市政工程地下電力管線防破壞技術(shù)

于立杰 孫鵬 沈楓 孫悅

（中交一公局第六工程有限公司 天津 300451）

隨著城市的不斷發(fā)展，基層建筑和地下拓建工作都進(jìn)入全面發(fā)展階段［1］。其中，地下電力工作是難度最大也最為重要的。而電力管線作為人們生活、工作以及生產(chǎn)的基礎(chǔ)，作用非常大。

由于施工技術(shù)不當(dāng)或預(yù)先工作不及時導(dǎo)致的管線破壞現(xiàn)象屢次發(fā)生，這不僅會影響到人們的生活起居，還會給企業(yè)帶來嚴(yán)重的損失，對公共社會安全造成極大影響［2］。由此可以看出，針對電力管線的防破壞措施是尤為重要的。

近年來，為預(yù)防此類事件發(fā)生，國家出臺了各種管道保護(hù)方案，但由于制度落實得不到位，導(dǎo)致防破壞技術(shù)實際應(yīng)用效果不佳，在很多地方都存在漏洞［3］。

基于上述分析，本文結(jié)合歷年管線破壞案例，從根源分析，查找具體破壞因素，并結(jié)合施工重點給出可應(yīng)對不同損壞情況的防破壞技術(shù)，有針對性地開展工作。其中，提出了管群撥移防破壞、隔離法和懸吊法防破壞、支撐保護(hù)法防破壞及卸載保護(hù)法等，在開展保護(hù)工作的同時，還能提高后續(xù)管線的運作效率，屬于雙重改善。本文考慮到了以往方法沒有察覺到的漏洞點，由于地下環(huán)境較為陰暗，且受天氣影響，周圍環(huán)境多潮濕陰暗，以此作為切入點，著重提高因污水浸泡導(dǎo)致的破壞現(xiàn)象。由此，可以從本源上杜絕損壞中出現(xiàn)頻率最高的因素，在最大程度上實現(xiàn)防破壞技術(shù)的高效應(yīng)用。

1 地下電力管線被破壞的主要因素分析

市政工程地下電力管線防破壞問題已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點和熱點，本文利用BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）數(shù)據(jù)庫對歷史管線事故進(jìn)行分析，對造成破壞事故的原因進(jìn)行以下分類。

（1）早期進(jìn)行城市地下建設(shè)時沒有進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的劃分，導(dǎo)致后續(xù)建設(shè)時無秩序且目標(biāo)不明確，容易出現(xiàn)管線交錯和錯分現(xiàn)象［4］。此外，因相關(guān)圖紙缺失或基建設(shè)備不全導(dǎo)致管線單元無法獲取準(zhǔn)確的地下位置，給后續(xù)使用帶來安全隱患。

（2）地下電力管線與地面標(biāo)識出現(xiàn)錯誤，無法一一對應(yīng)，在沒有具體查詢地下是否存在干擾設(shè)備的情況下直接展開工作。由于地下環(huán)境不同于地面，存在過多的干擾項，導(dǎo)致地面與地下設(shè)備信號連接不全，發(fā)生危險時無法第一時間展開工作，管線破壞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，無法得到改善［5］。

（3）事先沒有做好防護(hù)準(zhǔn)備，地下環(huán)境陰暗潮濕，即使是強度較大的管線也無法承受日積月累的浸泡，不及時對其進(jìn)行檢修、保護(hù)，導(dǎo)致出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

（4）初始管線保護(hù)裝置與管線不匹配，由于需要考慮到多家用電需求，電力管線通常直徑都較大，而管線保護(hù)采用的都是橡膠或尼龍等具有彈力性質(zhì)的材料［6］，這些材料會隨著時間的增加逐漸硬化，也會隨之失去彈性，此時就難以實現(xiàn)完整精準(zhǔn)的保護(hù)。因此，在進(jìn)行保護(hù)前需要提前計算管線的直徑，選擇與管線值最為匹配的保護(hù)材料，計算公式為：

公式中，D0表示保護(hù)管內(nèi)徑長度，單位為mm；n表示管線總數(shù)；d表示每根管線半徑，平均值為0.4m。

對電力管線中出現(xiàn)損壞位置點進(jìn)行檢測，得到相關(guān)信息參數(shù)幫助后續(xù)保護(hù)，檢測相關(guān)函數(shù)如下：

公式中，τ表示波速；P1、P2表示損壞量；(τ)表示損壞最大值；(τ-1) 表示損壞最小值。通過歷史數(shù)據(jù)得到的相關(guān)損壞參數(shù)如表1所示。

