电缆沟作业安全防护技术和装置研究

杨晓华 汪从敏 王 亮 彭 亮 张 浩 张 俊 叶夏明

（1.宁波送变电建设有限工程甬城配电网建设分公司 2.国网宁波供电公司）

0 引言

目前，现有的管道走廊技术已得到普遍应用，在中国，电缆沟仍然是水、电、气、通信等方面的主要应用领域。由于受城市地质条件的制约，燃气、电力、供水管道之间不能形成单独的沟渠，管道常常会彼此交错。如果水管受到损伤，将会渗透到其他管线，造成严重的安全风险。当遇到火源时，很容易发生爆炸，在维修井盖或其他接头处向地面泄漏，对行人的安全构成很大的威胁。

1 电缆的概述以及目的和意义

电缆的操作维护工作量大，电缆检查维护时必须将电缆罩打开，以便进入电缆井或沟槽。在封闭的、狭窄的空间内，如电缆沟、电缆通道等，存在着有毒、有害的气体，对人体造成危害；电缆在维护时，有时会要求电缆抬高、挪动或暂时吊挂，如果工人用手或肩去抓住或托住，非常吃力，而且不安全；另外，在电缆隧道中作业的作业人员，一旦出现事故，应采取相应的防护措施，所以该工程已开发出一种能探测有毒气体，送风，人工支撑，后备防护的设备。本工程设备的推广使用，既能保障操作人员的人身安全，又能提高工作的工作效率。

随着电缆线建设的迅速发展，电缆的维护和使用工作量越来越大，电缆的检查和维护必须打开电缆盖，以便在电缆井中或沟槽中进行检查和维护。宁波电力公司的电力线缆中心维护和管理超过1000 多千米，电力线路的运行安全关系到整个城市的供电安全，因此，运维和管理工作面临着巨大的挑战。电缆沟、电缆通道等封闭的空间，可以确保电缆的正常使用，但在封闭的情况下，尤其是混合电缆走廊，更容易产生有毒有害气体，所以在使用后，要对其进行快速的检查，以确保其安全和可靠。近年来，在深基坑等封闭的有限空间内工作，发生多起中毒致死的事件。为避免在这种封闭的环境下进行工作，由于缺少及时的监测和通风，造成人员中毒、缺氧等事故，在进入电缆沟或电缆通道之前，不但要打开盖板，而且要进行检查。

目前的电缆沟盖板比较厚，每一根都有800 公斤重，需要借助大型机器来搬运。但由于大型机器的协同工作成本高、工作地点多、工作效率低；而用人工来搬运，不仅困难，而且非常吃力，有安全隐患，有的还会导致盖板的损伤，因此需要抓取、举、移的吊装机构。电缆在维护中，有时会要求电缆抬高、挪动或暂时吊挂，如果工人用手或肩去抓住或托住，既困难又危险。在特定深度下工作的操作人员，应采取备用保护措施，并应设置备用保护带轮提升或电气提升。为了确保电缆沟的安全运行，必须开发专门的盖板升降设备、气体探测设备、电缆升降悬挂机构以及操作人员紧急救援或备用防护设备。该工程的主要成果实现了顶板的升降、及时的探测、电缆的悬吊和人员的紧急保护等，所以只要装置安装方便、操作简单，一定会得到电力电缆运行维护人员的青睐和认可。

工程实施后，可有效地提升线路维修工作的效率，缩短停电时间，防止电力损耗；对设备进行安全检查和保护，确保操作人员的人身安全，防止安全事故。

目前国内还没有找到与该工程有关的设备，只有类似的产品，比如福州电业局，开发了一种用于电缆盖板的液压起重设备，它的起重机构是以液压千斤顶为起重机构，并配有起重框架来完成。宁夏维修公司曾在承重梁上，与起重丝杆相结合，再用四条提升绳索将索具的原有孔环钩住，从而提升机盖。另外，还有一项专利技术，就是将升降与移动结合起来，通过螺旋升降机，将轨道与滚轮连接起来，这种技术与前面两种技术相比有很大的突破，可以进行升降和移位，但在功能上不能满足本项目全部想解决技术需求。该项目既要解决吊装、位移等问题，又要实现对有害气体的快速探测，又可作为后备保护、承载支撑等功能。

