陳孝湘，李廣福，吳勤斌

（福建省電力勘測設(shè)計院，福建 福州 350003）

電力電纜隧道結(jié)構(gòu)常見病害分類及防治

陳孝湘，李廣福，吳勤斌

（福建省電力勘測設(shè)計院，福建 福州 350003）

摘要：隧道病害作為電力電纜隧道運營階段的主要問題之一，缺乏有針對性的分析和研究。通過總結(jié)分析基于已有研究成果及在運營電力隧道調(diào)查數(shù)據(jù)，對常用工法修筑的電力隧道病害進行分類，分析成因，并簡要探討隧道結(jié)構(gòu)病害的預(yù)防與治理思路，為相關(guān)工程的運營檢修、病害防治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力隧道；病害分類；病害防治。

隨著城市化進程的加快，越來越多的電力隧道開始被應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)中。由于電力隧道設(shè)計使用年限較久，在隧道建成投運后，隨時間推移或周邊環(huán)境條件的變化，會出現(xiàn)影響隧道正常運行檢修乃至危及隧道結(jié)構(gòu)安全的各類病害。

張瑛等人通過對上海電力隧道常見病害的調(diào)查，分析了該地區(qū)三種常見的隧道病害，并提出了相應(yīng)的監(jiān)控指標(biāo)。而據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，電力隧道投運后除了出現(xiàn)滲漏水、襯砌裂損、襯砌腐蝕之外，還會出現(xiàn)其他的病害類型。

結(jié)合現(xiàn)有研究成果，文章分析了福建省內(nèi)已運營電力隧道的調(diào)查數(shù)據(jù)，對電力隧道可能出現(xiàn)的病害進行分類；并簡要剖析電力隧道病害的預(yù)防與治理思路，為相關(guān)工程的運營檢修、病害防治提供依據(jù)。

1　電力隧道常用工法

受敷設(shè)電壓等級及回路數(shù)影響，電力隧道截面幾何形狀和尺寸大小不一，但多以10.0m2凈面積的矩形、直墻拱形和圓形隧道為主，目前常用施工工法主要為明挖法、淺埋暗挖法、頂管法、盾構(gòu)法等。

1.1 明挖隧道

明挖法是電力隧道在電力隧道施工中最基本、最常用的工法。明挖法在開挖深度小于7.0m、施工場地開闊的情況下具有工期短、淺埋時造價低的特點；但由于其開挖面積較大，使得其對周邊環(huán)境影響也較大。

為減小基坑開挖周邊土體的變形，需加大支護結(jié)構(gòu)的剛度；為減小在城市道路下方修建隧道對路面交通的影響，將明挖法發(fā)展形成了蓋挖法，但無論如何，在埋深較大或周邊環(huán)境較為復(fù)雜的城市內(nèi)逐漸失去優(yōu)勢。

1.2淺埋暗挖法

淺埋暗挖法是基于新奧法發(fā)展而來的一種工法，采用不同開挖方法及時支護封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，并且采用信息化設(shè)計與施工。

由于淺埋暗挖法相對于明挖法具有對地表擾動小、路徑曲率靈活、斷面利用率高等顯著優(yōu)點，在硬土層、卵石地層的電力隧道建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，當(dāng)周邊環(huán)境復(fù)雜或地下水位較高時，由于采取相應(yīng)的輔助開挖工法，會使得隧道建設(shè)難度加大，同時也使得隧道造價增高。

1.3頂管法

頂管技術(shù)是在不開挖地表的情況下，利用液千斤頂將管節(jié)從工作井在地下逐節(jié)頂進，直至頂管至接收井的地下管道敷設(shè)施工工藝。由于頂管無需進行地面開挖，因此不會阻礙交通，不會產(chǎn)生過大的噪聲和振動，對周邊環(huán)境影響也很小。

頂管法具有開挖面積小、施工便捷、在中小截面隧道建設(shè)中造價小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)的電力隧道建設(shè)，但在大截面隧道、超小曲率半徑的隧道建設(shè)中還有很多技術(shù)瓶頸亟待突破。

