變電站L形預(yù)裝式混凝土電纜溝設(shè)計(jì)研究

國網(wǎng)湖北省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院 李智威 孫利平 賀蘭菲 高曉晶 熊川羽 柯方超 周秋鵬國網(wǎng)荊門供電公司 方 釗

1.引言

裝配式變電站采用全預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)建筑模式，通過工廠生產(chǎn)預(yù)制現(xiàn)場裝配安裝兩大階段來建設(shè)變電站，這種建設(shè)方式大大減少了變電站的占地面積，大幅縮減建設(shè)工期。隨著全預(yù)制裝配式變電站的試點(diǎn)成功和逐步推廣，這種全預(yù)制裝配式變電站將成為今后變電站建設(shè)的主流模式[1-5]。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(gè)重要環(huán)節(jié)。

目前電纜溝施工一般采用磚砌電纜溝和現(xiàn)澆混凝土電纜溝，在現(xiàn)場的施工工期相對(duì)較長，在一些時(shí)間低溫陰雨、擴(kuò)建工程、工期短等特殊環(huán)境下施工受到諸多制約。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(duì)電纜溝結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段預(yù)制，然后運(yùn)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(jì)和施工模式開始向“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機(jī)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[6-8]。

我國對(duì)預(yù)裝式變電站的研究始于本世紀(jì)初。2007年，國家電網(wǎng)公司對(duì)變電站的建設(shè)工作提出了“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化”（簡稱“兩型一化”）的發(fā)展思路，裝備是變電站逐步受到重視。預(yù)裝式混凝土電纜溝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)研究也開始受到了工程界的重視。2008年，浙江110kV楊柳變電站、江蘇220kV三興變電站相繼竣工并投入使用，開創(chuàng)了預(yù)裝式混凝土電纜溝在變電站工程中的成功應(yīng)用先例。此后，相關(guān)單位對(duì)預(yù)裝式變電站的預(yù)裝項(xiàng)目開始逐步進(jìn)行研究和推廣，其中，預(yù)裝式混凝土電纜溝施工技術(shù)已開始進(jìn)行嘗試并已取得了部分成果。2014年，湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院在芷江220kV開關(guān)站項(xiàng)目中試點(diǎn)使用了預(yù)制高強(qiáng)輕質(zhì)防腐混凝土電纜溝，高強(qiáng)輕質(zhì)防腐混凝土的密度和彈性模量均低于普通混凝土[8]。山西省電力勘測設(shè)計(jì)院針對(duì)寒冷地區(qū)工程建設(shè)進(jìn)度需求，研究采用的預(yù)制裝配式混凝土電纜溝，每個(gè)單體的斷面為U形，左、右溝壁對(duì)稱，底部設(shè)有弧形排水槽。廣東電網(wǎng)公司對(duì)比普通混凝土電纜溝蓋板及兩種新型電纜溝蓋板（鋼纖維混凝土電纜溝蓋板和玻璃纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合蓋板）的特性，研究認(rèn)為鋼纖維混凝土蓋板抗壓強(qiáng)度和抗折性較普遍混凝土蓋板大幅提高，但同樣存在蓋板較重、裝難度較大。美國內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯的電力與天然氣供應(yīng)商N(yùn)V Energy研究并批量生產(chǎn)了裝配式電纜溝，斷面為U形，左右對(duì)稱，預(yù)制蓋板通過螺栓與溝體連接，接地扁鋼嵌在溝體內(nèi)?？傮w看來，目前國內(nèi)對(duì)預(yù)裝式變電站項(xiàng)目的研究比較活躍，也取得了一些可喜的成果，但對(duì)預(yù)裝式混凝土電纜溝的結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化、構(gòu)配件之間的連接構(gòu)造、溝道排水防滲措施、現(xiàn)場預(yù)裝施工技術(shù)的研究還不太成熟，尚未達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、工廠化”的程度和形成統(tǒng)一的質(zhì)量監(jiān)控與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)用方面與國外相比仍存在一定的差距[9-10]。