表1 歷史數(shù)據(jù)損壞檢測

從表1 中可以看出，11 月至次年2 月屬于冬季范圍，管線破裂的原因主要是冷空氣導(dǎo)致的管線外部凍結(jié)，管線厚度從2.01cm 增長到3.78cm，保暖工作較差時就會出現(xiàn)這種情況；3—10 月則多為天氣和環(huán)境因素影響，存在過多的污水無法及時排放，就會導(dǎo)致管線被腐蝕，管線厚度從2.47cm磨損到2.01cm。

2 防破壞技術(shù)的實現(xiàn)

2.1 頂管施工技術(shù)在電力管線防破壞中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國市政工程的基建設(shè)備逐漸呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，這就意味著施工的環(huán)境也會越來越復(fù)雜，對于電力保護(hù)技術(shù)的要求也越來越高。其中，電力管線施工的難度是所有城建工作中復(fù)雜程度最高的，在實際的工作進(jìn)行中，在空間有限的情況下，不僅要排除磁場信號干擾、環(huán)境及人為因素的影響，還要實現(xiàn)通信線路、污水管道及電力管線之間的合理分布，一旦出現(xiàn)交叉錯亂的現(xiàn)象，就會引發(fā)一系列的事故。由此可見預(yù)先設(shè)置防破壞工作的重要性。

一般情況下，管道施工主要采用的有頂管施工技術(shù)。該技術(shù)主要就是在地下管道頂部進(jìn)行頂管安裝，通過水準(zhǔn)儀器對準(zhǔn)管道頂點并安裝監(jiān)控設(shè)備，以此來實現(xiàn)實時監(jiān)控保護(hù)。在進(jìn)行頂管安裝前需要提前確定安裝位置，一旦位置錯誤，就會出現(xiàn)檢測點位移的現(xiàn)象，影響管控效果。一般情況下，管線直徑為0.2m時，管道空間直徑為3m 時，需要在距離頂部高度2m 的位置安裝監(jiān)控設(shè)備，這個位置所覆蓋的范圍較廣，不存在攝像死角，無論是哪個位置發(fā)生事故都能捕捉。

2.2 管群撥移防破壞技術(shù)

以北京地區(qū)某一市區(qū)內(nèi)的地下盾構(gòu)井作為參照，此處的電力管線一般會在地下北段的連墻位置，電力管線占壓在西側(cè)墻面上，這種方法可以避免管線隨時間而導(dǎo)致的脫落現(xiàn)象，存在一定的支撐力。當(dāng)電力管線沒有出現(xiàn)兩側(cè)方懸空現(xiàn)象時，一側(cè)緊貼墻壁可保證管線的支撐性，而另一側(cè)安全加厚的保護(hù)材料，避免潮濕空氣的附著影響，加強防破壞效果。

2.3 懸吊法和隔離法

懸吊法和隔離法也是目前地下電力管線防破壞的常用技術(shù)之一。其中，隔離法是指在有限的空間環(huán)境，安排電力管線與其他應(yīng)用管線進(jìn)行隔離，例如網(wǎng)絡(luò)通信管線、污水排放管道等，如果不進(jìn)行隔離分布的話，很可能導(dǎo)致各個管線出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。本文使用的隔離方案是采用鋼板進(jìn)行位置間隔，將鋼板插進(jìn)地下縫隙，讓電力管線與其他管線之間形成一個狹小的空間，不僅能防止線路纏繞，還能避免其他生物的干擾。

懸吊法是在隔離法的基礎(chǔ)之上進(jìn)行更新改良，針對地下中的某些特殊位置，這些位置通常無法容納鋼板的進(jìn)入，只能采用懸吊的方式將管線上置，使管線懸吊于頂部上。若管線離地面距離較近，或存在地面土質(zhì)較為松軟無法支撐的情況，也可采用該方法進(jìn)行保護(hù)。

2.4 支撐保護(hù)法

支撐防破壞法的主要原理就是通過設(shè)置支撐點，來防止電力線路發(fā)生脫落導(dǎo)致?lián)p壞。根據(jù)不同電力管線的支撐結(jié)構(gòu)，可將支撐保護(hù)法分為兩類：一是臨時支撐法；二是長期支撐法。其中，臨時法主要針對地下環(huán)境較為簡單、易進(jìn)行檢修的地點，管線破壞概率不高；長期支撐法則主要針對地下環(huán)境較為復(fù)雜的地點，這種地點檢修困難，不易施工，且一旦發(fā)生破壞，影響范圍過大。