1.4盾構(gòu)法

盾構(gòu)是在軟巖和土體中進行隧道施工的專門機具，使用盾構(gòu)機開挖的施工方法簡稱盾構(gòu)法?，F(xiàn)代盾構(gòu)集機、電、液、信息技術(shù)與一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能。盾構(gòu)隧道已廣泛應(yīng)用于地鐵、鐵路、公路、市政、水電隧道等工程，也逐步開始在電力隧道中推廣應(yīng)用。

盾構(gòu)施工主要由穩(wěn)定開挖面、掘進及排土、管片襯砌及壁后注漿三大要素。盾構(gòu)法適用性廣，安全性高，適應(yīng)性強，但單體造價較高，在中小截面隧道中應(yīng)用的經(jīng)濟效益較差。

2　電力隧道病害分類及其危害

電力隧道病害的出現(xiàn)可能是由于勘測設(shè)計誤差或施工質(zhì)量欠缺等隧道建設(shè)自身問題的存在，也可能是受隧道所在地層條件變化等外在因素的影響，這些不利因素使得隧道結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了各種影響隧道正常運營的病害。由于大規(guī)模建設(shè)時間較早，投運數(shù)量較多，公路、鐵路及市政部門已針對現(xiàn)有的隧道常見病害開展大量的研究，關(guān)寶樹 針對隧道中出現(xiàn)的各類病害，出版了隧道工程檢修的專著；陳志強等人利用相關(guān)原理對老營盤隧道的病害進行了調(diào)查研究，將現(xiàn)有的隧道病害診治技術(shù)應(yīng)用到工程實踐中，取得了良好的效果。

但不同于公路、鐵路等以鉆爆法為主要施工工藝的巖石隧道，電力隧道多處于城區(qū)軟弱土層中，施工工藝復(fù)雜、周邊環(huán)境多變，從而使得投產(chǎn)后的隧道病害類型也可能與巖石隧道大相徑庭。隨著建設(shè)進程不斷加快、投運數(shù)量不斷增多，電力隧道的運營檢修也必須面對不斷增多的各類病害。

根據(jù)福州市和廈門市已建電力隧道的調(diào)查，并參考現(xiàn)有研究成果，電力隧道常見災(zāi)害類型可分為：滲漏水（水害）、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、地震災(zāi)害和隧道火災(zāi)等六類。

2.1結(jié)構(gòu)滲漏水

由于城市多沿江或濱海而建，地下水位較高，電力隧道修筑在地下水位以下，故而結(jié)構(gòu)滲漏水就成為了電力隧道的通病。

發(fā)生在電力隧道內(nèi)的水害類型主要是滲漏水和涌水。隧道滲漏，按其發(fā)生的部位和流量可分為：隧道側(cè)壁或頂部有滲水、滴水、漏水成線和成股射水四種，頂管隧道管節(jié)接縫滲漏水見圖1。

圖1　頂管隧道管節(jié)接縫滲漏水

隧道滲漏按水源補給情況，又分為地下水補給和地表水補給兩種。地下水補給具有穩(wěn)定的地下水源，其流量四季變化不大；地表水補給，其流量隨地表水季節(jié)變化而變化。由于城市電力電纜隧道多處滲透地下水位以下，且周邊地層的滲透性較強，故多為穩(wěn)定地下水水源補給。

隧道水害對隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、洞內(nèi)電力設(shè)施、運營檢修安全、地面建筑及周邊水環(huán)境產(chǎn)生諸多不良影響，甚至可能會危及隧道功能的實現(xiàn)。

2.2結(jié)構(gòu)裂損

隧道結(jié)構(gòu)是承受周邊地層壓力、防止土體變形坍塌的工程主體建筑物。地層壓力的大小，主要取決于工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，同時也和結(jié)構(gòu)施工方法及工程質(zhì)量的好壞等因素有關(guān)。作用在隧道結(jié)構(gòu)上的壓力主要為土壓力和水壓力，特殊性巖土地區(qū)的隧道還存在膨脹壓力和凍脹壓力。

