多结构切换分块式预制电缆井设计浅析

王子宜，倪文杰，虞 悦，张 翔

(江苏省电力有限公司扬州供电公司，江苏 扬州 225002)

0 引言

随着扬州城市化进程加快，配电网呈现愈加复杂的多源性特征，因电力线路规划改变造成新增支线而产生的电缆井结构改造逐年增多。传统电缆井结构改造工艺需在电缆井支线新增侧破坏原有井部分结构并现场绑扎钢筋、浇筑混凝土，存在施工周期长、安全风险大、现场施工噪音、环境污染等问题。

虽然传统现浇式电缆井目前仍是运用较广泛的结构形式，但是近年来，上级单位对电缆井结构改造提出了缩短施工时长、保障施工工艺质量、采用创新式施工工艺等新要求。在当前产业升级改造的大浪潮下，预制工艺也在市政行业大力推行，并在国内多个大型市政工程中得到了运用。

以《国家电网公司配电网工程典型设计》为基础，结合扬州地区土建试点项目经验，主要对配电网中逐年增多的电缆井改造进行设计研究与实践。以电缆井结构改造中常见的直线井改三通井、三通井改四通井为例，向传统的电缆井改造工艺发起挑战，提出了预制装配式电缆井改造施工方法的创新思路。

1 传统电缆井施工工艺

目前，电缆管道现场施工作业大多采用传统现浇式工艺，存在施工工序繁多、交叉作业安全风险大、施工质量受工人操作水平影响较大、施工周期较长等问题。

传统的电缆井改造工艺施工周期为7～9天，施工过程复杂，包括开挖、支模、绑扎钢筋、浇筑混凝土、现场养护、回填等(如图1所示)，因此，在人身安全、设备安全和电网安全等方面存在较多安全隐患(见表1)，可能造成诸多不良后果。

图1 传统电缆井改造施工工序及周期

表1 传统电缆井改造施工存在的安全隐患

2 预制装配式电缆井工艺

2021年，江苏省10 (20) kV配电网工程开始推广运用预制装配式电缆井。目前，江苏省采用整体式和分片式预制电缆井为主。

(1) 整体式预制电缆井。具有整体性好、安装工序简单的优点，但存在单节尺寸大、重量大、不易运输吊装、不易发生结构变更等问题。

(2) 分片式预制电缆井。相当于将整体式预制拼接构件进行二次拆分，减小了预制板块尺寸和自重，但接缝和焊接点多且防水更难保障。

从实践可知，整体式和分片式预制电缆井在进行结构改造时，和现浇式工艺一样，仍需要破坏原有井部分结构，重新绑扎钢筋、浇筑水泥，施工周期未见改观。

3 分块式预制电缆井

分块式预制电缆井的设计思路是在现有预制工艺基础上实施进一步改进，以拼装模数化、单体轻量化、组合多样化、施工便捷化为目标，充分发挥后方的人员和机械优势，从而实现不受外部气候环境影响，在工厂内进行预制并实施充的养护后，运至施工地点进行吊装，结合相应的基础改造和连接处理，最大限度地满足工期要求，达到强度可靠、施工便利的效果。

3.1 设计荷载要求

分块式预制电缆井工艺需要考虑3种荷载类型，即永久荷载、可变荷载、偶然荷载。

(1) 永久荷载。又称恒荷载，其值在构件使用期间不随时间变化或其变化值可忽略不计的荷载，如结构自重、土重、土侧压力等。

(2) 可变荷载。又称活荷载，其值随时间变化且其变化值与平均值相比不可忽略的荷载，如地面活荷载、地面堆积活荷载、车辆荷载、水压力、水浮力等。

(3) 偶然荷载。是一种在构件使用期间不一定出现，而一旦出现，其值很大且持续时间较短的荷载，如爆炸力、冲击力等。

3.2 荷载选定

(1) 一般地面活动荷载、堆积荷载取4.0～10 kN/m2。

(2) 电缆井结构件处于一般道路、人行道等小型车通行区域时，应考虑35 kN/m2标准轴载进行结构设计；处于城市车行道时，应考虑100 kN/m2标准轴载进行结构设计。

(3) 一般地面活荷载和车辆荷载不考虑同时作用，按地震烈度7度设防，在计算地震作用时，应计算结构等效重力荷载产生的水平地震作用和动土压力作用。

(4) 其他荷载情况，需结合实际自行校验。

3.3 设计模块分类

按照《扬州配网线路工程通用设计》中的要求，直线井A内径为1.6 m×1.9 m×6 m，采用C40级混凝土浇筑，井壁厚度均按250 mm考虑。

井壁两侧与管道相连的部位开孔为对称布置，长宽设置为1 300 mm×1 700 mm。 爬梯、支架、接地极、防坠网、人孔盖板等均为表述方便，现浇与预制施工过程中暂不考虑，由后期完成。

3.4 安全设计

根据电缆敷设工艺要求，采用人员下井工作模式时，电缆井深度不应小于1.9 m，其井盖尺寸应满足人员上下井；当采用人员不下井工作模式时，电缆井深度可适当调整，其盖板可开启。

