預(yù)裝式U型電纜溝設(shè)計方案研究

周秋鵬，周 蠡，黃振喜，龔 俊

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；3.湖北省送變電公司，湖北 武漢 430063）

預(yù)裝式U型電纜溝設(shè)計方案研究

周秋鵬1，周 蠡1，黃振喜2，龔 俊3

（1.國網(wǎng)湖北省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；3.湖北省送變電公司，湖北 武漢 430063）

從預(yù)裝式U型電纜溝的技術(shù)可行性和經(jīng)濟合理性兩方面分析了預(yù)裝式U型電纜溝的特點。依托某500 kV變電工程，將預(yù)裝式U型電纜溝作為應(yīng)用試點。通過與現(xiàn)澆混泥土電纜溝進行對比分析，證明采用預(yù)裝式U型電纜溝可以有效降低現(xiàn)場施工工作量和施工周期，解決傳統(tǒng)施工方法存在的問題，為變電站進一步實現(xiàn)“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機械化、施工專業(yè)化”建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

預(yù)裝式U型電纜溝；抗浮穩(wěn)定性；全壽命周期

0 引言

隨著國內(nèi)智能化變電站建設(shè)的發(fā)展和推廣，預(yù)裝變電站在國內(nèi)逐步興起。電纜溝是電網(wǎng)系統(tǒng)中變電站、開關(guān)站等建筑工程的重要組成部分，在施工中往往成為制約工期的一個重要環(huán)節(jié)。目前電纜溝施工一般采用現(xiàn)澆混凝土電纜溝，在現(xiàn)場的施工工期相對較長，在一些低溫陰雨、擴建工程、工期短等特殊環(huán)境下施工受到諸多制約[1-4]。

預(yù)裝式混凝土電纜溝采用混凝土和鋼模板施工技術(shù)，在工廠對電纜溝結(jié)構(gòu)進行分段預(yù)制，然后運抵現(xiàn)場拼裝而成。使變電站的建設(shè)從傳統(tǒng)的土建設(shè)計和施工模式開始向“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機械化、施工專業(yè)化”的模式轉(zhuǎn)變，有利于變電站建設(shè)向科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、建設(shè)精細(xì)化的方向發(fā)展。

預(yù)裝式混凝土電纜溝具有下列特點：一是促進建筑工業(yè)化進程；二是滿足體系化設(shè)計的要求；三是不受現(xiàn)場氣候、環(huán)境、地質(zhì)條件等因素影響；四是現(xiàn)場施工效率高、施工周期短，能有效降低人工費用。雖然，預(yù)裝式混凝土電纜溝的優(yōu)勢明顯，但在設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)上仍存在一些問題，特別是接頭設(shè)計、安裝工藝以及防滲水措施等問題尤為突出。因此，對預(yù)裝式混凝土電纜溝的技術(shù)及經(jīng)濟方面進行深入系統(tǒng)的研究，對其設(shè)計的研究有著重要的工程意義和現(xiàn)實意義。

1 預(yù)裝式U型電纜溝的技術(shù)性評價

預(yù)裝式混凝土電纜溝采用混凝土和鋼模板施工技術(shù)，對電纜溝主體結(jié)構(gòu)進行分段預(yù)制，然后運抵現(xiàn)場拼裝而成。在確定預(yù)裝式電纜溝的結(jié)構(gòu)方案階段，既要系統(tǒng)考慮混凝土電纜溝的安全性、功能適用性要求，又要結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)的特點，綜合考慮基本段溝身及蓋板的結(jié)構(gòu)選型、交叉連接和轉(zhuǎn)彎段溝身及蓋板的結(jié)構(gòu)選型與處理方式、預(yù)制段之間的拼裝連接構(gòu)造與防滲水措施、溝底排水坡度設(shè)置等各個方面的技術(shù)問題。

1.1 預(yù)裝式U型電纜溝的結(jié)構(gòu)型式

預(yù)裝式U型電纜溝是由橫截面呈U型的電纜溝體依次相接組成。預(yù)裝式U型電纜溝的基本段溝身構(gòu)造參數(shù)如下：溝壁厚度頂部為130 mm，底部為150 mm，頂部設(shè)橡膠壓條；底板厚度為150 mm，中間半圓形排水溝R40 mm，橫向雙坡度2%；溝壁底部外側(cè)不設(shè)墻趾；預(yù)裝式U型電纜溝斷面圖如圖1所示。預(yù)裝式U型電纜溝溝體具有施工工期縮短、鋪裝成本較低、提高工作效率的特點[5-7]。

圖1 預(yù)裝式U型電纜溝斷面示意圖（單位：mm）Fig.1 Schematic diagram of prefabricated cable trench of U type