結(jié)構(gòu)裂損的原因可能是由于勘察階段對巖土體物理、力學(xué)參數(shù)取值有誤，造成襯砌承受大于設(shè)計承載能力的荷載而破壞；也可能是由于設(shè)計襯砌選型不當(dāng)，抑或是施工質(zhì)量出現(xiàn)問題導(dǎo)致的。明挖隧道頂板裂縫見圖2。

結(jié)構(gòu)裂損可以分為橫向裂紋、縱向裂紋和斜向裂紋，三種裂紋成因各異，但隧道結(jié)構(gòu)裂損均破壞了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低了結(jié)構(gòu)的安全可靠性，其主要危害在于：

（1） 降低了襯砌結(jié)構(gòu)的承載力；

（2） 使隧道凈空減小，危及電纜使用空間；

圖2　明挖隧道頂板裂縫

（3） 裂縫一般都伴生滲漏水，造成洞內(nèi)設(shè)施銹蝕，在嚴(yán)寒地區(qū)還可能產(chǎn)生凍害；

（4） 影響電力隧道的正常運行，在運營條件下對裂損襯砌進行大修整治，施工與運營相互干擾，不僅施工效率低，而且施工風(fēng)險也較大。

2.3隧道凍害

隧道凍害是寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)的隧道內(nèi)水流和圍巖積水凍結(jié)，引起隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)掛冰、隧道內(nèi)網(wǎng)線設(shè)備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、水溝冰塞、線路凍起等，這些病害不僅影響到構(gòu)筑物的安全，也可能會影響到電纜的正常運行。

隧道凍害與所在地區(qū)氣溫（低于0℃或正負(fù)交替）直接相關(guān)，氣溫變化凍融交替是主因。隧道凍害會導(dǎo)致襯砌凍脹開裂，甚至疏松剝落，造成隧道結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，降低結(jié)構(gòu)的安全可靠性。

2.4襯砌腐蝕

由于電力隧道需埋置于土層中，土層的地質(zhì)條件千變?nèi)f化，在腐蝕性環(huán)境中，地下水會沿著隧道結(jié)構(gòu)的毛細(xì)孔、各類投料孔、變形縫及其他孔洞滲流到隧道內(nèi)側(cè)，成為隧道滲漏水，對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生物理性或化學(xué)性的侵蝕作用，造成襯砌腐蝕。

隧道結(jié)構(gòu)腐蝕的主要因素有：混凝土質(zhì)量和水泥的品種，滲流到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的環(huán)境水含侵蝕性介質(zhì)的種類和濃度，環(huán)境的溫度和濕度等自然條件。

隧道襯砌腐蝕會使得混凝土變酥松，強度下降，降低隧道襯砌的承載能力，更會危及電纜支架等隧道附屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備的安全。

2.5地震災(zāi)害

地震是常見的自然災(zāi)害之一，對建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生毀滅性的作用，但是由于隧道及其他地下建筑物得震害遠(yuǎn)不如地面建筑嚴(yán)重，因而人們對隧道抗震問題的重視程度也低于地面建筑物。

在2008年的汶川地震中，雖未有電力電纜隧道遭受地震災(zāi)害影響的直接報道，但一些公路、鐵路隧道在地震中遭受了嚴(yán)重的破壞，出現(xiàn)了諸如則洞口被滑坡埋沒、洞門裂縫變形、襯砌裂損和剝落，而且一旦被震壞，修復(fù)相當(dāng)困難。

由于震害后果較為嚴(yán)重，基于對城市生命線的電力隧道結(jié)構(gòu)安全的考慮，必須重視并采取積極措施預(yù)防地震災(zāi)害。

2.6隧道火災(zāi)

電力電纜隧道發(fā)生火災(zāi)的主要原因多為電纜頭過熱燒穿絕緣或者長期負(fù)荷運行、受熱、受潮等原因使得絕緣層破壞引起火災(zāi)，也可能由于接地故障電流引起火災(zāi)。目前暫時未查詢到關(guān)于電纜燒壞引起的隧道火災(zāi)事故。

