一种新型电缆排管防护沟槽的应用研究

许晓坡+申红山+彭占胜+吴凯+尹超鹏

摘 要：目前电缆排管敷设主要采用砼包封型式，在保护电缆的同时，对后期维护造成不便。为了适应生产发展的需要文章提出一种新型预制防护沟槽，减少现场湿作业，缩短工作工期，便于安装、拆卸和维护，是一种环保、节约新型的电缆敷设型式，通过理论分析和实验验证，确定了其结构和材料，并在实际工程中予以应用。

关键词：砼包封；预制装配式；防护沟槽；电缆排管

中图分类号：TM757 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）07-0144-03

Abstract： At present， the concrete encapsulation type is mainly adopted in cable pipe laying. While protecting the cable， it causes inconvenience to the later maintenance. In order to meet the needs of production development， this paper puts forward a new type of prefabricated trench， which can reduce the wet work on site， shorten the working period， and be easy to install， disassemble and maintain. It is a new type of cable laying which is environmentally-friendly and economical. Through theoretical analysis and experimental verification， the structure and materials are determined and applied in practical engineering.

Keywords： concrete encapsulation； prefabricated assembly； protective trench； cable pipe

引言

随着城市现代化的发展和经济的增长，土地有效利用面积日趋紧张，城市用电密度增高，用电量日益增大。依靠架空线路供电已不能满足城市用电的需求，目前城市电网大量采用地下电力电缆输配电系统，大幅节约空间资源、土地资源和提高城市电网抵御冰雪、洪水、台风等自然灾害能力。根据《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007相关条款，电缆敷设一般采用直埋敷设、排管敷设、电缆沟敷设、隧道敷设等形式；电缆敷设方式的选择，应根据环境特点、工程规模和电缆类型、数量等因素，以及满足运行可靠、便于维护和技术经济合理的原则来确定。目前采用电缆排管型式敷设电缆在城市电网中占有相当大的比例。

1 目前电缆排管敷设方式

1.1 电缆敷设保护方式现状

电缆排管敷设适用于城市道路人行道下、电缆与各种道路交叉处、广场区域及小区内电缆条数较多、敷设距离长等地段。因敷设方式占地面积和空间少，受气候和环境影响较小，安全性高，市容美观，能承受较大的荷重，电缆敷设无相互影响，电缆施工简单等因素，至今仍被广泛应用于城市电缆敷设中。

1.2 电缆排管敷设砼包封保护方式的缺点

城市地下管线敷设情况错综复杂，各类管线机械施工程度较高，管线施工作业对电力管线存在安全隐患，为确保电力电缆安全运行，常对排管进行浇筑钢筋混凝土作为安全防护加固。现状排管一般区间长度为50-70米，电力排管采用浇筑钢筋混凝土浇筑后为整体防护形式，局部受损后需整体更换区间段管线，需要较大施工作业场地现场施工，对管线周边道路交通、居民生活、城市环境影响较大。

2 预制装配式电缆排管防护沟槽的理论研究

为提高城市电缆的安全可靠性，加强城市电力管线安全防护，加快管线施工进度，减少抢修作业时间，从管线安全可靠性出发，调整排管安全防护结构构造形式，提出“预制装配式电缆排管防护沟槽”这一概念。

2.1 预制装配式电缆排管防护沟槽社会效益分析

预制装配式电缆排管防护沟槽与现浇施工工法相比，装配式结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，遵循可持续发展的原则。

而且，装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供保障。

2.2 预制装配式电缆排管防护沟槽经济效益分析

预制装配式电缆防护沟槽设计理念先进，兼容性强。构件在工厂模数控制工业化生产，预制成型并运输到施工现场进行装配，可以最大程度地实现钢结构、混凝土、新型材料的复合化施工。