2.5 卸載保護(hù)法

卸載保護(hù)法的作用原理就是通過增加負(fù)載板的方式，來減輕管線周圍的載荷及其他施重物帶來的壓力。其中，壓力最大的就是周圍的土體壓力，這種土體涉及范圍較廣，所以需要增加管線的受力面積來減少所承受的壓力，防止電力管線出現(xiàn)爆破現(xiàn)象。這種方法適用于任何環(huán)境和任何材質(zhì)的管線，適應(yīng)范圍和實用性較強。

3 仿真實驗

本次實驗通過采集地下管線外皮厚度的方式，來檢測本文所提出的防破壞技術(shù)的有效性。實驗所需的厚度檢測裝置是依靠信號波來完成的，由于地面和地下之間具有傳動原理，當(dāng)汽車行駛而過時，地下的檢測裝置便會受到影響。在進(jìn)行實驗前，需要對信號數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，調(diào)整檢測裝置能夠承受的干擾范圍，將誤差降至最低。根據(jù)地面震波的傳動原理，地下的振頻信號的頻率主要在0～200Hz的范圍之內(nèi)，參照Nyquist（奈奎斯特）采樣定律，當(dāng)采樣到的現(xiàn)場頻率大于信號中頻率最高值的2 倍時，此時采樣數(shù)據(jù)中就包含了完整的原始信號信息。將采樣頻率均值設(shè)置在150Hz 左右，定時采樣周期為3.0ms，地面的振動信號頻率均為低頻頻率。由于出現(xiàn)強震動或其他情況時，振頻信號會受到影響，波頻波動幅度增加，地下位置處的噪聲信號多為高頻信號。

為保證實驗質(zhì)量，將采集到的信號值按照采集時間進(jìn)行統(tǒng)計，一方面可以降低誤差影響，另一方面還可以確保采集到的數(shù)據(jù)中包含的特征量不會出現(xiàn)丟失。圖1為進(jìn)行防破壞保護(hù)前后管線損傷位置的原始管線表面厚度變化。

圖1 實施防破壞技術(shù)前后電力管線表面厚度變化

從圖1中可以看出，未進(jìn)行防破壞技術(shù)保護(hù)前，出現(xiàn)損傷位置的管線厚度值變動幅度較大，隨著破壞程度增加，整體出現(xiàn)高強度的波動現(xiàn)象，說明破壞程度較為嚴(yán)重，隨著外界壓力的不斷增加，后續(xù)很可能出現(xiàn)內(nèi)部線路暴露的情況，引起電線短路，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

經(jīng)過本文所提出的技術(shù)進(jìn)行防破壞保護(hù)后，管線表面厚度降低程度明顯下降，隨著損壞壓力的增加，也只是出現(xiàn)小幅度的下降趨勢，整體都控制在可承受范圍之內(nèi)。由此說明，該技術(shù)具有一定的有效性，實驗結(jié)果表現(xiàn)優(yōu)異，應(yīng)用在實際城市建設(shè)中可為其提供重要幫助。此外，該技術(shù)不僅能夠使電力管線更具有耐久性和抗壓性，還能減少后期設(shè)備檢修和損傷修復(fù)的經(jīng)濟(jì)和人力耗用，節(jié)約成本，提高城市建設(shè)能力。而所提技術(shù)之所以能夠高效實現(xiàn)防破壞保護(hù)，是因為預(yù)先對破壞原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，查找到破壞概率最高的因素，以此作為側(cè)重點，按照重要比例依次安排對應(yīng)的保護(hù)方案，這樣無論發(fā)生什么狀況都能高效應(yīng)對。

4 結(jié)語

本文提出一種市政工程地下電力管線防破壞技術(shù)，通過分析歷史數(shù)據(jù)庫中地下電力管線出現(xiàn)損壞現(xiàn)象的原因及影響因素，得到其中最常發(fā)生的管線老化、污水影響及環(huán)境潮濕破壞因素，提出具有針對性的防破壞方案。管線老化和污水影響采用外部橡膠材料包裹的方式，及時阻擋外部影響，不僅能減少污水滲入，還能減少管線之間的摩擦，提高管線的耐受能力，提高使用壽命。針對環(huán)境潮濕，則采用地面鋼板阻擋的方式來防止破壞，鋼板的硬度較高，在防止潮濕環(huán)境侵蝕的同時，還能降低地面硬物滲入地下造成的管線損傷。本文提出的防破壞方案具有針對性，應(yīng)用價值較高且實施起來并不復(fù)雜，材料耗用較少，以最小的預(yù)算獲得最高的效益。仿真實驗證明，所提技術(shù)能夠取得較佳的防破壞效果，在外部施壓的環(huán)境下也能保證管線不被損壞，方法適應(yīng)能力強，實用價值較高，應(yīng)用在城市建設(shè)方案中可為其提供重要幫助。