電纜隧道的火災(zāi)除了會造成電纜受損導(dǎo)致停電的施工外，還可能導(dǎo)致巡檢人員遇險、隧道結(jié)構(gòu)受損等災(zāi)害。

3　電力隧道病害防治

電力隧道的各種病害給電力線路的正常運營和安全都帶來了影響，有時影響十分嚴(yán)重。而且，病害整治和電纜保持送電之間的矛盾突出，病害整治干擾正常運營，而病害整治在空間、時間和施工條件都局限的條件下進行，困難重重。因此，對隧道病害在認(rèn)識的基礎(chǔ)上，應(yīng)以預(yù)防為主，必須在設(shè)計階段就要采取措施，防治病害發(fā)生；另一方面，對出現(xiàn)的病害須查清病害原因，采取合理的措施進行整治，提高隧道病害整治的工程質(zhì)量和經(jīng)濟效益。同時，還應(yīng)反饋信息，改進和優(yōu)化新建電力電纜隧道的設(shè)計方法和施工工藝。

3.1隧道病害的防治原則

隨著工程技術(shù)人員對隧道病害產(chǎn)生后果、病害機理認(rèn)識的不斷深化以及對環(huán)保和運營檢修要求的不斷提高，對隧道病害防治原則的認(rèn)識也不斷深化，趨于科學(xué)合理。隧道病害防治應(yīng)堅持以“預(yù)防為主、重視監(jiān)測、及時治理”原則，將病害治理的難度和成本降至最低。

以隧道防水為例，國家標(biāo)準(zhǔn)《地下工程防水技術(shù)規(guī)程》GB50108提出：地下工程防水的設(shè)計和施工應(yīng)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?，因地制宜，綜合治理”的原則，還提出地下工程的防水設(shè)計和施工必須符合環(huán)境保護的要求，并采取相應(yīng)措施。

3.2隧道病害的防治技術(shù)

較之20世紀(jì)國內(nèi)各行業(yè)隧道建設(shè)和檢修的無序，現(xiàn)有的隧道病害防治技術(shù)進步顯著，特別表現(xiàn)在病害防治設(shè)計和施工趨于規(guī)范化，新材料和新技術(shù)不斷出現(xiàn)，使得隧道病害防治的技術(shù)手段也越來越豐富，但對于電力隧道病害的預(yù)防及其治理，應(yīng)注意以下幾個方面的內(nèi)容。

3.2.1提高工程勘察深度

結(jié)構(gòu)滲漏水、襯砌裂損、隧道凍害、襯砌腐蝕、地震災(zāi)害等，每一種病害的出現(xiàn)，均與隧道所在的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件息息相關(guān)。隧道周邊的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件的準(zhǔn)確與否，決定了隧道設(shè)計方案是否科學(xué)合理，也在某種程度上決定了各類隧道病害出現(xiàn)的幾率。

工程地質(zhì)勘察過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范要求對工程地質(zhì)環(huán)境進行調(diào)查，并對每一個水文和土體的物理力學(xué)指標(biāo)進行嚴(yán)格試驗和分析，同時還必須將試驗結(jié)果進行縱、橫向的對比，了解周邊地下環(huán)境的使用歷史和規(guī)劃情況，為工程設(shè)計提供準(zhǔn)確無誤的輸入?yún)?shù)。

3.2.2提高設(shè)計與施工質(zhì)量

隧道病害的產(chǎn)生和發(fā)展，究其原因，是因為結(jié)構(gòu)本體的承載和防護能力不能夠滿足周邊地質(zhì)或環(huán)境要求而造成的。這一矛盾的產(chǎn)生，除了周邊地質(zhì)環(huán)境或使用條件發(fā)生變化外，多是由于設(shè)計等級選擇不能與設(shè)計條件相符或是工法選擇不當(dāng)、施工質(zhì)量無法達到設(shè)計要求等建設(shè)過程因素導(dǎo)致。