2 工程的设计和实现的问题

该工程设计的主要目的是开发一种能快速装配、快速送风、攀爬防护、后备防护、应急救援的新型电缆作业设备。

首先对常见电缆沟、电缆井的布局、尺寸、深度进行调查，确定结构、检测、送风、承载、防护等具体技术指标，为后续工程的实施提供依据和技术指标。

其次，根据电缆沟和电缆井的形状和尺寸，设计出能够迅速装配好的受力框架，考虑到储存、运输和搬运的方便。

最后，利用专用的快速夹具，将铝合金圆管和方管迅速组装起来，形成承载和安装其他功能构件的框架。如图1 所示。

根据安全结构，在显而易见的地方设置有毒气体探测主机，便于操作观察，探测探针必须在操作人员进入之前进入有限空间、密闭空间进行探测，所以探测探针固定在直立爬梯的下端。毒气探测系统是一种新型的气体探测设备，它能对各种有毒气体和有害气体进行探测，并能对各种气体进行实时报警。

考虑到进出沟、井内的便利与安全，本工程设计了一种硬式爬梯，该设备以环氧树脂绝缘圆管为主柱，并考虑到重量轻而特制的铝合金脚钉，为了便于运输，将绝缘主柱与内置圆管对接，内置圆管对接能保证连接可靠，还能保证管内畅通便于送风。由于垂直爬梯悬吊在圆形管道上，容易摇摆，所以采用横向排列的铝合金方钢管吊起。

为确保作业空间的安全性，根据有限空间、密闭空间作业的要求，设置送风设备，本工程设备选择与电动送风器相匹配，但由于现场多一根送风管道会对现场作业造成不便，同时也会造成运输不便，经项目负责人提出，与爬梯的主柱、绝缘圆管进行集成。

在井下作业时，应采取紧急救援措施，在受力框架上设置电力绞车，以便对电缆沟和电缆井中的工作人员进行紧急应变。这种电动绞车还可以在维修电缆时，帮助吊索悬挂，电缆盖板打开等。为了保证作业空间的安全，根据有限空间、密闭空间作业的要求需要配置送风装置，项目装置选配电动送风器，考虑现场多一根送风管会影响现场作业，且储运也麻烦，经项目负责人要求和爬梯的主柱绝缘圆管一体化设计，因此结合爬梯主柱管进行融合设计。如图2 所示。

图2 融合设计图

3 关键的技术分析

通过该工程的研究，可以有效地提高电缆沟施工的安全保护能力，防止事故的发生。主要的创新与技术包括：

项目总体目标及成果，可对进入电缆沟的工作人员在进入密闭空间之前，进行有害气体的探测，设置送风装置以预防中毒；为下井作业人员设置安全的梯子，配备速度差自动控制装置，以避免攀爬和跌落；为便于电缆沟（井）中的工作人员提供了一个小型的工作平台。

本项目装置采用电动送风管道与悬空爬梯结合的结构，既能确保人员在进入之前能及时送风，也能防止送风管道对工作造成影响。

本装置采用快速装配的方法，利用快速的卡合机将管子迅速的装配在一起，形成一个受力的框架，便于设备的运输和搬运，同时也便于现场的迅速装配。

4 项目的理论和实践依据分析

4.1 项目研究的基本原则概述

该工程的理论基础是目前有关建筑、安全工器具的设计、制作及《电力安全工作规程》等相关规定。

4.2 项目研究的理论基础或实际基础

该课题的研究内容包括从工程中的吊顶、气体检测、后备防护等方面进行详细的分析，并按照现行有关设备的设计、生产标准制定整体方案，并对现有的电缆盖板进行优化，以提高其安全性、可靠性和施工的便利性。本课题的研究内容是针对电缆维护人员的实践经验和需要，改变以往手工开启、挪动电缆盖板的费时、不安全的作业方式。

