浅谈城市电力管廊土建结构设计

王圳

摘要：电力管线入地是城市发展中需要面对的问题，目前城市内10kV的电力线路采用地下管线较多，但对于高压线路采用地下线路比较少，究其原因是因为高压地下管线工程技术复杂、造价高、运营管理难度大。随着城市化发展，原有城市边缘的高压变电所已经成为纳入城区范围，变电所架空线路对周边环境、地块的开发造成了不利的影响。本文工程即在这样的背景下提出，通过精细的设计、施工，比较完美的完成了地下高压电力管廊的建设。

关键词：管廊;沉井;大直径顶管;沉降

引言

电力管廊是在城市在地下建设的电缆隧道，用于容纳电力及通信等各种工程管线，作为保障城市安全运行的重要基础设施，被视为城市的“生命线”。由于城市空间有限，且可用空间内管线布置复杂，传统电缆敷设方式已无法满足城市电缆敷设的要求，顶管敷设的方式可高效利用城市地下空间，使电缆路径选择及敷设更加便捷。

1电缆敷设方法的分析

1.1直埋敷设

直埋敷设方法进行电缆的敷设，主要施工步骤为开挖、基层处理、电缆敷设、垫层、回填、设置警示标志等工序，同时应根据工程要求设置电缆护板。此种敷设方式具有施工方式简单、施工周期短等特点，但由于采用直埋方式，需进行开挖，施工空间要求较大，且安全性相对较低，同时不利于电缆检修与维护，不适合在城市采用。

1.2明挖式电缆沟道敷设

电缆沟道敷设即电缆采用电缆隧道及电缆沟的方式敷设。明挖式电缆沟道施工工序一般为开挖、支模、钢筋绑扎、混凝土浇筑、覆土回填等步骤。此种敷设方法具有检修方便、施工便捷等特点。但电缆管沟对施工空间要求较大，且需要对地面进行破拆、恢复，对周围造成较大影响。不适合在城市采用。

1.3沉井、 顶管方式电缆沟道敷设

沉井是在地面上或地坑中浇筑钢筋混凝土井，钢筋混凝土井身达到一定强度后在井筒内分层挖土，随着井筒内地面降低，使钢筋混凝土井凭其自重抵消与土壁之间的摩阻力，使井身逐渐下沉就位的一种地下构筑物施工工艺。

顶管施工是利用主顶油缸和管道间的中继环的推力，将工具管从始发工作井内推入土层并顶到接收井内吊起，而随工具管推进的预制管节则埋设在两个工作井之间。管道顶进施工可分为4个阶段：工作井和接收井的制作，工具管出洞，后续管道顶进，工具管入洞，四个阶段。

沉井与顶管相结合的方式具有电缆敷设受环境影响小、施工空间小、机械化程度高等优点，适合在城市环境中采用。本文将基于沉井与顶管相结合的方式施工电力管廊进行分析、论证。

2大直径顶管管节的设计

2.1顶管管节的构造

顶管管节有3种P1：内径3m，壁厚0.3m，管节长度2.5m;P2：内径3m，壁厚0.3m，管节长度1.5m;P3：内径2.4m，壁厚0.24m，管节长度2.5m。管节节段连接采用插接式，主要防水措施是插接头钢环与管节侧壁间填充楔形橡胶圈和2道遇水膨胀胶条，再在管节内外侧填充聚硫密封胶。在施工完成后，在管节内壁焊接接口钢环，起到了进一步止水的效果。

2.2顶管计算条件

采用有限元分析软件建立1m长的管节模型。边界条件：在120°方向设置一般支撑，约束顶管的3个方向的移动，下部120°的范围内采用节点弹性支撑模拟土层支撑作用，刚度按“m”法计算。荷载：考虑自重、竖向土压力、侧土压力、静水压力、地面堆载、整体升降温及梯度温度作用。

计算顶管顶进过程中的顶力，计算条件如下：（1）顶管施工采用泥水平衡式顶管机;（2）管壁采用触变泥浆减阻，顶管壁与土体的平均摩阻力按7kN/m2计算;（3）顶管顶进长度按150m计算，长度超过120m应考虑设置中继间。

3顶推工作井的设计

3.1工作井构造

以某工作井为例，某井为9m×16.5m的方形工作井，采用沉井施工。井壁上层厚80cm，下层厚110cm，下层西侧井壁预留2个直径3.8m的顶管出洞口，北侧井壁预留1个直径3.8m的顶管出洞口，上层东侧井壁预留1个3m（宽）×2.2m（高）的预留孔。井底设置刃角，刃角长140cm，踏面底宽20cm，刃角斜面与水平面的夹角54°。底板厚80cm，底板下设置60cm的混凝土垫层和40cm的MU30浆砌块石。

3.2沉井计算条件

按照《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137：2002）的规定对沉井进行结构计算。计算条件如下：

（1）沉井施工采用井外排水下沉法，施工过程中不考虑水压力和浮力，计算结构在自重、土压力、土抗力和顶管顶力作用下的受力。

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

（3）井壁与土体的摩擦力按照规程的规定，并结合各层土体的力学参数确定。

4土建结构设计中常见问题

4.1内部设计不合理

电力管廊的内部通常由很多的电气设备构成，不同的电气设备需要工作在不同的电气运行环境下。因此，在电力管廊土建结构设计时，若不对电力管廊主体结构展开全面考虑，且不重视预防一些可能会发生的安全问题，使得电力管廊内部容易出现着火问题，使得电力管廊工作运行不正常。设计人员在对变电站土建结构设计时，如若忽视一些设计细节，使得电力管廊预设通风口比较大或者在通风口位置未设置防护网，很容易使部分小动物从通风口跑进电气设备内，引起电气設备内部出现短路。

4.2整体布局上存在问题

由于电力管廊内部是一个非常复杂的系统，包含很多的电气设备元件，这些电气设备还具有非常高的安装环境需求，如果电力管廊内部建筑平面的布局出现一些问题，很容易导致电气设备不能正常工作。通过对我们目前的电力管廊实际考察，发现大多数电力管廊整体布局存在很大的不合理性。同时，在实际变电站设计时，设计人员未全面考虑电力管廊整体布局的合理性问题，使得电力管廊建筑结构与电气安装存在一些互相冲突的部分，电力管廊内部工作稳定性受到严重的影响。

4.3结构型式选用不合理

在土建结构设计过程中，设计人员往往不重视变电站结构型式的选用环节，很多电力管廊土建结构设计员往往仅为了减小设计工作量，缺乏重视电力管廊结构型式的选择是否适用于电力管廊地基的实际需求，特别是填方区的设备基础选型设计如果考虑不当，导致建筑物的地基基础缺乏稳定性。同时，结构构件的质量及耐用性往往会造成地基及混凝土质量出现问题，如果地基出现稳定，将会导致混凝土发生裂缝问题或基础不均匀沉降，这将会严重影响电力管廊结构的使用寿命。

结语

综上所述，伴随着国民经济高速发展，电力土建工程的数量持续上升，相关建设单位为了确保电力系统土建工程地基施工解决方案水准持续提升，要求相关工程技术人员主动投入实际工程建设的施工研究，行之有效的掌握更为合理的作业解决方案，进而才可以更深层次推动电力系统土建工程建造行业的进步。

参考文献

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[2]变电站土建结构安全分析与措施研究[J].刘哲.硅谷.2012（24）

[3]专业配合在火力发电厂土建结构设计中的重要性[J].石颖，高静静.科技信息. 2011（20）