預(yù)裝式混凝土電纜溝改變變電站電纜溝傳統(tǒng)建設(shè)思路，為變電站逐步實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工工廠化、安裝機(jī)械化、施工專業(yè)化”建設(shè)提供前期研究探索。但預(yù)裝式混凝土電纜溝在設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)上仍存在一些問題（如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)優(yōu)化、防滲、排水問題等）。通過預(yù)裝式電纜溝的研究，降低現(xiàn)場施工工作量和施工周期，解決傳統(tǒng)施工方法存的質(zhì)量問題，提高電網(wǎng)發(fā)展質(zhì)量等具有重要意義。

2.預(yù)裝式混凝土電纜溝技術(shù)方案

2.1 預(yù)裝式混凝土電纜溝技術(shù)特點(diǎn)

全預(yù)制裝配式變電站是變電站建設(shè)的一場革命，改變了傳統(tǒng)的變電站電氣布局、土建設(shè)計(jì)和施工模式，通過工廠生產(chǎn)預(yù)制、現(xiàn)場安裝兩大階段來建設(shè)變電站。全預(yù)制裝配式變電站是“兩型一化”變電站的具體體現(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、模塊化組合、工業(yè)化生產(chǎn)、集約化施工，使變電站建設(shè)走向科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、精細(xì)化建造的道路。

預(yù)裝式混凝土電纜溝采用混凝土和鋼模板的施工技術(shù)，對(duì)電纜溝主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段預(yù)制，然后運(yùn)抵現(xiàn)場拼裝而成。理論上應(yīng)根據(jù)使用和施工階段的各種工況，對(duì)電纜溝結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和抗傾覆性進(jìn)行分析計(jì)算；研究溝道連接、轉(zhuǎn)彎時(shí)的結(jié)構(gòu)處理方式以及預(yù)制構(gòu)件的連接構(gòu)造措施；優(yōu)化模板施工技術(shù)及現(xiàn)場拼裝方案和施工工藝；并解決電纜溝溝道內(nèi)排水、支架安裝等技術(shù)問題。

預(yù)裝式混凝土電纜溝具有下列特點(diǎn)：

（1）充分發(fā)揮預(yù)制構(gòu)件優(yōu)越性，體現(xiàn)以人為本、節(jié)約資源的思想，建筑風(fēng)格上更加樸實(shí)、整潔；

（2）施工工藝上，推行構(gòu)件工廠化、集成化加工、機(jī)械化施工、環(huán)保施工，極大提高了資源利用率與施工效率；

（3）按照標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)原則，可滿足體系化設(shè)計(jì)的要求，并充分考慮構(gòu)配件的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化、多樣化；

（4）工廠化預(yù)制加工，不受現(xiàn)場氣候、環(huán)境、地質(zhì)等因素影響，構(gòu)件質(zhì)量容易得到保證，很大的縮短了工程的工期。

預(yù)制電纜溝的兩種斷面形式：（1）U形斷面；（2）L形斷面。L型電纜溝穩(wěn)定性較好，能滿足要求；安裝時(shí)，整體調(diào)平調(diào)直難度大，安裝時(shí)間較U型溝長。本文研究具體方案為L形預(yù)裝式混凝土電纜溝方案。

2.2 L形預(yù)裝式混凝土電纜溝方案

設(shè)計(jì)的L形電纜溝為對(duì)稱布置，溝道凈空尺寸（即有效尺寸）見表1。為了與電纜支架的安裝間距相匹配，每預(yù)制基本段溝身標(biāo)志長度1400mm，實(shí)際長度1395mm。電纜電纜溝斷面如圖1所示。在溝壁厚度方向，底部為150mm，頂部為130mm；頂部設(shè)橡膠壓條；底板厚度為160mm；中間留矩形排水溝尺寸為150 mm×40mm，上設(shè)鋼絲網(wǎng)篦子，排水溝底部100mm厚為二次澆注微膨脹混凝土，橫向雙坡度2%。溝寬800mm及以下時(shí)不采用L形溝。

