某地鐵車站高壓電纜懸吊保護(hù)技術(shù)

蘇無疾

1 工程概況

某地鐵交叉換乘站，位于東西城市兩主干道十字，呈東西向跨路口設(shè)置。基坑全長194.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.7 m，深16.11 m～20.14 m。車站換乘節(jié)點(diǎn)下穿人行天橋，110 kV電纜矩形管陣位于環(huán)形天橋西側(cè)，越站長度23.7 m，管陣尺寸1 600 mm×650 mm，埋深2.33 m。北高南低，共2排，侵入該站頂板150 mm～300 mm，導(dǎo)致本處基坑不能開挖施工，嚴(yán)重影響工期。由于改遷費(fèi)用較高，手續(xù)復(fù)雜，也不能滿足施工進(jìn)度的要求，經(jīng)專家論證，決定采用方案2對該電纜進(jìn)行臨時懸吊保護(hù)，為保證該電纜安全，需對懸吊保護(hù)方案反復(fù)計(jì)算、論證、修改，根據(jù)計(jì)算結(jié)果最后確定方案。

2 懸吊保護(hù)方案

根據(jù)本站的實(shí)際情況，擬對110 kV電力電纜采用雙根工字鋼加管底托梁的懸吊方式。

主梁采用兩根Ⅰ45b的工字鋼，結(jié)構(gòu)形式為兩跨共23.8 m的格構(gòu)式連續(xù)梁。因Ⅰ45b工字鋼腹板較高，受力后容易出現(xiàn)傾覆失穩(wěn)，為加強(qiáng)其穩(wěn)定性，在兩根工字鋼的腹板中間采用10號槽鋼和等邊(加勁肋)鋼板連接，槽鋼間距2.0 m，等邊鋼板δ=16 mm，L=150 mm。吊桿采用Ф14鋼筋吊桿，按實(shí)際狀況加工成“П”形，管底托梁采用背拼槽鋼，中間間隙20 mm以利于穿吊桿。

由于110 kV高壓電纜由兩排組成，管陣下窄上寬，如僅設(shè)置一道托梁，會使外側(cè)2根和中部3根φ130的鋼管懸空，故計(jì)劃將上排與下排鋼管單獨(dú)懸吊。上排和下排各采用16根吊桿，間距1.5 m左右。下排鋼管的托梁采用雙拼10號槽鋼，因兩排鋼管之間的間隙僅70 mm～80 mm，上排鋼管的托梁只能采用雙拼5號槽鋼。槽鋼長度以每邊伸出管線外側(cè)100 mm為原則。為使φ450的鋼套管有輕微的上下變形，同時考慮到絕緣作用，安裝下排管底托梁前，在10號槽鋼的上翼緣粘貼200 mm寬12 mm厚的竹膠板。按規(guī)范要求，45b工字鋼應(yīng)做接地處理，接地電阻不大于10 Ω，如圖1 所示。

3 懸吊安全分析

3.1 荷載計(jì)算

1)管線自重。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，按銅芯(YJV22-8.7/15 kV三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣)鋼帶鎧裝電力電纜計(jì)算重量，需要懸吊的110 kV電力管線的第一排設(shè)計(jì)線荷載為2 801 N/m，第二排設(shè)計(jì)線荷載為2 665 N/m。

2)懸吊結(jié)構(gòu)自重。雙榀45b工字鋼自重設(shè)計(jì)值為1 049 N/m，中間聯(lián)系10號槽鋼自重設(shè)計(jì)值為56 N/m。

3)吊具自重。每處的鋼筋吊桿取平均6 m長，雙拼10號槽鋼取2.4 m長，則附加在每個吊點(diǎn)的荷載為1 061 N。

4)活荷載。考慮人員檢修及攜帶工具，按兩人攜帶20 kg計(jì)算，則附加在每個吊點(diǎn)的活荷載為1 190 N。

3.2 計(jì)算公式及簡圖

此懸吊結(jié)構(gòu)實(shí)際為兩跨格構(gòu)式組合梁，簡化起見，按承受8個集中點(diǎn)荷載的單跨簡支梁計(jì)算，計(jì)算簡圖見圖2。其中，集中荷載 P=13.34 kN。