3.5 分块式预制电缆井流程

分块式预制电缆井工艺基本流程为：开挖改造部分基础—拆除预制件侧挡板—吊装分块构件—孔内插筋灌浆—回填—交付，如图2所示。

图2 分块式预制电缆井结构改造流程

本工艺涉及直线井改三通井、三通井改四通井等多结构切换，其基本操作如图3～4所示。

图3 直线井改三通井切换

图4 三通井改四通井切换

工艺无需破坏预制件完整性，无需重新绑扎钢筋和现场浇筑，只需在电缆井支线新增侧进行构件的装卸，同时在拼装过程中做好接缝处理，即可快速实现电缆井的多结构切换。设计方案中预留上下贯通的孔，通过插入钢筋、灌注水泥浆来防止错位，提升抗震性能。

与整体式、分片式预制电缆井相比，分块式预制电缆井所需运输吊车起重量为35 t，运输费用更低(见表2)。

表2 预制电缆井所需运输吊车起重量及费用

相较于传统的破井绑扎钢筋浇筑方式，本工艺在满足施工质量和作业安全的前提下，能够将施工周期缩短为2天，同时有助于降低造价、缩减工程量、提高安全性、减少环境破坏、提升运输经济性等。

4 创新优势

与整体式、分片式预制电缆井相比，多结构切换分块式预制电缆井具备以下功能和优势。

4.1 便于结构切换，缩短施工周期

传统整体式、分片式电缆井结构形式改造仍需进行拆除现浇，养护时间较长。而多结构切换分块式预制电缆井仅需对部分分块构件进行更换，无需养护。结构切换改造施工周期可从7～9天缩短为2天。

4.2 降低安全风险

(1) 电缆井改造现场吊装所需的人员和工种更少，配合协调量更小，施工安全便于管控。

(2) 采用专业工厂量化生产、产业化制造，生产制造人员稳定，职业健康、安全防护条件好。

(3) 不采用破拆设备对部分原井壁进行拆除，减小了施工改造对原电缆的破坏概率。

4.3 保障施工工艺质量

(1) 在设计方案中预留上下贯通的孔，通过插入钢筋，灌注水泥浆，保证整体性，不易发生左右错位，大幅提升了抗震性能。

(2) 专业预制在工厂内完成，其工艺水平高，后期养护及时，预制结构强度高，质量稳定性更好。

4.4 减少结算纠纷

成品分块构件按规格明码标价，可减少结算方面的纠纷。

5 施工注意事项

5.1 施工技术要求

(1) 沟槽开挖。基础开挖采用机械开挖，人工辅助；为确保槽底土壤结构不被挠动，预留10 cm人工清底；开挖深度及宽度根据预制混凝土构件尺寸、覆土要求及垫层要求确定。开挖基坑时，如遇到不良土壤应适当加大放坡，确保槽底作业面质量。

(2) 铺设垫层。垫层采用C15素混凝土，厚度为100 mm，每边外扩100 mm；在已浇筑的垫层混凝土强度达到12 MPa后，方可允许人员在其上面走动及进行其他工序。垫层的平整度直接影响排管和基础的安装质量，垫层平整度必须控制在±10 mm以内，如超出平整度范围则需采用砂浆二次抹平。

(3) 构件吊装。吊装前，在垫层上弹出预制构件的外轮廓线；根据构件类型的不同，选用不同的吊装吊具；汽车吊吨位根据预制构件的重量及作业半径等相关要求进行选择，起吊前须做起吊试验，确保无问题后方可起吊；预制构件安装就位前采用手拉葫芦丝进行定位控制。

(4) 构件拼接。现场涉及排管拼接、电缆井拼接、设备基础拼接工作；所有连接处须进行防水处理，可采用膨胀止水带、橡胶密封垫、丙酮密封胶填缝达到止水密封效果，同时外侧包裹防水卷材增强防水效果。

① 排管拼接。排管采用插销式连接，上方采用M20对拉螺栓连接，下方采用M20螺栓连接。

② 电缆井拼接。直通电缆井拼接形式采用螺栓紧固，三通及四通电缆井采用预留孔注浆+螺栓进行连接。

③ 设备基础拼接。拼接形式采用预留孔注浆。预制构件安装到位后，埋设接地体，引下接地体的长度满足接地要求，同时对井洞口、设备基础洞口空余部分进行砖砌封堵，抹水泥砂浆，做防水处理。

5.2 现场人员及环境要求

(1) 进入施工现场人员必须戴好安全帽，高处作业人员必须佩带安全带。

(2) 施工过程中，施工人员必须认真做好每天施工完成后的落手清工作，做到工完、料净、场地清。

(3) 采取有效措施控制施工现场的各种粉尘、废气、废水、固体废弃物以及噪声、振动对环境的污染和危害。

6 结束语

多结构切换分块式预制电缆井是在标准化设计的基础上，将传统电缆井改造施工中现场制作的工作内容在加工车间提前完成，能够有效解决工艺不标准、施工周期长、质量管控难度大等问题，对于提高配网工程建设效率、施工工艺质量及安全优质服务水平具有重要的意义。