1.2 預(yù)裝式U型電纜溝的結(jié)構(gòu)分析與計算

1.2.1 構(gòu)件自重

預(yù)制U形電纜溝基本段溝身橫斷面面積、構(gòu)件實際長度及構(gòu)件自重見表1所示，預(yù)制基本段溝身蓋板自重見表2。

表1 預(yù)裝式U形電纜溝自重Tab.1 Deadweight of prefabricated cable trench of U type

表2 預(yù)裝式U形電纜溝溝蓋板自重Tab.2 Deadweight of prefabricated cable trench cover plate of U type

1.2.2 抗浮穩(wěn)定性驗算

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB5007-2011中5.4.3條規(guī)定對預(yù)制U形溝進行抗浮穩(wěn)定性驗算[8-10]。以型號為D1210預(yù)制U形溝為例驗算抗浮穩(wěn)定性（下文除特殊說明者外，計算分析均以型號為D1210預(yù)制U形溝為例），其余型號的預(yù)制U形溝抗浮穩(wěn)定性驗算結(jié)果見表3。

取1 m長U形溝為計算單元，抗浮驗算水位取溝壁外側(cè)場地標(biāo)高，U形溝自重

預(yù)制蓋板重

每個U形溝預(yù)制段的每邊設(shè)有2副電纜支架（溝寬b≤800時單邊設(shè)置），電纜支架重及電纜壓重按每副支架3 kN計算，每米U形溝電纜支架及電纜壓重

浮力作用值

抗浮驗算

抗浮驗算滿足要求。

表3 預(yù)裝式U形電纜溝抗浮驗算結(jié)果Tab.3 Results of anti floating of prefabricated cable trench of U type

1.2.3 預(yù)裝式U形溝配筋計算

取1 m預(yù)制U形溝計算，確定計算模型，U形溝實際受力如圖2所示，經(jīng)簡化后計算模型如圖3所示，預(yù)裝式U形溝配筋計算結(jié)果如表4所示，配筋圖如圖4所示。

圖2 預(yù)裝式U形電纜溝實際受力圖（單位：mm）Fig.2 Force diagrams of prefabricated cable trench of U type

圖3 預(yù)裝式U形電纜溝簡化模型（單位：mm）Fig.3 Simplified model of prefabricated cable trench of U type

圖4 預(yù)裝式U形電纜溝配筋示意圖（單位：mm）Fig.4 Schematic diagram of reinforcement for prefabricated cable trench of U type

表4 預(yù)裝式U形電纜溝配筋計算結(jié)果Tab.4 Results of reinforcement of prefabricated cable trench of U type

1.2.4 施工階段承載力驗算

施工階段側(cè)壁受到的外推力取1 kN/m2，截面I-I彎矩

素混凝土抗彎承載力

其余型號預(yù)制U形電纜溝施工階段承載力驗算均滿足。

1.3 預(yù)裝式U型電纜溝的連接構(gòu)件處理方式

預(yù)裝式U型電纜溝連接處的構(gòu)件有三種方式分別是T接、＋接和L接，見圖5。所有連接處溝壁均采用統(tǒng)一的45°切角，每邊投影長度500 mm，與車道相交的電纜溝（車道寬+2×1 m范圍內(nèi)）及其蓋板宜采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

圖5 三種連接構(gòu)件平面示意圖（單位：mm）Fig.5 Planar graph of three connected components

以抗浮穩(wěn)定性最差的連接構(gòu)件為十字形連接D1210-D1210為例，對預(yù)裝式U型電纜溝連接構(gòu)件的抗浮穩(wěn)定進行驗算。由于十字形連接D1210-D1210排開水體積最大，因此所受浮力作用值最大，連接處四個角均設(shè)有2個電纜支架。

十字形連接構(gòu)件自重

預(yù)制蓋板自重

電纜支架及電纜壓重之和

浮力作用值

抗浮穩(wěn)定性驗算

G1k+G2k+G3k=37.98+8.46+24=70.44 kN＞1.05 Nw,k= 1.05×65.75=69.04 kN 抗浮穩(wěn)定性驗算滿足。

2 預(yù)裝式U型電纜溝的經(jīng)濟性評價

2.1 不同類型電纜溝單位造價

本經(jīng)濟性比較數(shù)據(jù)以采用預(yù)裝式電纜溝的臥龍500 kV裝配式變電站和采用混凝土電纜溝的仙女山500 kV變電站為實例計算，具體分析如下：以1 200 mm×1 150 mm規(guī)格的電纜溝為例，預(yù)裝式U型電纜溝單位造價為2 567.3元/m，現(xiàn)澆式混凝土電纜溝單位單價為2 159.4元/m，二者相比較單位造價相差407.9元。

