市政工程地下电力管线防破坏技术

于立杰 孙鹏 沈枫 孙悦

（中交一公局第六工程有限公司 天津 300451）

随着城市的不断发展，基层建筑和地下拓建工作都进入全面发展阶段［1］。其中，地下电力工作是难度最大也最为重要的。而电力管线作为人们生活、工作以及生产的基础，作用非常大。

由于施工技术不当或预先工作不及时导致的管线破坏现象屡次发生，这不仅会影响到人们的生活起居，还会给企业带来严重的损失，对公共社会安全造成极大影响［2］。由此可以看出，针对电力管线的防破坏措施是尤为重要的。

近年来，为预防此类事件发生，国家出台了各种管道保护方案，但由于制度落实得不到位，导致防破坏技术实际应用效果不佳，在很多地方都存在漏洞［3］。

基于上述分析，本文结合历年管线破坏案例，从根源分析，查找具体破坏因素，并结合施工重点给出可应对不同损坏情况的防破坏技术，有针对性地开展工作。其中，提出了管群拨移防破坏、隔离法和悬吊法防破坏、支撑保护法防破坏及卸载保护法等，在开展保护工作的同时，还能提高后续管线的运作效率，属于双重改善。本文考虑到了以往方法没有察觉到的漏洞点，由于地下环境较为阴暗，且受天气影响，周围环境多潮湿阴暗，以此作为切入点，着重提高因污水浸泡导致的破坏现象。由此，可以从本源上杜绝损坏中出现频率最高的因素，在最大程度上实现防破坏技术的高效应用。

1 地下电力管线被破坏的主要因素分析

市政工程地下电力管线防破坏问题已经成为社会关注的焦点和热点，本文利用BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）数据库对历史管线事故进行分析，对造成破坏事故的原因进行以下分类。

（1）早期进行城市地下建设时没有进行系统详细的划分，导致后续建设时无秩序且目标不明确，容易出现管线交错和错分现象［4］。此外，因相关图纸缺失或基建设备不全导致管线单元无法获取准确的地下位置，给后续使用带来安全隐患。

（2）地下电力管线与地面标识出现错误，无法一一对应，在没有具体查询地下是否存在干扰设备的情况下直接展开工作。由于地下环境不同于地面，存在过多的干扰项，导致地面与地下设备信号连接不全，发生危险时无法第一时间展开工作，管线破坏现象越来越严重，无法得到改善［5］。

（3）事先没有做好防护准备，地下环境阴暗潮湿，即使是强度较大的管线也无法承受日积月累的浸泡，不及时对其进行检修、保护，导致出现损坏现象。

（4）初始管线保护装置与管线不匹配，由于需要考虑到多家用电需求，电力管线通常直径都较大，而管线保护采用的都是橡胶或尼龙等具有弹力性质的材料［6］，这些材料会随着时间的增加逐渐硬化，也会随之失去弹性，此时就难以实现完整精准的保护。因此，在进行保护前需要提前计算管线的直径，选择与管线值最为匹配的保护材料，计算公式为：

公式中，D0表示保护管内径长度，单位为mm；n表示管线总数；d表示每根管线半径，平均值为0.4m。

对电力管线中出现损坏位置点进行检测，得到相关信息参数帮助后续保护，检测相关函数如下：

公式中，τ表示波速；P1、P2表示损坏量；(τ)表示损坏最大值；(τ-1) 表示损坏最小值。通过历史数据得到的相关损坏参数如表1所示。

表1 历史数据损坏检测

从表1 中可以看出，11 月至次年2 月属于冬季范围，管线破裂的原因主要是冷空气导致的管线外部冻结，管线厚度从2.01cm 增长到3.78cm，保暖工作较差时就会出现这种情况；3—10 月则多为天气和环境因素影响，存在过多的污水无法及时排放，就会导致管线被腐蚀，管线厚度从2.47cm磨损到2.01cm。

2 防破坏技术的实现

2.1 顶管施工技术在电力管线防破坏中的应用

当前，我国市政工程的基建设备逐渐呈现多元化发展趋势，这就意味着施工的环境也会越来越复杂，对于电力保护技术的要求也越来越高。其中，电力管线施工的难度是所有城建工作中复杂程度最高的，在实际的工作进行中，在空间有限的情况下，不仅要排除磁场信号干扰、环境及人为因素的影响，还要实现通信线路、污水管道及电力管线之间的合理分布，一旦出现交叉错乱的现象，就会引发一系列的事故。由此可见预先设置防破坏工作的重要性。

一般情况下，管道施工主要采用的有顶管施工技术。该技术主要就是在地下管道顶部进行顶管安装，通过水准仪器对准管道顶点并安装监控设备，以此来实现实时监控保护。在进行顶管安装前需要提前确定安装位置，一旦位置错误，就会出现检测点位移的现象，影响管控效果。一般情况下，管线直径为0.2m时，管道空间直径为3m 时，需要在距离顶部高度2m 的位置安装监控设备，这个位置所覆盖的范围较广，不存在摄像死角，无论是哪个位置发生事故都能捕捉。

2.2 管群拨移防破坏技术

以北京地区某一市区内的地下盾构井作为参照，此处的电力管线一般会在地下北段的连墙位置，电力管线占压在西侧墙面上，这种方法可以避免管线随时间而导致的脱落现象，存在一定的支撑力。当电力管线没有出现两侧方悬空现象时，一侧紧贴墙壁可保证管线的支撑性，而另一侧安全加厚的保护材料，避免潮湿空气的附着影响，加强防破坏效果。

