一種新型電纜排管防護溝槽的應用研究

許曉坡+申紅山+彭占勝+吳凱+尹超鵬

摘 要：目前電纜排管敷設主要采用砼包封型式，在保護電纜的同時，對后期維護造成不便。為了適應生產發展的需要文章提出一種新型預制防護溝槽，減少現場濕作業，縮短工作工期，便于安裝、拆卸和維護，是一種環保、節約新型的電纜敷設型式，通過理論分析和實驗驗證，確定了其結構和材料，并在實際工程中予以應用。

關鍵詞：砼包封；預制裝配式；防護溝槽；電纜排管

中圖分類號：TM757 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）07-0144-03

Abstract： At present， the concrete encapsulation type is mainly adopted in cable pipe laying. While protecting the cable， it causes inconvenience to the later maintenance. In order to meet the needs of production development， this paper puts forward a new type of prefabricated trench， which can reduce the wet work on site， shorten the working period， and be easy to install， disassemble and maintain. It is a new type of cable laying which is environmentally-friendly and economical. Through theoretical analysis and experimental verification， the structure and materials are determined and applied in practical engineering.

Keywords： concrete encapsulation； prefabricated assembly； protective trench； cable pipe

引言

隨著城市現代化的發展和經濟的增長，土地有效利用面積日趨緊張，城市用電密度增高，用電量日益增大。依靠架空線路供電已不能滿足城市用電的需求，目前城市電網大量采用地下電力電纜輸配電系統，大幅節約空間資源、土地資源和提高城市電網抵御冰雪、洪水、臺風等自然災害能力。根據《電力工程電纜設計規范》GB50217-2007相關條款，電纜敷設一般采用直埋敷設、排管敷設、電纜溝敷設、隧道敷設等形式；電纜敷設方式的選擇，應根據環境特點、工程規模和電纜類型、數量等因素，以及滿足運行可靠、便于維護和技術經濟合理的原則來確定。目前采用電纜排管型式敷設電纜在城市電網中占有相當大的比例。

1 目前電纜排管敷設方式

1.1 電纜敷設保護方式現狀

電纜排管敷設適用于城市道路人行道下、電纜與各種道路交叉處、廣場區域及小區內電纜條數較多、敷設距離長等地段。因敷設方式占地面積和空間少，受氣候和環境影響較小，安全性高，市容美觀，能承受較大的荷重，電纜敷設無相互影響，電纜施工簡單等因素，至今仍被廣泛應用于城市電纜敷設中。

1.2 電纜排管敷設砼包封保護方式的缺點

城市地下管線敷設情況錯綜復雜，各類管線機械施工程度較高，管線施工作業對電力管線存在安全隱患，為確保電力電纜安全運行，常對排管進行澆筑鋼筋混凝土作為安全防護加固。現狀排管一般區間長度為50-70米，電力排管采用澆筑鋼筋混凝土澆筑后為整體防護形式，局部受損后需整體更換區間段管線，需要較大施工作業場地現場施工，對管線周邊道路交通、居民生活、城市環境影響較大。

2 預制裝配式電纜排管防護溝槽的理論研究

為提高城市電纜的安全可靠性，加強城市電力管線安全防護，加快管線施工進度，減少搶修作業時間，從管線安全可靠性出發，調整排管安全防護結構構造形式，提出“預制裝配式電纜排管防護溝槽”這一概念。

2.1 預制裝配式電纜排管防護溝槽社會效益分析

預制裝配式電纜排管防護溝槽與現澆施工工法相比，裝配式結構有利于綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節地、節能、節材、節水和環境保護等要求，降低對環境的負面影響，遵循可持續發展的原則。

而且，裝配式結構可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進場的工程機械種類和數量，消除工序銜接的停閑時間，實現立體交叉作業，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環境污染，為綠色施工提供保障。

2.2 預制裝配式電纜排管防護溝槽經濟效益分析

預制裝配式電纜防護溝槽設計理念先進，兼容性強。構件在工廠模數控制工業化生產，預制成型并運輸到施工現場進行裝配，可以最大程度地實現鋼結構、混凝土、新型材料的復合化施工。