3.3 計(jì)算結(jié)果與分析

經(jīng)過計(jì)算，23.8 m跨工字鋼主梁的應(yīng)力σ=83.3 N/mm2≤［σ］=215 N/mm2，工字鋼主梁在 1/4跨處的撓曲變形v=18.1 mm≤［v］=L/250=46.8 mm。說明其強(qiáng)度和剛度均滿足要求。每個懸吊點(diǎn)處的設(shè)計(jì)荷載為P=13.34 kN≤Ф14鋼筋的容許拉力［P］=2×33.11 kN=66.22 kN，說明鋼筋吊桿的強(qiáng)度滿足要求。由于鋼套管埋入地下已達(dá)到20余年，其有效壁厚不能按5 mm計(jì)算，保守起見，取有效壁厚為1.2 mm，得出鋼管的截面抵抗矩:Wx=π/4(R3－r4/R)=489 423 mm3，校核鋼管的應(yīng)力σ=4.5 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，說明即使目前保持 1.2 mm 的壁厚，按1.5 m的間距對φ450的鋼套管進(jìn)行懸吊也是安全的。

4 懸吊施工

4.1 施工工序

1)管線兩側(cè)先采用小型挖掘機(jī)開挖出1.0 m寬溝槽，人工清理粘附在鋼管外側(cè)的少量土方。兩排鋼管全部暴露后，人工在下排鋼管底部掏槽，利用洛陽鏟在兩排鋼管中間掏孔，以便于穿管底托梁。

2)管底托梁與鋼筋吊桿連接好后，通過螺栓施加預(yù)緊力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在最不利情況下，工字鋼梁負(fù)荷后最大會產(chǎn)生17.4 mm的下?lián)隙龋┕み^程中按10 mm作為提升鋼套管上撓度的控制值。依次分段掏槽，分節(jié)懸吊，使每處懸吊點(diǎn)都充分承受管線的重量，逐漸把管線的重量轉(zhuǎn)移至Ⅰ45b工字鋼上，避免突然加載。

3)懸吊完成后，應(yīng)全面檢查驗(yàn)收，并請產(chǎn)權(quán)單位相關(guān)人員查看，確認(rèn)合格后，才能進(jìn)行管線下部土方開挖。兩道管線之間的雜填土應(yīng)清理干凈，以盡可能的減少負(fù)載重量。

4.2 安全保護(hù)措施

1)要求施工單位在施工前做好詳細(xì)的安全應(yīng)急預(yù)案;施工期間設(shè)專人對管線做好監(jiān)護(hù)，對監(jiān)護(hù)人員嚴(yán)格做好交底。要求監(jiān)護(hù)人員對管線和懸吊結(jié)構(gòu)作24 h巡查，發(fā)現(xiàn)異常情況緊急上報(bào)，必要時啟動應(yīng)急預(yù)案。2)下部土方開挖前，在兩根工字鋼主梁的上翼緣表面設(shè)置6個觀測點(diǎn)，在懸吊過程中和施工期間定期對管線和觀測點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，保證懸吊過程中的變形在允許范圍之內(nèi)。3)車站施工期間，110 kV電力電纜東西兩側(cè)2.0 m范圍內(nèi)不得進(jìn)行結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)，在45b工字鋼梁上部滿鋪12 mm厚竹膠板，避免重物砸傷電纜。

5 結(jié)語

在整個基坑施工過程中，110 kV高壓電纜管道的最大擾度為3.53 mm，不但確保了車站施工和高壓電纜的安全，而且也按期完成了地鐵公司的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。110 kV高壓電纜管道懸吊保護(hù)得到成功應(yīng)用，為今后地鐵施工高壓電纜的懸吊保護(hù)提供了經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

［1］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］郭 靚.地鐵車站施工中對220 kV高壓電纜的保護(hù)［J］.山西建筑，2010，36(35):173-174.

［5］蘇無疾，呂曉曄.天然氣管道大跨度懸吊保護(hù)在西安地鐵施工中的應(yīng)用［J］.中國科技信息，2011(4):21-23.