馮前偉

(上海同濟(jì)工程項(xiàng)目管理咨詢有限公司，上海 200092)

0 引言

中國城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市用電量需求急劇增大，國內(nèi)各大中城市已開展了大量的電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)工作。為滿足城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，修建大型地下變配電設(shè)施及大截面的專用輸電隧道勢在必行。

從地下電力隧道特點(diǎn)和設(shè)計(jì)難點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合各地電力隧道工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)其設(shè)計(jì)、施工難點(diǎn)，對(duì)電力隧道設(shè)計(jì)和規(guī)劃所采用的新技術(shù)做了歸納總結(jié)，以期為此類工程設(shè)計(jì)及施工提供借鑒和幫助。

1 電力隧道設(shè)計(jì)難點(diǎn)

電力隧道設(shè)計(jì)盡管在很大程度上與地鐵隧道類似，比如采用盾構(gòu)法施工，其直徑、管片分塊方式及厚度等等都可以沿用常規(guī)的地鐵設(shè)計(jì)方案。然而，電力隧道也需要解決一些特殊的設(shè)計(jì)問題，主要有以下幾個(gè)方面:

1)選擇適合的施工方法。電力隧道的設(shè)計(jì)通常要求斷面直徑在4.0 m～5.5 m之間，若根據(jù)供電需求不需特大的截面凈空，則可以考慮選用較小的隧道截面，而施工方法也不僅僅局限于盾構(gòu)法，可以采用頂管法施工。

2)截面形狀的設(shè)計(jì)。電力隧道根據(jù)其使用功能和輸電能力要求，一般選用圓形盾構(gòu)隧道;頂管施工的隧道可選擇矩形和圓形兩種截面形狀，而矩形截面隧道的凈空利用率較高，相比之下此截面形式較為合理，但也由于各種綜合因素，采用圓形頂管施工電力隧道的工程也不少。

3)內(nèi)部設(shè)施的布置和荷載。電力隧道內(nèi)部設(shè)施通常為橫擔(dān)支架、電纜以及一些其他電力設(shè)備，其布置方式將影響隧道結(jié)構(gòu)的傳力模式，需要在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)內(nèi)部設(shè)施布置方案進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)受力的合理性及穩(wěn)定性的驗(yàn)算分析，確保工程的安全性。

4)電力隧道需要設(shè)計(jì)一定數(shù)量的電纜引出井，電力隧道內(nèi)敷設(shè)的電纜線路將由電纜引出井引出。盾構(gòu)隧道由管片拼裝而成，管片之間或環(huán)與環(huán)間均采用螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)受力不適合承受外力集中荷載，因此給引出井的設(shè)置造成了一定困難。

5)電力隧道轉(zhuǎn)彎半徑在理論上是不受電纜敷設(shè)限制的，然而盾構(gòu)或頂管直徑越大則隧道轉(zhuǎn)彎越困難，解決開挖面積與轉(zhuǎn)彎半徑之間的矛盾，也是電力隧道設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)課題。

2 工法選擇及原則

電力隧道的設(shè)計(jì)多采用頂管法施工，而對(duì)于截面較大的隧道(比如隧道直徑超過3.5 m)則通?？紤]采用盾構(gòu)法施工。明挖法對(duì)于城市地面交通造成很大的干擾，通常只在市郊等地允許對(duì)地表進(jìn)行挖掘時(shí)采用。

通常情況下，電力隧道可根據(jù)內(nèi)部尺寸確定適宜的工法，如表1所示。

表1 隧道工法的選擇 m

一般來說，頂管法施工的區(qū)間隧道管徑過大，則會(huì)導(dǎo)致頂進(jìn)阻力過大、前進(jìn)方向難以控制等問題，隨著工程技術(shù)的進(jìn)步，內(nèi)徑達(dá)5 m以上的頂管工程實(shí)例也日益增加，如上海靜安輸電隧道頂管段直徑為5.2 m。

大斷面的頂管工程設(shè)計(jì)除了要解決好工作井設(shè)置、頂管頂力估算、承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體穩(wěn)定問題等，還考慮以下幾點(diǎn)因素來確保頂進(jìn)方向及工程質(zhì)量:

1)采用適合的頂管機(jī)械設(shè)備。

泥水平衡式和多刀盤土壓平衡式頂管比較適合上海軟土地區(qū)的隧道開挖。多刀盤土壓平衡頂管機(jī)[1]將通常的全斷面切削刀盤改成4個(gè)獨(dú)立的切削攪拌刀盤，尤其適用于軟粘土層的頂管，同時(shí)采用了土壓平衡原理，對(duì)地面和地下建筑物影響較小，可以安全的穿越公路、鐵路、河川、房屋及各種地下市政管道，但由于不是全斷面切削，迎面頂力較大。

2)保證頂管接頭施工質(zhì)量。

不論采用何種形式的頂管接頭，都應(yīng)該保證槽口尺寸準(zhǔn)確、對(duì)接性能優(yōu)良;頂管橡膠圈材質(zhì)致密均勻，無裂縫，鋼套環(huán)應(yīng)進(jìn)行防腐處理，承插時(shí)外力均勻，保證橡膠圈不移位，不露出管外，頂管結(jié)束后，按要求以彈性密封膏或水泥砂漿填料填充管內(nèi)間隙，從而保證頂管接頭處的密封性良好，保證接頭抗?jié)B漏水性可靠。