其結構體系靈活，可變性強，實現支撐結構和填充體系的徹底分離，拆分成不同部品構件進行標準化設計生產，保證支撐體的耐久性和填充體的可變性，有利于標準化、大規模、重復性生產建造，同時有利于在實際使用時進行改動和調整，能夠最大程度地保證建筑整體性能。

預制構件采用機械化方式進行生產加工，現場只需對構件節點進行澆注，這樣的施工方式大大減少了現場工作量和施工難度，可同時進行交叉作業，節約工期，保證施工進度，節省投資，降低施工成本。

3 預制裝配式排管防護溝槽型式的確定

3.1 結構型式的確定

由于預制構件的形狀等不同而存在很大的差異。在拼裝構件的形狀方面，當前有底板現澆加預制板片拼裝、雙側對稱的正反L型預制構件拼裝、U型預制結構體加預制頂板拼裝、整體預制管節段拼裝、預應力頂蓋節段與預應力底座節段拼裝等。目前還未有一種確定的預制拼裝方法在國內城市地下管線工程中得以應用。通過數據和有限元分析及和實驗模擬驗證，我們選定了底板現澆加預制板片拼裝、雙側對稱的正反L型預制構件拼裝方法。endprint

該預制拼裝方式涉及到預制構件二次設計、預制構件模具設計與制作、預制設備研發與應用、預制件運輸與吊裝機械整合、拼裝設備研發與應用、拼裝工法等一系列技術和管理水平的提升。通過工廠車間中間試驗，該預制構件工廠可預制，中間好運輸，現場易安裝。

3.2 構件材料的選擇

在預制構件材料選用方面，為提高城市電纜的安全可靠性，加強城市電力管線安全防護，加快管線施工進度，減少搶修作業時間。順應建筑工業化發展方向，實屬資源節約型、環境友好型并符合國家節能、環保、節地等相關要求。

目前除了鋼筋混凝土預制構件外，大量新型復合型材料也應用于工程中，結合傳統排管采用現澆鋼筋混凝土結構特點進行了對比分析。

電纜排管主要采用水泥管、鋼管、硬質聚乙烯管、玻璃纖維增強塑膠管等幾種材料。塑膠電纜管與水泥管、鋼管在機械強度性能、內壁磨擦系數、耐腐蝕性能、絕緣性能等方面具有顯著優點，經比選，推薦采用塑膠電纜管。

3.3 電纜敷設形式的確定

為了解決電纜導體溫升隨負荷變化而變化導致的電纜線路熱脹冷縮問題，工程應用中通常采取蛇形敷設電纜線路。蛇形敷設能夠有效吸收熱脹冷縮引起的電纜線路長度變化，防止電纜線路接頭、終端、金屬護層以及電纜附屬設施被損壞，保證電纜線路的安全運行。

目前電纜在排管內敷設時，為解決以上問題，通常通過電纜工井布置尺寸大小，在工井內預留電纜伸縮弧。由于單個電纜工井內解決的電纜線路熱脹冷縮量極為有限，排管敷設時電纜工井井間距較近。結合預制裝配式排管防護溝槽構造形式的靈活性，通過改變溝槽內電纜保護管的固定形式，滿足電纜蛇形敷設的要求。

在工廠車間實驗模擬驗證時，采用6米長作為一個蛇形敷設周期，電纜在防護溝槽垂直排列。通過分析和計算不同的導體溫度、蛇形弧幅值和蛇形長度對弧幅軸向推力大小的影響，提出了既節約空間又能限制軸向推力的蛇形弧幅和蛇形長度的推薦值。在實驗驗證中，我們采用管枕a和管枕b的不同組合，在防護溝槽的不同位置，實現蛇形敷設需要的波峰和波谷型式，滿足電纜蛇形敷設的要求。