其结构体系灵活，可变性强，实现支撑结构和填充体系的彻底分离，拆分成不同部品构件进行标准化设计生产，保证支撑体的耐久性和填充体的可变性，有利于标准化、大规模、重复性生产建造，同时有利于在实际使用时进行改动和调整，能够最大程度地保证建筑整体性能。

预制构件采用机械化方式进行生产加工，现场只需对构件节点进行浇注，这样的施工方式大大减少了现场工作量和施工难度，可同时进行交叉作业，节约工期，保证施工进度，节省投资，降低施工成本。

3 预制装配式排管防护沟槽型式的确定

3.1 结构型式的确定

由于预制构件的形状等不同而存在很大的差异。在拼装构件的形状方面，当前有底板现浇加预制板片拼装、双侧对称的正反L型預制构件拼装、U型预制结构体加预制顶板拼装、整体预制管节段拼装、预应力顶盖节段与预应力底座节段拼装等。目前还未有一种确定的预制拼装方法在国内城市地下管线工程中得以应用。通过数据和有限元分析及和实验模拟验证，我们选定了底板现浇加预制板片拼装、双侧对称的正反L型预制构件拼装方法。endprint

该预制拼装方式涉及到预制构件二次设计、预制构件模具设计与制作、预制设备研发与应用、预制件运输与吊装机械整合、拼装设备研发与应用、拼装工法等一系列技术和管理水平的提升。通过工厂车间中间试验，该预制构件工厂可预制，中间好运输，现场易安装。

3.2 构件材料的选择

在预制构件材料选用方面，为提高城市电缆的安全可靠性，加强城市电力管线安全防护，加快管线施工进度，减少抢修作业时间。顺应建筑工业化发展方向，实属资源节约型、环境友好型并符合国家节能、环保、节地等相关要求。

目前除了钢筋混凝土预制构件外，大量新型复合型材料也应用于工程中，结合传统排管采用现浇钢筋混凝土结构特点进行了对比分析。

电缆排管主要采用水泥管、钢管、硬质聚乙烯管、玻璃纤维增强塑胶管等几种材料。塑胶电缆管与水泥管、钢管在机械强度性能、内壁磨擦系数、耐腐蚀性能、绝缘性能等方面具有显著优点，经比选，推荐采用塑胶电缆管。

3.3 电缆敷设形式的确定

为了解决电缆导体温升随负荷变化而变化导致的电缆线路热胀冷缩问题，工程应用中通常采取蛇形敷设电缆线路。蛇形敷设能够有效吸收热胀冷缩引起的电缆线路长度变化，防止电缆线路接头、终端、金属护层以及电缆附属设施被损坏，保证电缆线路的安全运行。

目前电缆在排管内敷设时，为解决以上问题，通常通过电缆工井布置尺寸大小，在工井内预留电缆伸缩弧。由于单个电缆工井内解决的电缆线路热胀冷缩量极为有限，排管敷设时电缆工井井间距较近。结合预制装配式排管防护沟槽构造形式的灵活性，通过改变沟槽内电缆保护管的固定形式，满足电缆蛇形敷设的要求。

在工厂车间实验模拟验证时，采用6米长作为一个蛇形敷设周期，电缆在防护沟槽垂直排列。通过分析和计算不同的导体温度、蛇形弧幅值和蛇形长度对弧幅轴向推力大小的影响，提出了既节约空间又能限制轴向推力的蛇形弧幅和蛇形长度的推荐值。在实验验证中，我们采用管枕a和管枕b的不同组合，在防护沟槽的不同位置，实现蛇形敷设需要的波峰和波谷型式，满足电缆蛇形敷设的要求。

4 110千伏排管直线段防护沟槽相关计算

设计资料如下：

沟顶活荷P1=20（KN/m^2）；覆土厚度ht=1000～3000（mm）；沟内水位Hw=840（mm）；容许承载力R=100（KN/m^2）；沟长度H=10000（mm）；沟宽度B=1500（mm）；沟壁高度h0=840（mm）；底板外伸C1=0（mm）；底板厚度h1=160（mm）；顶板厚度h2=160（mm）；垫层厚度h3=100（mm）；沟壁厚度h4=160（mm）；地基承载力设计值R=100（KPa）；沟槽敷设位置规划道路人行道/绿化带，地下水位-2000mm，沟顶部区最小覆土1000mm时：

