電纜溝作業安全防護技術和裝置研究

楊曉華 汪從敏 王 亮 彭 亮 張 浩 張 俊 葉夏明

（1.寧波送變電建設有限工程甬城配電網建設分公司 2.國網寧波供電公司）

0 引言

目前，現有的管道走廊技術已得到普遍應用，在中國，電纜溝仍然是水、電、氣、通信等方面的主要應用領域。由于受城市地質條件的制約，燃氣、電力、供水管道之間不能形成單獨的溝渠，管道常常會彼此交錯。如果水管受到損傷，將會滲透到其他管線，造成嚴重的安全風險。當遇到火源時，很容易發生爆炸，在維修井蓋或其他接頭處向地面泄漏，對行人的安全構成很大的威脅。

1 電纜的概述以及目的和意義

電纜的操作維護工作量大，電纜檢查維護時必須將電纜罩打開，以便進入電纜井或溝槽。在封閉的、狹窄的空間內，如電纜溝、電纜通道等，存在著有毒、有害的氣體，對人體造成危害；電纜在維護時，有時會要求電纜抬高、挪動或暫時吊掛，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，在電纜隧道中作業的作業人員，一旦出現事故，應采取相應的防護措施，所以該工程已開發出一種能探測有毒氣體，送風，人工支撐，后備防護的設備。本工程設備的推廣使用，既能保障操作人員的人身安全，又能提高工作的工作效率。

隨著電纜線建設的迅速發展，電纜的維護和使用工作量越來越大，電纜的檢查和維護必須打開電纜蓋，以便在電纜井中或溝槽中進行檢查和維護。寧波電力公司的電力線纜中心維護和管理超過1000 多千米，電力線路的運行安全關系到整個城市的供電安全，因此，運維和管理工作面臨著巨大的挑戰。電纜溝、電纜通道等封閉的空間，可以確保電纜的正常使用，但在封閉的情況下，尤其是混合電纜走廊，更容易產生有毒有害氣體，所以在使用后，要對其進行快速的檢查，以確保其安全和可靠。近年來，在深基坑等封閉的有限空間內工作，發生多起中毒致死的事件。為避免在這種封閉的環境下進行工作，由于缺少及時的監測和通風，造成人員中毒、缺氧等事故，在進入電纜溝或電纜通道之前，不但要打開蓋板，而且要進行檢查。

目前的電纜溝蓋板比較厚，每一根都有800 公斤重，需要借助大型機器來搬運。但由于大型機器的協同工作成本高、工作地點多、工作效率低；而用人工來搬運，不僅困難，而且非常吃力，有安全隱患，有的還會導致蓋板的損傷，因此需要抓取、舉、移的吊裝機構。電纜在維護中，有時會要求電纜抬高、挪動或暫時吊掛，如果工人用手或肩去抓住或托住，既困難又危險。在特定深度下工作的操作人員，應采取備用保護措施，并應設置備用保護帶輪提升或電氣提升。為了確保電纜溝的安全運行，必須開發專門的蓋板升降設備、氣體探測設備、電纜升降懸掛機構以及操作人員緊急救援或備用防護設備。該工程的主要成果實現了頂板的升降、及時的探測、電纜的懸吊和人員的緊急保護等，所以只要裝置安裝方便、操作簡單，一定會得到電力電纜運行維護人員的青睞和認可。

工程實施后，可有效地提升線路維修工作的效率，縮短停電時間，防止電力損耗；對設備進行安全檢查和保護，確保操作人員的人身安全，防止安全事故。

目前國內還沒有找到與該工程有關的設備，只有類似的產品，比如福州電業局，開發了一種用于電纜蓋板的液壓起重設備，它的起重機構是以液壓千斤頂為起重機構，并配有起重框架來完成。寧夏維修公司曾在承重梁上，與起重絲桿相結合，再用四條提升繩索將索具的原有孔環鉤住，從而提升機蓋。另外，還有一項專利技術，就是將升降與移動結合起來，通過螺旋升降機，將軌道與滾輪連接起來，這種技術與前面兩種技術相比有很大的突破，可以進行升降和移位，但在功能上不能滿足本項目全部想解決技術需求。該項目既要解決吊裝、位移等問題，又要實現對有害氣體的快速探測，又可作為后備保護、承載支撐等功能。

