电力隧道结构设计及新技术研究

王旭江 郭志刚

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

电力隧道结构设计及新技术研究

王旭江 郭志刚

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

结合电力隧道的研究现状，从电力隧道地层荷载、断面选择、线路规划、技术措施四方面分析了电力隧道结构设计的方法，并针对电力隧道建设中存在的难点给出了解决建议，为电力隧道的建设积累了经验。

电力隧道，荷载，线路，结构

我国目前正处在经济快速增长的阶段，因此，城市对电力的需求量较大，为了满足城市发展的需要，许多的大中城市已经开始进行电网规划建设工作。针对我国当前的国情，修建地下变配电设施和地下传输隧道是势在必行的，因此，本文作者根据自身多年的工作经验，对当前我国地下电力隧道建设过程中的难点进行了简单的总结，并结合各地电力隧道建设中的经验，提出了此类工程设计过程中一些需要借鉴的地方。

1 电力隧道研究现状

在我国，如何提高城市道路的上下公共空间，一直是制约我国城市发展的重点，为了能够更好的对城市进行发展，我国的一些专家学者通过对国外发达城市的发展进行研究，认为城市道路的地下空间作为城市的发展空间之一，对于城市的发展具有重要的影响，因此，需要充分的利用城市道路的地下空间。在我国，比较常见的一种应用是将其作为城市生命管线设施的共同沟，这样不仅能够解决当前我国存在的土地资源问题，同时，还能保证各种传输管道的安全性。地下电力隧道的建设对于地面之上的市民生活影响非常小，因此，能够保证城市的正常运行。然而，这项技术在我国目前的施工中还存在着很多的问题，因此，需要尽快对其进行研究，寻找控制施工质量的方法和措施。

2 电力隧道结构设计

2.1 电力隧道地层荷载研究

当前，作用在隧道结构上的荷载主要为以下三种：主要荷载、特殊荷载和附加荷载。主要荷载指的是一种具有长期作用的荷载，包含地层的压力和自身的重力等，而附加荷载指的是不经常作用的一种荷载，其包含施工荷载等，主要是由一些施工操作过程中出现的问题而造成的。最后是特殊荷载，其指的是一些由于特殊的原因，像自然灾害等造成的荷载。以上所说的荷载是所有的隧道建设过程中都存在的，除此之外，还有像地层的压力等都会对隧道形成一定的荷载。

为了能够更好的解决这些问题，人们随着对这些问题认识的深入，逐渐发现这些问题主要是由周边的围岩和支护结构两个部分造成的，两者之间存在着相互作用。而对于周边围岩主要有两个作用：一个是作用在结构上，承担一定的荷载；另一个作用是作为结构的一部分。根据当前国际上比较流行的模型设计，可以将地下结构的设计模型分为以下几种：首先是经验设计法，这种方法主要是利用过去的设计经验，然后比对当前的建筑工程进行相应的隧道建设，另一种是约束法，其主要是根据现场的数据测量，将测量数据作为基础进行地下隧道的设计，第三种是作用和反作用模型，在这种模型中，通过弹性地基圆环计算公式等，对需要进行建设的隧道结构进行计算，得到最佳的设计方案，最后一种是连续介质模型，这种模型中包含了解析法和数值法两种，通过这两种计算方法的结合，得到最佳的隧道设计方案。

本文主要介绍的是荷载—结构模型的设计方法，在这种方法中，将支护和围岩分开进行考虑，其中，作为承载主体的是支护结构，而地层仅仅是在地下结构上产生一定的荷载，然后通过一定的计算方法，在荷载作用的基础上，形成一定的内力和变形。在进行设计时，将围岩按照一定的标准进行分级，然后通过弹性支撑实现对支护结构的变形约束，而对于围岩的承载能力，则需要在围岩的压力和弹性支撑约束能力确定后再进行考虑。在这种模型中，围岩所能承载的能力越大，支护结构所需要承担的压力则越小，相应的，弹性约束支护结构的变形反弹力就越大，总的来说，支护结构的作用就显得越小。