4.1 地基承载力验算

（1）底板面积AR1=（H+2*h4+2*C1）*（B+2*h4+2*C1）=（10+2*.16+2*0）*（1.5+2*.16+2*0）=18.78（m^2）

（2）顶板面积AR2=（H+2*h4）*（B+2*h4）=（10+2*.16）*（1.5+2*.16）=18.78（m^2）

（3）沟顶荷载Pg=P1+ht*18=20+1*18=38（KN/m^2）

（4）沟壁重量CB=25*（H+2*h4+B）*2*H0*h4=25*（10+2*.16+1.5）*2*.84*.16=79.43（KN）

（5）底板重量DB1=25*AR1*h1=25*18.78*.16=75.12（KN）

（6）顶板重量DB2=25*AR2*h2=25*18.78*.16=75.12（KN）

（7）沟全重G=CB+DB1+DB2+Fk1=79.43+75.12+75.12+0=229.67（KN）

（8）单位面积水重Pwg=（H*B*Hw*10）/AR1=（10*1.5*.84*10）/18.78=6.709（KN/m^2）

（9）单位面积垫层重Pd=23*h3=23*.1=.122（KN/m^2）

（10）地基反力R0=Pg+G/AR1+Pwg+Pd=38+229.67/18.78+6.709+.122=57（KN/m^2）

R0=57（KN/m^2）

4.2 沟整体抗浮验算

地下水位在底板以下，不需验算

4.3 沟局部抗浮验算

地下水位在底板以下，不需验算

4.4 荷载计算

（1）沟内水压Pw=rw*H0=10*.84=8.4（KN/m^2）

（2）沟外土压Pt：

沟壁顶端Pt2=[Pg+rt*（ht+h2）]*[Tan（45-？/2）^2]=[38+18*（1+.16）]*[Tan（45-30/2）^2]=19.6（KN/m^2）

沟壁底端Pt1=[Pg+rt*（ht+h2+H0）]*[Tan（45-？/2）^2]=[38+18*（1+.16+.84）]*[Tan（45-30/2）^2]=24.66（KN/m^2）

沟底荷载qD=Pg+（Fk1+CB）/AR2=38+（0+79.43）/18.78=42.22（KN/m^2）

4.5 绍沟槽的整体抗浮验算

抗浮全重Fk=G+ht*AR2*16+Fkt（抗浮时覆土容重取16KN/m^3）=229.67+3*18.78*16+0=950（KN）

总浮力Fw=AR2*（Hd+h1）*10=18.78*（2+.16）*10=406（KN）

Fk=950（KN）>Kf*Fw=466.9（KN）整体抗浮验算满足要求

5 结束语

建筑工业化是未来发展的趋势，通过预制装配技术整合各项材料、构件和结构技术，加强对其分析和研究，在提高结构性能的同时，提升建筑行业工业化技术水平，在实践中不断积累设计经验，从而有助于我國建筑行业的深入发展。

预制装配式工法减少了钢筋加工场、混凝土搅拌场、模板、材料等设施、设备的堆放场地，现场施工的作业面积较小，可减少部分前期拆迁、道路恢复等费用，其产生的社会效益和经济效益是显著的。

在未来的几十年里，我国将把发展的焦点转向城乡建设中，新型装配式结构体系目前还存在很多问题，我国与国际先进水平也仍具有差距，但从长远来看，它是符合产业化的发展方向的，随着我国经济快速发展，环境压力不断增大，人力成本不断提高，可持续发展深入人心，建筑工业进程在我国将不可逆转，预制装配式混凝土结构体系是建筑工业化的重要实现方式，将得到进一步的研发和推广应用。

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