3)采用中繼環(huán)結(jié)構(gòu)，增加頂進(jìn)距離[2]。

在長距離的頂管工程中，當(dāng)頂進(jìn)阻力超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力、管節(jié)容許極限壓力，或工作井承壓壁后靠土體極限反推力之一，無法一次達(dá)到頂進(jìn)距離要求時(shí)，應(yīng)采用中繼接力頂進(jìn)技術(shù)。當(dāng)置于管道中的中繼環(huán)數(shù)量超過3只時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用中繼環(huán)自動(dòng)控制技術(shù)，將每隔3個(gè)中繼環(huán)同時(shí)頂進(jìn)，則可以解決長距離頂管中繼環(huán)施工的工效問題。

4)頂進(jìn)方向控制技術(shù)。

超長距離大口徑鋼管頂管工程，最主要的技術(shù)難點(diǎn)就是頂進(jìn)方向控制問題。根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，鋼管是焊接成一個(gè)整體的，當(dāng)它順著彎曲的土洞前進(jìn)時(shí)必定會(huì)出現(xiàn)彈性的彎曲變形，容易發(fā)生頂進(jìn)方向失控的事故[3，4]，而混凝土管可以很靈活地順著彎曲的土洞前進(jìn)，糾偏較容易。

5)觸變泥漿減阻措施。

將一定配合比制成的膨潤土泥漿壓入頂進(jìn)管節(jié)外壁，在管壁外周形成一個(gè)泥漿外環(huán)，能夠大大減小頂管施工過程中的前進(jìn)阻力，從而提高工程效率，增加管段頂進(jìn)長度。將管外注漿與機(jī)頭注漿、管道補(bǔ)漿相結(jié)合，頂管后期用遲凝泥漿置換觸變泥漿。

3 電纜支架設(shè)計(jì)

電力隧道工程除需要對(duì)線路規(guī)劃、管道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)外，同時(shí)對(duì)其內(nèi)部設(shè)施和布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高整個(gè)電網(wǎng)工程的供電能力也十分重要，傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)方案及電纜敷設(shè)方式都亟需改進(jìn)。比如上海市新江灣城電力隧道工程[5]設(shè)計(jì)中，電力隧道設(shè)計(jì)除采用了頂管法、沉井法和SMW圍護(hù)工法以外，還考慮了電纜敷設(shè)的使用要求，以及隧道內(nèi)部通風(fēng)、供配電、照明以及監(jiān)控等附屬設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

上海世博輸電隧道也對(duì)電纜敷設(shè)及電纜支架的設(shè)計(jì)提出了更高的要求[6，7]:

1)為提高隧道斷面利用率，采用新型的弧形支架;弧形支架與支架橫擔(dān)間的連接多采用螺栓連接，減少了焊接施工，提高了安裝效率，也提升了安裝質(zhì)量(見圖1)。

2)電纜采用蛇形敷設(shè)方式，避免電纜線位變化、滑落或是電纜及附件的損壞。上海靜安世博電力專用隧道采用三角形布置方式，以減少電纜支架的渦流損耗影響和降低電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓;隧道內(nèi)電纜采用連續(xù)垂直蛇形敷設(shè)方法，蛇形節(jié)距在盾構(gòu)和明挖段為6 000 mm，在頂管段為6 250 mm。

3)為保證電纜支架耐久性和承載力要求，500 kV電纜支架橫擔(dān)首次采用不銹鋼矩形方管，材質(zhì)為0Cr18Ni9;500 kV電纜重量約為220 kV電纜的2倍，因此支架橫擔(dān)以抗彎剛度較大的矩形截面管取代普通的等肢角鋼，從而保證支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

4)采用新型電纜夾具及蝶形支架。目前可采用的鋁合金夾具增加了夾固件對(duì)電纜的接觸面和緊固力，能夠有效防止電纜由于電動(dòng)力產(chǎn)生的位移，能夠承受因短路電流產(chǎn)生的點(diǎn)動(dòng)力的沖擊。同時(shí)在夾具兩側(cè)采用了蝶形支架，很好的保護(hù)和固定了電纜。

4 結(jié)語

隨著城市供電需求和電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃發(fā)展，地下電力傳輸及變配電設(shè)施正在逐步的發(fā)展和完善，電力隧道結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)施設(shè)計(jì)都面臨著新的問題和挑戰(zhàn)。

本文就現(xiàn)代電力隧道修建過程中所遇到的技術(shù)難點(diǎn)及所采用的新技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)，為今后電力專用輸電隧道結(jié)構(gòu)及電纜支架設(shè)計(jì)提供可借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉小利，焦如義.鋼質(zhì)管道非開挖頂管技術(shù)與裝備[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29(7):553-556.

[2]王樹理.地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008:130-131.

[3]楊國新，孫煥斌.超長距離大口徑鋼管頂進(jìn)方向控制技術(shù)[J].特種結(jié)構(gòu)，2010，27(2):102-104.

[4]余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社，2003.

[5]薛麗偉，潘國慶.新江灣城電力電纜隧道設(shè)計(jì)[J].上海電力，2006(3):232-237.

[6]周 輝，方 浩，張永隆.新型電纜支架在長距離500 kV電力隧道中的應(yīng)用[J].華東電力，2010，38(4):1549-1551.

[7]姚煒峻，王振偉.電力電纜隧道內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用[J].上海電力，2006(6):621-625.