表1 預(yù)裝式電纜溝有效尺寸

圖1 預(yù)制L形電纜溝斷面示意圖

預(yù)制基本段溝身蓋板一般構(gòu)造如下：板標(biāo)志寬度為500 mm，板實(shí)際寬度為498 mm，板厚為50 mm；板面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按4 kN/mm2考慮；板四周帶角鋼邊框，角鋼選用不等邊角鋼。溝頂（蓋板頂面）露出自然地面高度150 mm。預(yù)制L形電纜溝橫斷面面積、構(gòu)件實(shí)際長度及構(gòu)件自重見表2。預(yù)制L形溝的蓋板與預(yù)制L形溝一一對(duì)應(yīng)，預(yù)制蓋板自重見表3。

表2 預(yù)制L形溝自重（單塊構(gòu)件自重）

表3 預(yù)制L形溝蓋板自重

3.L形預(yù)裝式混凝土電纜溝計(jì)算

3.1 抗浮穩(wěn)定性

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2011 5.4.3條規(guī)定對(duì)預(yù)制L形電纜溝進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算。以型號(hào)為D1210預(yù)制L形電纜溝為例驗(yàn)算抗浮穩(wěn)定性（下文除特殊說明者外，計(jì)算分析均以型號(hào)為D1210預(yù)制L形溝為例），其余型號(hào)的預(yù)制L形溝抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果列于表4。

取1m長L形溝為計(jì)算單元，抗浮驗(yàn)算水位取場地標(biāo)高，L形溝自重G1k：

預(yù)制蓋板重G2k：

單個(gè)L形溝每邊設(shè)有2副電纜支架，電纜支架重及電纜壓重按每副支架3kN計(jì)算，每米L形溝電纜支架及電纜壓重G3k：

浮力作用值：

抗浮驗(yàn)算：

抗浮驗(yàn)算滿足要求。其余型號(hào)的預(yù)制L形溝的抗浮驗(yàn)算結(jié)果見表4。

表4 預(yù)制L形溝抗浮驗(yàn)算結(jié)果

3.2 施工階段承載力驗(yàn)算

施工階段側(cè)壁受到的外推力1kN/m2，截面I-I彎矩為：

因此MI-I＜Mα，施工階段承載力驗(yàn)算滿足。其余型號(hào)預(yù)制L形電纜溝施工階段承載力驗(yàn)算均滿足。

3.3 施工階段抗傾覆驗(yàn)算

計(jì)算結(jié)果表明，MIOV＜Mr，抗傾覆驗(yàn)算滿足要求。其余型號(hào)的預(yù)制L形電纜溝的施工階段抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果見表6。

混凝土抗彎承載力：

施工階段側(cè)壁受到的外推力為1kN/m2，如圖2所示。側(cè)壁重：

底板重：

施工外推力產(chǎn)生的傾覆力矩：

自重作用下的抗傾覆力矩：

圖2 抗傾覆驗(yàn)算示意圖

表6 預(yù)制L形溝抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果

4.L形預(yù)裝式混凝土電纜溝方案實(shí)現(xiàn)

2015年，湖北省電力公司建設(shè)部提出探討預(yù)裝式變電站的總體構(gòu)想，并提出了在臥龍500kV變電站項(xiàng)目中實(shí)施預(yù)裝式混凝土電纜溝的設(shè)想。對(duì)變電站預(yù)裝方案進(jìn)行了很多次研究探討，形成了變電站預(yù)裝初步方案，并應(yīng)用于某變電站的建設(shè)中。

4.1 排水方案

電纜溝排水方案分為順場地坡向的電纜溝排水、垂直于場地坡向的電纜溝排水以及遇到與場地坡向相交的電纜溝或場地局部需要帶來的溝道頂部過水問題。本項(xiàng)目中采取順場地坡向的電纜溝排水方案。

