沿著直線進(jìn)行，同時，還能保證電力隧道周邊建筑物的安全，降低建設(shè)成本。

2.4 電力隧道設(shè)計的新技術(shù)研究

隨著電力隧道的作用被發(fā)現(xiàn)，其在建設(shè)中的設(shè)計受到越來越多的關(guān)注，各種新技術(shù)層出不窮，當(dāng)前，雙孔電力隧道以其斷面的巨大優(yōu)勢，使用越來越廣泛。通過對其模擬數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)更加適合電力設(shè)施的運行，在進(jìn)行開挖過程中，地層的變化和地表的沉降均能滿足該技術(shù)的應(yīng)用。其中，整體式的雙孔電力隧道能夠更加充分的利用進(jìn)站道路地下空間，從而使地下的建筑物不再需要進(jìn)行遷改，這樣大大節(jié)約了工程的投資，也保證了設(shè)備運輸?shù)陌踩浴?/p>

3 結(jié)語

隨著城市供電要求不斷增加，地下電力傳輸以及相應(yīng)的變配電設(shè)施逐漸完善，電力隧道的建設(shè)將會面臨新的問題。本文根據(jù)作者多年的研究，對當(dāng)前電力隧道建設(shè)過程中的各種難點進(jìn)行了總結(jié)，并對一些新的技術(shù)進(jìn)行了簡要的介紹。

[1] 劉飛禹,楊春花,張 斌，等.雙向地震作用下淺埋軟土電力隧道的動力響應(yīng)[J].四川建筑科學(xué)研究,2013,39(5):144-149.

[2] 楊春花,張 斌.雙向地震作用下淺埋砂土電力隧道動力響應(yīng)分析[J].建筑技術(shù)開發(fā),2014,41(2):4-8.

[3] 馮前偉.電力隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計及新技術(shù)研究[J].山西建筑,2012,38(8):178-179.

Research on structural design for electric tunnel and its new techniques

Wang Xujiang Guo Zhigang

(ShanxiPowerSurveyandDesignCo.,Ltd,ChinaEnergyConstructionGroup,Taiyuan030001,China)

Combining with the research on the electric tunnel, the paper analyzes the structural design methods for the tunnel from the stratum loading, selection for section, line planning, and technical measures, and provides some suggestions for the difficulties in the tunnel construction, so as to accumulate experience for the tunnel construction.

electric tunnel, loading, line, structure

1009-6825(2015)28-0165-02

2015-07-24

王旭江(1985- )，男，工程師； 郭志剛(1982- )，男，碩士，工程師

U451

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