4.3 本课题的重点与难点

电缆沟施工的安全防护框架，可在电缆罩附近迅速装配，既可完成800kg 的大型箱体的抓取、移位，又具有检测有害气体、悬挂电缆、设置人员后备保护的作用，关键在于，保护结构必须按照标准构件的要求，快速装配，并可根据电缆罩的不同而灵活调节，这是工程的重点和难点。设备所要抓住的电缆盖板规格不一，电缆盖板吊装抓具的安装孔或扣环不一致，使夹具机构的设计变得困难，这是本课题的重点。在构架上应设置操作人员的后备保护机制，以便工作人员在电缆沟槽或隧道中出现事故时迅速进行救援，减少事故的损失。备用装置不会对员工的工作造成影响，紧急情况下可以迅速提高，是该工程的核心技术。

对有毒有害气体进行探测时，必须在电缆沟深处进行探测，并能迅速发出测试结果，并根据现场工作的特点进行重新设计。

5 项目研究的主要目标内容及计划和结果

5.1 工程研究的内容

开发适用于电缆沟施工现场的快速装配作业安全保护框架，能够适应各种规格的电缆罩板；开发适用于电缆沟工作的有毒有害气体的快速探测技术，并对其进行实时、快速的信息传输和预警；开发适用于缆索罩的升降、移动、锁定的机械装置；为电缆连接的维护和操作人员的备用保护机构的设计。在对电缆罩进行设计和生产的基础上，对其进行优化。

5.2 执行计划

该工程的目的是开发一种能迅速装配、进行起吊、移位、检测和防护的新型电缆作业设备。首先，在调查了解常见电缆罩的有关尺寸及载荷需求的基础上，确定具体的抓取、移位、检测、送风、承载、防护等技术指标，从而为后续的设计工作提供参考。其次设计抓取、移位机构，根据方便、轻量化的需要，选用液压或螺旋提升机构，完成提升、移位机构的设计方案后，再考虑适合于电缆沟宽度、长度调整的负荷构型，最后进行快速装配和调整机构的设计。框架的结构是标准的，通过快速的连接或固定装置进行装配。另外根据安全框架的要求，设计了可伸缩的操作者，用于抓取有毒有害气体的探测设备，以达到快速分层的目的。在该安全框架内设有辅助悬挂装置及备用保护装置，以便于对电缆连接等进行检查或维护，并可为紧急情况下的紧急情况提供机械支援。

5.3 预期的目标和结果

实施电缆沟作业的安全支架，可在电缆维修作业场所迅速装配；在电缆盖打开后，能够对电缆沟进行快速的气体探测；实现各类电缆罩的快速抓取功能，避免手动操作的危险；完成电缆吊起、移位和操作人员的后备保护。

5.4 技术要点小结

该设备具备检测有毒气体、辅助下电缆沟（井）防护、应急救援、辅助作业等作用。本装置整体框架结构为铝合金圆管、方管，采用快速夹具组装成受力框架，以达到相应功能。配置的有毒有害气体检测设备，能够对密闭空间、有限空间、电缆沟、电缆井等环境中的有害气体进行检测，并能迅速发出警报。本设计的绝缘主柱爬梯为绝缘材料，并达到了静力测试的要求，其整体和梯级静载荷为2200N，并与内置套管对接，对接处采用脚钉定位，配置的脚钉全部采用铝合金加工而成。送风设备为电动送风设备，送风设备设置在受力框架的下端水平横梁上，送风管道与爬梯的主柱绝缘管集成在一起。使用功率120W 的电扇，与直径为45mm 的圆形管道相结合，确保了工作环境的安全。工作平台采用脚钉固定，便于调整安装高度，方便操作人员操作。后备和紧急救援设备，配备速差自动控制和电动绞盘，可对出入电缆沟的人员进行防护，并能在紧急情况下迅速进行抢救。速度差自动控制装置的额定工作负荷是100kg，而电动绞车负荷是200kg。

6 结束语

该工程设备的技术能够保证电缆沟、电缆井内作业人员的人身安全，符合密闭空间和有限空间作业的安全防护要求，值得进一步推广，希望能在实践中进一步完善其功能，同时考虑到大规模推广的需要，进行产业化研究。因此，在对线缆维护的过程中，要加大对线缆控制系统的监控力度，保障整个系统正常运行，促使电力线缆维护技术的不断发展。