2 工程的設計和實現的問題

該工程設計的主要目的是開發一種能快速裝配、快速送風、攀爬防護、后備防護、應急救援的新型電纜作業設備。

首先對常見電纜溝、電纜井的布局、尺寸、深度進行調查，確定結構、檢測、送風、承載、防護等具體技術指標，為后續工程的實施提供依據和技術指標。

其次，根據電纜溝和電纜井的形狀和尺寸，設計出能夠迅速裝配好的受力框架，考慮到儲存、運輸和搬運的方便。

最后，利用專用的快速夾具，將鋁合金圓管和方管迅速組裝起來，形成承載和安裝其他功能構件的框架。如圖1 所示。

根據安全結構，在顯而易見的地方設置有毒氣體探測主機，便于操作觀察，探測探針必須在操作人員進入之前進入有限空間、密閉空間進行探測，所以探測探針固定在直立爬梯的下端。毒氣探測系統是一種新型的氣體探測設備，它能對各種有毒氣體和有害氣體進行探測，并能對各種氣體進行實時報警。

考慮到進出溝、井內的便利與安全，本工程設計了一種硬式爬梯，該設備以環氧樹脂絕緣圓管為主柱，并考慮到重量輕而特制的鋁合金腳釘，為了便于運輸，將絕緣主柱與內置圓管對接，內置圓管對接能保證連接可靠，還能保證管內暢通便于送風。由于垂直爬梯懸吊在圓形管道上，容易搖擺，所以采用橫向排列的鋁合金方鋼管吊起。

為確保作業空間的安全性，根據有限空間、密閉空間作業的要求，設置送風設備，本工程設備選擇與電動送風器相匹配，但由于現場多一根送風管道會對現場作業造成不便，同時也會造成運輸不便，經項目負責人提出，與爬梯的主柱、絕緣圓管進行集成。

在井下作業時，應采取緊急救援措施，在受力框架上設置電力絞車，以便對電纜溝和電纜井中的工作人員進行緊急應變。這種電動絞車還可以在維修電纜時，幫助吊索懸掛，電纜蓋板打開等。為了保證作業空間的安全，根據有限空間、密閉空間作業的要求需要配置送風裝置，項目裝置選配電動送風器，考慮現場多一根送風管會影響現場作業，且儲運也麻煩，經項目負責人要求和爬梯的主柱絕緣圓管一體化設計，因此結合爬梯主柱管進行融合設計。如圖2 所示。

圖2 融合設計圖

3 關鍵的技術分析

通過該工程的研究，可以有效地提高電纜溝施工的安全保護能力，防止事故的發生。主要的創新與技術包括：

項目總體目標及成果，可對進入電纜溝的工作人員在進入密閉空間之前，進行有害氣體的探測，設置送風裝置以預防中毒；為下井作業人員設置安全的梯子，配備速度差自動控制裝置，以避免攀爬和跌落；為便于電纜溝（井）中的工作人員提供了一個小型的工作平臺。

本項目裝置采用電動送風管道與懸空爬梯結合的結構，既能確保人員在進入之前能及時送風，也能防止送風管道對工作造成影響。

本裝置采用快速裝配的方法，利用快速的卡合機將管子迅速的裝配在一起，形成一個受力的框架，便于設備的運輸和搬運，同時也便于現場的迅速裝配。

4 項目的理論和實踐依據分析

4.1 項目研究的基本原則概述

該工程的理論基礎是目前有關建筑、安全工器具的設計、制作及《電力安全工作規程》等相關規定。

4.2 項目研究的理論基礎或實際基礎

該課題的研究內容包括從工程中的吊頂、氣體檢測、后備防護等方面進行詳細的分析，并按照現行有關設備的設計、生產標準制定整體方案，并對現有的電纜蓋板進行優化，以提高其安全性、可靠性和施工的便利性。本課題的研究內容是針對電纜維護人員的實踐經驗和需要，改變以往手工開啟、挪動電纜蓋板的費時、不安全的作業方式。

