淺談城市電力管廊土建結(jié)構(gòu)設(shè)計

王圳

摘要：電力管線入地是城市發(fā)展中需要面對的問題，目前城市內(nèi)10kV的電力線路采用地下管線較多，但對于高壓線路采用地下線路比較少，究其原因是因為高壓地下管線工程技術(shù)復(fù)雜、造價高、運營管理難度大。隨著城市化發(fā)展，原有城市邊緣的高壓變電所已經(jīng)成為納入城區(qū)范圍，變電所架空線路對周邊環(huán)境、地塊的開發(fā)造成了不利的影響。本文工程即在這樣的背景下提出，通過精細的設(shè)計、施工，比較完美的完成了地下高壓電力管廊的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：管廊;沉井;大直徑頂管;沉降

引言

電力管廊是在城市在地下建設(shè)的電纜隧道，用于容納電力及通信等各種工程管線，作為保障城市安全運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施，被視為城市的“生命線”。由于城市空間有限，且可用空間內(nèi)管線布置復(fù)雜，傳統(tǒng)電纜敷設(shè)方式已無法滿足城市電纜敷設(shè)的要求，頂管敷設(shè)的方式可高效利用城市地下空間，使電纜路徑選擇及敷設(shè)更加便捷。

1電纜敷設(shè)方法的分析

1.1直埋敷設(shè)

直埋敷設(shè)方法進行電纜的敷設(shè)，主要施工步驟為開挖、基層處理、電纜敷設(shè)、墊層、回填、設(shè)置警示標志等工序，同時應(yīng)根據(jù)工程要求設(shè)置電纜護板。此種敷設(shè)方式具有施工方式簡單、施工周期短等特點，但由于采用直埋方式，需進行開挖，施工空間要求較大，且安全性相對較低，同時不利于電纜檢修與維護，不適合在城市采用。

1.2明挖式電纜溝道敷設(shè)

電纜溝道敷設(shè)即電纜采用電纜隧道及電纜溝的方式敷設(shè)。明挖式電纜溝道施工工序一般為開挖、支模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、覆土回填等步驟。此種敷設(shè)方法具有檢修方便、施工便捷等特點。但電纜管溝對施工空間要求較大，且需要對地面進行破拆、恢復(fù)，對周圍造成較大影響。不適合在城市采用。

1.3沉井、 頂管方式電纜溝道敷設(shè)

沉井是在地面上或地坑中澆筑鋼筋混凝土井，鋼筋混凝土井身達到一定強度后在井筒內(nèi)分層挖土，隨著井筒內(nèi)地面降低，使鋼筋混凝土井憑其自重抵消與土壁之間的摩阻力，使井身逐漸下沉就位的一種地下構(gòu)筑物施工工藝。

頂管施工是利用主頂油缸和管道間的中繼環(huán)的推力，將工具管從始發(fā)工作井內(nèi)推入土層并頂?shù)浇邮站畠?nèi)吊起，而隨工具管推進的預(yù)制管節(jié)則埋設(shè)在兩個工作井之間。管道頂進施工可分為4個階段：工作井和接收井的制作，工具管出洞，后續(xù)管道頂進，工具管入洞，四個階段。

沉井與頂管相結(jié)合的方式具有電纜敷設(shè)受環(huán)境影響小、施工空間小、機械化程度高等優(yōu)點，適合在城市環(huán)境中采用。本文將基于沉井與頂管相結(jié)合的方式施工電力管廊進行分析、論證。

2大直徑頂管管節(jié)的設(shè)計

2.1頂管管節(jié)的構(gòu)造

頂管管節(jié)有3種P1：內(nèi)徑3m，壁厚0.3m，管節(jié)長度2.5m;P2：內(nèi)徑3m，壁厚0.3m，管節(jié)長度1.5m;P3：內(nèi)徑2.4m，壁厚0.24m，管節(jié)長度2.5m。管節(jié)節(jié)段連接采用插接式，主要防水措施是插接頭鋼環(huán)與管節(jié)側(cè)壁間填充楔形橡膠圈和2道遇水膨脹膠條，再在管節(jié)內(nèi)外側(cè)填充聚硫密封膠。在施工完成后，在管節(jié)內(nèi)壁焊接接口鋼環(huán)，起到了進一步止水的效果。

2.2頂管計算條件

采用有限元分析軟件建立1m長的管節(jié)模型。邊界條件：在120°方向設(shè)置一般支撐，約束頂管的3個方向的移動，下部120°的范圍內(nèi)采用節(jié)點彈性支撐模擬土層支撐作用，剛度按“m”法計算。荷載：考慮自重、豎向土壓力、側(cè)土壓力、靜水壓力、地面堆載、整體升降溫及梯度溫度作用。