2.2 預(yù)裝式U型電纜溝的費用增量

臥龍500 kV裝配式變電站采用截面為1 200 mm×1 150 mm規(guī)格的預(yù)裝式U型電纜溝，長度為460 m。采用預(yù)裝式U型電纜溝的總體造價為118.09萬元，采用現(xiàn)澆式混凝土電纜溝的總體造價為99.33萬元，采用預(yù)制電纜溝比現(xiàn)澆鋼筋混凝土電纜溝費用高18.76萬元，前者一次性投資增加約18.89%。

2.3 全壽命周期(LCC)分析對比

混凝土電纜溝的使用壽命周期為30 a，而預(yù)裝式電纜溝使用壽命周期為60 a。以上述裝配式變電站和常規(guī)變電站為例，常規(guī)混凝土電纜溝15a維護加固一次，60 a內(nèi)共維護加固4次。以60 a為一個周期進行比較如表6所示。

3 預(yù)裝式U型電纜溝的試點評價

在臥龍500 kV變電站工程中對預(yù)裝式U型電纜溝進行試點，試點后評價如下。

表6 預(yù)裝式電纜溝與混凝土電纜溝60 a全壽命周期對比Tab.6 Comparison of the whole life cycle of prefabricated cable trench and concrete cable trench 60 a （單位：萬元）

(1)經(jīng)濟性方面：預(yù)裝式電纜溝從施工時間、人力資源需求、質(zhì)量工藝等方面來說優(yōu)于現(xiàn)澆混凝土，但施工成本高于現(xiàn)澆混凝土電纜溝。若實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)后，可大大降低生產(chǎn)成本，具有更高的經(jīng)濟性，符合電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的需求。

(2)技術(shù)性方面：預(yù)裝式U型電纜溝穩(wěn)定性好，在同寬度的溝中所需混凝土量較少；安裝時，整體調(diào)平調(diào)直簡單，安裝時間短；在相同條件下，可大大降低人工及時間成本。

(3)質(zhì)量工藝方面：實體質(zhì)量好，強度高，耐久性好，觀感好，能達到清水混凝土標(biāo)準(zhǔn)。無龜紋、裂紋等質(zhì)量通病現(xiàn)象。

(4)施工方面：預(yù)裝式混凝土電纜溝施工工序比現(xiàn)澆混凝土電纜溝少，而且沒有等待拆模、養(yǎng)護等間歇等待的時間，可大大縮短現(xiàn)場施工時間。電纜溝新型輔助吊裝工具裝拆方便、靈活，能有效提高預(yù)制件安裝就位的工效。

(5)運行維護方面：預(yù)裝式電纜溝一次成型，后期免維護。

(6)工程擴建方面：在擴建項目中，電纜溝拆除費用相對較低，且部分電纜溝墻板可以重復(fù)利用。

4 結(jié)論

本文從技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性和試點評價等方面分析了預(yù)裝式U型電纜溝的特點，其具有實體質(zhì)量好、強度高、耐久性好、裝拆方便靈活、可重復(fù)利用等優(yōu)點避免了質(zhì)量通病的現(xiàn)象，降低了人工及時間成本，提高了施工效率。通過全壽命周期的對比分析，采用預(yù)制電纜溝比現(xiàn)澆式電纜溝費用高出約20%，但若采取各種技術(shù)、經(jīng)濟手段降低施工成本，則預(yù)裝式電纜溝有明顯的優(yōu)勢，其推廣應(yīng)用將為變電站進一步實現(xiàn)“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機械化、施工專業(yè)化”建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)。

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Design of Preinstalled Cable Trench of U Type

ZHOU Qiupeng1，ZHOU Li1，HUANG Zhenxi2，GONG Jun3
(1.State Grid Hubei Electric Economics and Technology Research Institute,Wuhan Hubei 430077，China；2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077，China；3.Hubei Electric Power Transmission&Transformation Company,Wuhan Hubei 430063，China)

The characteristics of prefabricated cable trench of U type are introduced in terms of technical feasibility and economic rationality.The pilot study is made for 500 kV transformer sub?station project of prefabricated cable trench.Through comparing with cast-in-place concrete cable trench,it is indicated that cable trench of U type can effectively reduce the workload of construc?tion site and the construction cycle,solve the existing problems in traditional construction method. It has laid the foundation for the further realization of the substation"design standardization,pro?cessing factory,the mechanization of the installation,construction specialization".

prefabricated cable trench of U type;anti-floating stability;life cycle cost

TM63

B

1006-3986(2016)04-0042-05

10.19308/j.hep.2016.04.010

2016-03-04

周秋鵬（1966），男，湖北浠水人，高級工程師。