4.3 本課題的重點與難點

電纜溝施工的安全防護框架，可在電纜罩附近迅速裝配，既可完成800kg 的大型箱體的抓取、移位，又具有檢測有害氣體、懸掛電纜、設置人員后備保護的作用，關鍵在于，保護結構必須按照標準構件的要求，快速裝配，并可根據電纜罩的不同而靈活調節，這是工程的重點和難點。設備所要抓住的電纜蓋板規格不一，電纜蓋板吊裝抓具的安裝孔或扣環不一致，使夾具機構的設計變得困難，這是本課題的重點。在構架上應設置操作人員的后備保護機制，以便工作人員在電纜溝槽或隧道中出現事故時迅速進行救援，減少事故的損失。備用裝置不會對員工的工作造成影響，緊急情況下可以迅速提高，是該工程的核心技術。

對有毒有害氣體進行探測時，必須在電纜溝深處進行探測，并能迅速發出測試結果，并根據現場工作的特點進行重新設計。

5 項目研究的主要目標內容及計劃和結果

5.1 工程研究的內容

開發適用于電纜溝施工現場的快速裝配作業安全保護框架，能夠適應各種規格的電纜罩板；開發適用于電纜溝工作的有毒有害氣體的快速探測技術，并對其進行實時、快速的信息傳輸和預警；開發適用于纜索罩的升降、移動、鎖定的機械裝置；為電纜連接的維護和操作人員的備用保護機構的設計。在對電纜罩進行設計和生產的基礎上，對其進行優化。

5.2 執行計劃

該工程的目的是開發一種能迅速裝配、進行起吊、移位、檢測和防護的新型電纜作業設備。首先，在調查了解常見電纜罩的有關尺寸及載荷需求的基礎上，確定具體的抓取、移位、檢測、送風、承載、防護等技術指標，從而為后續的設計工作提供參考。其次設計抓取、移位機構，根據方便、輕量化的需要，選用液壓或螺旋提升機構，完成提升、移位機構的設計方案后，再考慮適合于電纜溝寬度、長度調整的負荷構型，最后進行快速裝配和調整機構的設計。框架的結構是標準的，通過快速的連接或固定裝置進行裝配。另外根據安全框架的要求，設計了可伸縮的操作者，用于抓取有毒有害氣體的探測設備，以達到快速分層的目的。在該安全框架內設有輔助懸掛裝置及備用保護裝置，以便于對電纜連接等進行檢查或維護，并可為緊急情況下的緊急情況提供機械支援。

5.3 預期的目標和結果

實施電纜溝作業的安全支架，可在電纜維修作業場所迅速裝配；在電纜蓋打開后，能夠對電纜溝進行快速的氣體探測；實現各類電纜罩的快速抓取功能，避免手動操作的危險；完成電纜吊起、移位和操作人員的后備保護。

5.4 技術要點小結

該設備具備檢測有毒氣體、輔助下電纜溝（井）防護、應急救援、輔助作業等作用。本裝置整體框架結構為鋁合金圓管、方管，采用快速夾具組裝成受力框架，以達到相應功能。配置的有毒有害氣體檢測設備，能夠對密閉空間、有限空間、電纜溝、電纜井等環境中的有害氣體進行檢測，并能迅速發出警報。本設計的絕緣主柱爬梯為絕緣材料，并達到了靜力測試的要求，其整體和梯級靜載荷為2200N，并與內置套管對接，對接處采用腳釘定位，配置的腳釘全部采用鋁合金加工而成。送風設備為電動送風設備，送風設備設置在受力框架的下端水平橫梁上，送風管道與爬梯的主柱絕緣管集成在一起。使用功率120W 的電扇，與直徑為45mm 的圓形管道相結合，確保了工作環境的安全。工作平臺采用腳釘固定，便于調整安裝高度，方便操作人員操作。后備和緊急救援設備，配備速差自動控制和電動絞盤，可對出入電纜溝的人員進行防護，并能在緊急情況下迅速進行搶救。速度差自動控制裝置的額定工作負荷是100kg，而電動絞車負荷是200kg。

6 結束語

該工程設備的技術能夠保證電纜溝、電纜井內作業人員的人身安全，符合密閉空間和有限空間作業的安全防護要求，值得進一步推廣，希望能在實踐中進一步完善其功能，同時考慮到大規模推廣的需要，進行產業化研究。因此，在對線纜維護的過程中，要加大對線纜控制系統的監控力度，保障整個系統正常運行，促使電力線纜維護技術的不斷發展。