預(yù)制L形電纜溝應(yīng)結(jié)合變電站內(nèi)廠區(qū)市政排水坡度進(jìn)行安裝施工，即在預(yù)制混凝土電纜溝構(gòu)件鋪設(shè)前利用混凝土墊層找坡形成溝道縱向排水坡度。溝道排水縱坡一般控制在2‰～5‰，有特別要求時(shí)根據(jù)排水施工圖另行考慮。

對(duì)于預(yù)制L形電纜溝，溝內(nèi)橫向排水坡度為2%，在二次澆筑混凝土范圍頂面形成縱向排水槽150mm×40mm，頂部設(shè)鋼絲網(wǎng)篦子。溝內(nèi)排水口間距單坡時(shí)宜為20～30米，雙坡時(shí)可為40米。排水口尺寸為250mm×250mm，預(yù)留在預(yù)制溝段中部（普通溝段1/2長度處、T形和L形連接的軸線相交處）底板上，排水口頂面設(shè)鋼絲網(wǎng)篦子并連接場區(qū)排水管。

4.2 防滲水措施

與現(xiàn)澆電纜溝不同，預(yù)制電纜溝存在溝體拼接處的縫隙滲水問題。在研究目前已有防滲技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合預(yù)制混凝土電纜溝的防水使用要求提出下述三種防滲水措施，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合場地的工程水文地質(zhì)特征選用。

（1）填充發(fā)泡劑+硅酮耐候膠勾縫止水

在每段預(yù)制混凝土電纜溝的兩端沿端面內(nèi)外壁邊緣（底板下部除外）預(yù)留20mm×3mm槽口，考慮制作及施工偏差，拼縫寬度取5mm，預(yù)制電纜溝拼接就位后，在預(yù)留槽口內(nèi)填充發(fā)泡劑，后用硅酮耐候膠勾縫形成止水縫。填充發(fā)泡劑除具有一定的止水效果外，其主要作用是一旦外層硅酮耐候防水膠遭到破損時(shí)能有效防止溝外泥漿滲入溝道內(nèi)。

該方法施工簡單，沒有濕作業(yè)，施工速度快，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

（2）外側(cè)螺栓錨固+止水橡膠條止水

預(yù)制溝壁外側(cè)預(yù)設(shè)螺栓孔，孔徑20mm，螺栓外徑16～18mm；預(yù)制電纜溝端面中心位置均預(yù)設(shè)梯形公槽或梯形母槽，安裝前將6mm厚橡膠條固定在溝端一側(cè)的母槽內(nèi)，構(gòu)件就位后擰緊外側(cè)螺栓擠壓橡膠條形成止水縫。

（3）微膨脹漿料灌縫止水

預(yù)制電纜溝溝壁端面及底板端面中心位置均預(yù)設(shè)1/2圓弧凹槽，直徑40mm，構(gòu)件就位后從頂部澆灌微膨脹漿料形成止水縫。在微膨脹漿料灌縫前，應(yīng)事先固定好拼縫外側(cè)的專用止?jié){橡膠條及夾具，以防漏漿。專用止?jié){橡膠條及夾具制作簡單，且可重復(fù)使用。澆灌前應(yīng)保證孔道及排氣孔暢通，必要時(shí)可輔以鋼筋通條澆搗，以保證灌縫漿料澆灌密實(shí)。