2.3 悬吊法和隔离法

悬吊法和隔离法也是目前地下电力管线防破坏的常用技术之一。其中，隔离法是指在有限的空间环境，安排电力管线与其他应用管线进行隔离，例如网络通信管线、污水排放管道等，如果不进行隔离分布的话，很可能导致各个管线出现交叉现象。本文使用的隔离方案是采用钢板进行位置间隔，将钢板插进地下缝隙，让电力管线与其他管线之间形成一个狭小的空间，不仅能防止线路缠绕，还能避免其他生物的干扰。

悬吊法是在隔离法的基础之上进行更新改良，针对地下中的某些特殊位置，这些位置通常无法容纳钢板的进入，只能采用悬吊的方式将管线上置，使管线悬吊于顶部上。若管线离地面距离较近，或存在地面土质较为松软无法支撑的情况，也可采用该方法进行保护。

2.4 支撑保护法

支撑防破坏法的主要原理就是通过设置支撑点，来防止电力线路发生脱落导致损坏。根据不同电力管线的支撑结构，可将支撑保护法分为两类：一是临时支撑法；二是长期支撑法。其中，临时法主要针对地下环境较为简单、易进行检修的地点，管线破坏概率不高；长期支撑法则主要针对地下环境较为复杂的地点，这种地点检修困难，不易施工，且一旦发生破坏，影响范围过大。

2.5 卸载保护法

卸载保护法的作用原理就是通过增加负载板的方式，来减轻管线周围的载荷及其他施重物带来的压力。其中，压力最大的就是周围的土体压力，这种土体涉及范围较广，所以需要增加管线的受力面积来减少所承受的压力，防止电力管线出现爆破现象。这种方法适用于任何环境和任何材质的管线，适应范围和实用性较强。

3 仿真实验

本次实验通过采集地下管线外皮厚度的方式，来检测本文所提出的防破坏技术的有效性。实验所需的厚度检测装置是依靠信号波来完成的，由于地面和地下之间具有传动原理，当汽车行驶而过时，地下的检测装置便会受到影响。在进行实验前，需要对信号数据进行采集，调整检测装置能够承受的干扰范围，将误差降至最低。根据地面震波的传动原理，地下的振频信号的频率主要在0～200Hz的范围之内，参照Nyquist（奈奎斯特）采样定律，当采样到的现场频率大于信号中频率最高值的2 倍时，此时采样数据中就包含了完整的原始信号信息。将采样频率均值设置在150Hz 左右，定时采样周期为3.0ms，地面的振动信号频率均为低频频率。由于出现强震动或其他情况时，振频信号会受到影响，波频波动幅度增加，地下位置处的噪声信号多为高频信号。

为保证实验质量，将采集到的信号值按照采集时间进行统计，一方面可以降低误差影响，另一方面还可以确保采集到的数据中包含的特征量不会出现丢失。图1为进行防破坏保护前后管线损伤位置的原始管线表面厚度变化。

图1 实施防破坏技术前后电力管线表面厚度变化

从图1中可以看出，未进行防破坏技术保护前，出现损伤位置的管线厚度值变动幅度较大，随着破坏程度增加，整体出现高强度的波动现象，说明破坏程度较为严重，随着外界压力的不断增加，后续很可能出现内部线路暴露的情况，引起电线短路，造成人员伤亡和财产损失。

经过本文所提出的技术进行防破坏保护后，管线表面厚度降低程度明显下降，随着损坏压力的增加，也只是出现小幅度的下降趋势，整体都控制在可承受范围之内。由此说明，该技术具有一定的有效性，实验结果表现优异，应用在实际城市建设中可为其提供重要帮助。此外，该技术不仅能够使电力管线更具有耐久性和抗压性，还能减少后期设备检修和损伤修复的经济和人力耗用，节约成本，提高城市建设能力。而所提技术之所以能够高效实现防破坏保护，是因为预先对破坏原因进行了系统的分析，查找到破坏概率最高的因素，以此作为侧重点，按照重要比例依次安排对应的保护方案，这样无论发生什么状况都能高效应对。

4 结语

本文提出一种市政工程地下电力管线防破坏技术，通过分析历史数据库中地下电力管线出现损坏现象的原因及影响因素，得到其中最常发生的管线老化、污水影响及环境潮湿破坏因素，提出具有针对性的防破坏方案。管线老化和污水影响采用外部橡胶材料包裹的方式，及时阻挡外部影响，不仅能减少污水渗入，还能减少管线之间的摩擦，提高管线的耐受能力，提高使用寿命。针对环境潮湿，则采用地面钢板阻挡的方式来防止破坏，钢板的硬度较高，在防止潮湿环境侵蚀的同时，还能降低地面硬物渗入地下造成的管线损伤。本文提出的防破坏方案具有针对性，应用价值较高且实施起来并不复杂，材料耗用较少，以最小的预算获得最高的效益。仿真实验证明，所提技术能够取得较佳的防破坏效果，在外部施压的环境下也能保证管线不被损坏，方法适应能力强，实用价值较高，应用在城市建设方案中可为其提供重要帮助。