4 110千伏排管直線段防護溝槽相關計算

設計資料如下：

溝頂活荷P1=20（KN/m^2）；覆土厚度ht=1000～3000（mm）；溝內水位Hw=840（mm）；容許承載力R=100（KN/m^2）；溝長度H=10000（mm）；溝寬度B=1500（mm）；溝壁高度h0=840（mm）；底板外伸C1=0（mm）；底板厚度h1=160（mm）；頂板厚度h2=160（mm）；墊層厚度h3=100（mm）；溝壁厚度h4=160（mm）；地基承載力設計值R=100（KPa）；溝槽敷設位置規劃道路人行道/綠化帶，地下水位-2000mm，溝頂部區最小覆土1000mm時：

4.1 地基承載力驗算

（1）底板面積AR1=（H+2*h4+2*C1）*（B+2*h4+2*C1）=（10+2*.16+2*0）*（1.5+2*.16+2*0）=18.78（m^2）

（2）頂板面積AR2=（H+2*h4）*（B+2*h4）=（10+2*.16）*（1.5+2*.16）=18.78（m^2）

（3）溝頂荷載Pg=P1+ht*18=20+1*18=38（KN/m^2）

（4）溝壁重量CB=25*（H+2*h4+B）*2*H0*h4=25*（10+2*.16+1.5）*2*.84*.16=79.43（KN）

（5）底板重量DB1=25*AR1*h1=25*18.78*.16=75.12（KN）

（6）頂板重量DB2=25*AR2*h2=25*18.78*.16=75.12（KN）

（7）溝全重G=CB+DB1+DB2+Fk1=79.43+75.12+75.12+0=229.67（KN）

（8）單位面積水重Pwg=（H*B*Hw*10）/AR1=（10*1.5*.84*10）/18.78=6.709（KN/m^2）

（9）單位面積墊層重Pd=23*h3=23*.1=.122（KN/m^2）

（10）地基反力R0=Pg+G/AR1+Pwg+Pd=38+229.67/18.78+6.709+.122=57（KN/m^2）

R0=57（KN/m^2）

4.2 溝整體抗浮驗算

地下水位在底板以下，不需驗算

4.3 溝局部抗浮驗算

地下水位在底板以下，不需驗算

4.4 荷載計算

（1）溝內水壓Pw=rw*H0=10*.84=8.4（KN/m^2）

（2）溝外土壓Pt：

溝壁頂端Pt2=[Pg+rt*（ht+h2）]*[Tan（45-？/2）^2]=[38+18*（1+.16）]*[Tan（45-30/2）^2]=19.6（KN/m^2）

溝壁底端Pt1=[Pg+rt*（ht+h2+H0）]*[Tan（45-？/2）^2]=[38+18*（1+.16+.84）]*[Tan（45-30/2）^2]=24.66（KN/m^2）

溝底荷載qD=Pg+（Fk1+CB）/AR2=38+（0+79.43）/18.78=42.22（KN/m^2）

4.5 紹溝槽的整體抗浮驗算

抗浮全重Fk=G+ht*AR2*16+Fkt（抗浮時覆土容重取16KN/m^3）=229.67+3*18.78*16+0=950（KN）

總浮力Fw=AR2*（Hd+h1）*10=18.78*（2+.16）*10=406（KN）

Fk=950（KN）>Kf*Fw=466.9（KN）整體抗浮驗算滿足要求

5 結束語

建筑工業化是未來發展的趨勢，通過預制裝配技術整合各項材料、構件和結構技術，加強對其分析和研究，在提高結構性能的同時，提升建筑行業工業化技術水平，在實踐中不斷積累設計經驗，從而有助于我國建筑行業的深入發展。

預制裝配式工法減少了鋼筋加工場、混凝土攪拌場、模板、材料等設施、設備的堆放場地，現場施工的作業面積較小，可減少部分前期拆遷、道路恢復等費用，其產生的社會效益和經濟效益是顯著的。

在未來的幾十年里，我國將把發展的焦點轉向城鄉建設中，新型裝配式結構體系目前還存在很多問題，我國與國際先進水平也仍具有差距，但從長遠來看，它是符合產業化的發展方向的，隨著我國經濟快速發展，環境壓力不斷增大，人力成本不斷提高，可持續發展深入人心，建筑工業進程在我國將不可逆轉，預制裝配式混凝土結構體系是建筑工業化的重要實現方式，將得到進一步的研發和推廣應用。

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