圖3 電纜支架安裝方式

4.3 安裝與施工

電纜支架安裝方式，電纜支架間距700mm，電纜支架采用螺栓固定，每副支架承擔(dān)最大荷載按3kN計(jì)算。溝寬b≥1000mm時(shí)，溝內(nèi)兩側(cè)溝壁均設(shè)支架，每副支架對(duì)應(yīng)位置的溝壁上需預(yù)埋螺母4個(gè)，如圖3（a）所示。溝寬b≤800mm時(shí)，溝內(nèi)只一側(cè)溝壁設(shè)支架，每副支架對(duì)應(yīng)位置的溝壁上需預(yù)埋螺母3個(gè)，如圖3（b）所示。預(yù)埋螺母需垂直溝道內(nèi)壁，螺母表面有防滑紋，外徑20mm，內(nèi)徑12mm，螺母長80mm，絲長45mm。在溝道連接（十字形、T形、L形）處的每個(gè)對(duì)應(yīng)的45°切角面上安裝2副電纜支架。

L形預(yù)裝式混凝土電纜溝的應(yīng)用，全面落實(shí)了資源節(jié)約、環(huán)境友好，實(shí)現(xiàn)社會(huì)綜合效益最大化，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)策劃，標(biāo)準(zhǔn)先導(dǎo)，改變傳統(tǒng)電纜溝的布置型式，廢除傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式。因地制宜，美化設(shè)計(jì)，使之與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（2）貫徹建筑節(jié)能、節(jié)材、節(jié)水、節(jié)地方針，土建結(jié)構(gòu)安全裕度精準(zhǔn)，建筑耐久性與變電站運(yùn)行壽命相協(xié)同，力求使建筑結(jié)構(gòu)輕型化。

（3）凈化施工現(xiàn)場，減少施工期粉塵、噪音、污水污染以及水資源消耗。采用預(yù)裝式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場基礎(chǔ)、柱、梁、板、屋架一次就位，縮短了近一半施工周期。

5.結(jié)論

本文研究了變電站L形預(yù)裝式混凝土電纜溝設(shè)計(jì)。通過對(duì)比分析，歸納了預(yù)裝式混凝土電纜溝的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，并通L形預(yù)裝式混凝土電纜溝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗浮穩(wěn)定性計(jì)算、施工階段承載力驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算，從結(jié)構(gòu)上驗(yàn)證了L形預(yù)裝式混凝土電纜溝方案的可行性。并通過提出采取順場地坡向的電纜溝排水方案，結(jié)合預(yù)制混凝土電纜溝的防水使用要求提出下述三種防滲水措施，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合場地的工程水文地質(zhì)特征選用。最后結(jié)合L形預(yù)裝式混凝土電纜溝結(jié)構(gòu)提出電纜支架安裝方式。L形預(yù)裝式混凝土電纜溝可有效提高施工周期，滿足建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化的變電站技術(shù)要求。

[1]申屠剛.智能化變電站架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)化信息平臺(tái)研究[D].浙江：浙江大學(xué),2010.

[2]劉國斌.關(guān)于智能化預(yù)裝式變電站[J].科技視界,2012(16)：280-281.

[3]張飛強(qiáng).裝配式變電站探索與安裝技術(shù)[D].浙江：浙江大學(xué),2011.

[4]朱文博,張蕓.全預(yù)制裝配式變電站考察情況簡述[J].能源與節(jié)能,2011(10)：20-22.

[5]柳國良,張新育,胡兆明.變電站模塊化建設(shè)研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(14)：36-39.

[6]單暉.110kV預(yù)裝式變電站在電網(wǎng)中的應(yīng)用與分析[J].電氣技術(shù),2013(8)：102-104.

[7]張守河,李紅興.淺談變電站電纜溝施工方法[J].價(jià)值工程,2010：37-38.

[8]李小云,周鯤,徐滿華等.高強(qiáng)輕質(zhì)防腐混凝土的預(yù)制電纜溝在輸變電工程的應(yīng)用[J].工程建設(shè),2014,46(4)：30-34.

[9]張福生.中壓網(wǎng)混凝土電纜溝工程監(jiān)理質(zhì)量控制[J].建設(shè)監(jiān)理,2014(8)：60-63.

[10]楊軍.電纜溝常見問題分析[J].電力安全技術(shù),2009(11)：50-52.