2.2 电力隧道断面的选择

电力隧道在进行建设时，会涉及到各种各样的地形，因此，会出现各种不同的电力隧道断面，每种断面的用途和优势各有不同，为了选择最合适的隧道断面设计方法，需要对各种电力隧道断面进行数据测量和整合，从而找到最佳的受力情况。

电力隧道断面的形式主要分为七种，分别是直墙无仰拱形式和直墙仰拱形式等，为了能够得到不同断面的数据，需要利用ABSYS14.0软件对电力隧道进行相应的模拟，然后根据荷载的计算方法得到相应的隧道断面图。

通过对电力隧道断面进行对比，我们可以找到最佳的断面。根据数据显示发现，圆形断面和上下层断面形式具有更小的弯矩，因此，在建设过程中出现的变形较小，具有较大的安全性，更加适合于浅埋暗挖电力隧道的建设，因此，在进行该种隧道的建设时，需要优先考虑这种断面，能够增加电力隧道运行过程中的安全性。此外，在电力隧道的运行过程中，容易对电缆进行维修工作，在电缆出现故障时，能够更加便捷的进行维护，保障了电力的正常传输。

2.3 平面线路的规划

电力隧道线路的规划需要根据中心城区的电网分布情况等进行确定，尤其是对于中心城区的电力隧道受地下建筑等的影响较大，在进行电力隧道的建设时，需要同各个相关部门进行协商，寻找合适的线路走向。在路径规划基础上，隧道内电缆的合理布置也尤为重要。

工程实例图如图1所示。

电力隧道在进行选择时，一般会沿着城市中路幅宽且长度较长的主要干道，这样在电力隧道内的电缆出现问题时，能够更加方便的进行维修。如在西藏路电力隧道中，北起新疆路，南至复兴中路的电力隧道，有一段隧道会穿越南京路地下行人通道和苏

州河，然后通过一些著名的建筑物，对于顶管轴线的平面直径最小要求在300 m以上。通过这些事例可以发现，电力隧道在建设过程中会受到较多的阻碍，这时，可以通过设立一些工作井来减小建设过程中隧道的转弯半径，从而满足线路的走向改变。为了减小建设过程中的难度，需要遵循以下几点原则：

首先，在进行线路的选择时，需要将规划的道路网作为基础，然后选择合适的隧道走向，在走向选择完成后，将其进行统一的建设和规划。其次，电力隧道应尽量选择在市政道路的下方一侧，且方向一致，在进行建设时需要距离道路5 m～10 m，这样能够保证工作井的位置同高层的建筑物之间存在一定距离，保护建筑物的安全。最后，隧道的建设是一项非常耗费财力的工程，因此，在进行线路的选择时，需要选择尽量简短的路径，这样既能保证线路沿着直线进行，同时，还能保证电力隧道周边建筑物的安全，降低建设成本。

2.4 电力隧道设计的新技术研究

随着电力隧道的作用被发现，其在建设中的设计受到越来越多的关注，各种新技术层出不穷，当前，双孔电力隧道以其断面的巨大优势，使用越来越广泛。通过对其模拟数据的分析可以发现，其结构更加适合电力设施的运行，在进行开挖过程中，地层的变化和地表的沉降均能满足该技术的应用。其中，整体式的双孔电力隧道能够更加充分的利用进站道路地下空间，从而使地下的建筑物不再需要进行迁改，这样大大节约了工程的投资，也保证了设备运输的安全性。

3 结语

随着城市供电要求不断增加，地下电力传输以及相应的变配电设施逐渐完善，电力隧道的建设将会面临新的问题。本文根据作者多年的研究，对当前电力隧道建设过程中的各种难点进行了总结，并对一些新的技术进行了简要的介绍。

[1] 刘飞禹,杨春花,张 斌，等.双向地震作用下浅埋软土电力隧道的动力响应[J].四川建筑科学研究,2013,39(5):144-149.

[2] 杨春花,张 斌.双向地震作用下浅埋砂土电力隧道动力响应分析[J].建筑技术开发,2014,41(2):4-8.

[3] 冯前伟.电力隧道结构设计及新技术研究[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，工程师； 郭志刚(1982- )，男，硕士，工程师

U451

A