為使隧道病害防治的設(shè)計和施工符合確保質(zhì)量、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的要求，國家和鐵路、公路、市政等各行業(yè)部門都制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，規(guī)范隧道病害的設(shè)計與施工。電力隧道的設(shè)計和施工單位，應(yīng)在滿足設(shè)計規(guī)程要求的范圍內(nèi)合理選擇隧道建設(shè)的工法，從源頭上降低電力隧道各類病害的產(chǎn)生幾率。

3.2.3重視病害監(jiān)測

隧道病害的產(chǎn)生大多是一個循序漸進的過程。在日常的運行檢修過程中，應(yīng)當(dāng)加強巡檢人員對隧道病害的辨別能力和數(shù)據(jù)采集能力，通過建立病害分類、制定監(jiān)測指標(biāo)等工作，以盡早發(fā)現(xiàn)，及時治理，可減少隧道病害的治理工作量和工作難度，同時也可大大節(jié)約治理成本。

3.2.4重視防治理論及防治技術(shù)研究

由于隧道病害類型較多，成因各異，影響因素十分復(fù)雜，系統(tǒng)理論地研究有一定困難，但是，理論和機理研究是隧道病害治理的基礎(chǔ)。以隧道襯砌滲漏水為例，不清楚隧道襯砌結(jié)構(gòu)的滲漏成因及受其他條件影響的規(guī)律，設(shè)計則缺乏可靠性，因此加強對各類型隧道病害的產(chǎn)生機理、影響因素及影響規(guī)律的研究就顯得極其重要。

隨著材料科學(xué)的進步，許多新材料、新技術(shù)引入隧道病害防治，病害防治設(shè)計和施工有更多的選擇。以隧道的防水為例，許多新型的性能優(yōu)異的防水堵漏材料和柔性防水層今年來引入隧道防水。隧道病害的治理應(yīng)積極響應(yīng)并應(yīng)積極開展對新材料和新技術(shù)的研究，豐富治理手段，提高治理技術(shù)。

應(yīng)注意的是，電力電纜隧道的病害成因與市政、公路、鐵路隧道有所不同，病害成因及防治方法的研究應(yīng)具有相應(yīng)的針對性。

4　結(jié)論

本文通過對現(xiàn)有電力隧道運營現(xiàn)狀的調(diào)查及公路、鐵路隧道現(xiàn)有病害類型研究成果，以常用電力電纜隧道工法為基礎(chǔ)，分析可能存在的幾種結(jié)構(gòu)病害類型、成因及其危害，同時也提出了隧道病害防治的一些基本原則，得出以下結(jié)論：

（1） 城市電力隧道結(jié)構(gòu)病害的類型主要包括隧道滲漏水、襯砌裂損、凍脹災(zāi)害、襯砌腐蝕、地震災(zāi)害、隧道火災(zāi)等6種。

（2） 電力隧道的病害治理應(yīng)以預(yù)防為主，通過提高地質(zhì)勘察精準(zhǔn)度，提高設(shè)計和施工手段，降低病害出現(xiàn)的幾率。

（3） 隧道病害的治理應(yīng)在分析病害成因基礎(chǔ)上，合理利用與隧道結(jié)構(gòu)特點、功能及設(shè)防等級相一致的材料和技術(shù)。

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中圖分類號：U451

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2015）02-0010-05

* 收稿日期：2014-01-12

作者簡介：陳孝湘（1983- ），男，福建尤溪人，碩士，注冊土木工程師（巖土），主要從事電纜土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究工作。

基金項目：福建省電力有限公司科技發(fā)展項目（科2012-066）

Classification and Prevent Method of Common Diseases in the Electric Power Tunnel

CHEN Xiao-xiang， LI Guang-fu， WU Qin-bin
（Fujian Electric Power Survey & Design Institute， Fuzhou 350003， China）

Abstract：As one of the most common problems in the power cable tunnel which being run， tunnel defects lack of necessary concern and effective research. Based on the existing research results and the datum collected from the running power tunnels， this paper class the tunneling methods and the visual defects in variety kind of tunnels， and then investigate the treatment and control methods of the electric power tunnel structure， provide the basis for the maintenance and disease control in the service stage.

Key words：electric power tunnel； classification of visual defect； disease control.