計算頂管頂進過程中的頂力，計算條件如下：（1）頂管施工采用泥水平衡式頂管機;（2）管壁采用觸變泥漿減阻，頂管壁與土體的平均摩阻力按7kN/m2計算;（3）頂管頂進長度按150m計算，長度超過120m應(yīng)考慮設(shè)置中繼間。

3頂推工作井的設(shè)計

3.1工作井構(gòu)造

以某工作井為例，某井為9m×16.5m的方形工作井，采用沉井施工。井壁上層厚80cm，下層厚110cm，下層西側(cè)井壁預(yù)留2個直徑3.8m的頂管出洞口，北側(cè)井壁預(yù)留1個直徑3.8m的頂管出洞口，上層?xùn)|側(cè)井壁預(yù)留1個3m（寬）×2.2m（高）的預(yù)留孔。井底設(shè)置刃角，刃角長140cm，踏面底寬20cm，刃角斜面與水平面的夾角54°。底板厚80cm，底板下設(shè)置60cm的混凝土墊層和40cm的MU30漿砌塊石。

3.2沉井計算條件

按照《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》（CECS137：2002）的規(guī)定對沉井進行結(jié)構(gòu)計算。計算條件如下：

（1）沉井施工采用井外排水下沉法，施工過程中不考慮水壓力和浮力，計算結(jié)構(gòu)在自重、土壓力、土抗力和頂管頂力作用下的受力。

（2）混凝土容重按25kN/m3計算，素混凝土容重按23kN/m3計算，土容重按19kN/m3計算，內(nèi)摩擦角按30°計算。

（3）井壁與土體的摩擦力按照規(guī)程的規(guī)定，并結(jié)合各層土體的力學(xué)參數(shù)確定。

4土建結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題

4.1內(nèi)部設(shè)計不合理

電力管廊的內(nèi)部通常由很多的電氣設(shè)備構(gòu)成，不同的電氣設(shè)備需要工作在不同的電氣運行環(huán)境下。因此，在電力管廊土建結(jié)構(gòu)設(shè)計時，若不對電力管廊主體結(jié)構(gòu)展開全面考慮，且不重視預(yù)防一些可能會發(fā)生的安全問題，使得電力管廊內(nèi)部容易出現(xiàn)著火問題，使得電力管廊工作運行不正常。設(shè)計人員在對變電站土建結(jié)構(gòu)設(shè)計時，如若忽視一些設(shè)計細節(jié)，使得電力管廊預(yù)設(shè)通風口比較大或者在通風口位置未設(shè)置防護網(wǎng)，很容易使部分小動物從通風口跑進電氣設(shè)備內(nèi)，引起電氣設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路。

4.2整體布局上存在問題

由于電力管廊內(nèi)部是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，包含很多的電氣設(shè)備元件，這些電氣設(shè)備還具有非常高的安裝環(huán)境需求，如果電力管廊內(nèi)部建筑平面的布局出現(xiàn)一些問題，很容易導(dǎo)致電氣設(shè)備不能正常工作。通過對我們目前的電力管廊實際考察，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電力管廊整體布局存在很大的不合理性。同時，在實際變電站設(shè)計時，設(shè)計人員未全面考慮電力管廊整體布局的合理性問題，使得電力管廊建筑結(jié)構(gòu)與電氣安裝存在一些互相沖突的部分，電力管廊內(nèi)部工作穩(wěn)定性受到嚴重的影響。

4.3結(jié)構(gòu)型式選用不合理

在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員往往不重視變電站結(jié)構(gòu)型式的選用環(huán)節(jié)，很多電力管廊土建結(jié)構(gòu)設(shè)計員往往僅為了減小設(shè)計工作量，缺乏重視電力管廊結(jié)構(gòu)型式的選擇是否適用于電力管廊地基的實際需求，特別是填方區(qū)的設(shè)備基礎(chǔ)選型設(shè)計如果考慮不當，導(dǎo)致建筑物的地基基礎(chǔ)缺乏穩(wěn)定性。同時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量及耐用性往往會造成地基及混凝土質(zhì)量出現(xiàn)問題，如果地基出現(xiàn)穩(wěn)定，將會導(dǎo)致混凝土發(fā)生裂縫問題或基礎(chǔ)不均勻沉降，這將會嚴重影響電力管廊結(jié)構(gòu)的使用壽命。

結(jié)語

綜上所述，伴隨著國民經(jīng)濟高速發(fā)展，電力土建工程的數(shù)量持續(xù)上升，相關(guān)建設(shè)單位為了確保電力系統(tǒng)土建工程地基施工解決方案水準持續(xù)提升，要求相關(guān)工程技術(shù)人員主動投入實際工程建設(shè)的施工研究，行之有效的掌握更為合理的作業(yè)解決方案，進而才可以更深層次推動電力系統(tǒng)土建工程建造行業(yè)的進步。

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