电力隧道管片选型及预制技术.pdf

2 0 1 1 年 第 6期 6月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 O1 l N0 6 J u n e 电力隧道管片选型及预制技术 秦 中华 ( 广州市市政工程水泥制品有限公司 ， 5 1 0 1 6 0 ) 摘要 ： 现代城 市的发展对 电力的需求不断加 大， 电力增 容扩容建设越 来越 多， 而在人 口密集的城 市住 宅区、 商 业区架设 高空高压电缆 变得越 来越 不可能， 采用地下电缆隧道供应 电力成 为了电力建设的唯一选择 。 盾构法 电力隧 道施 工在 国 内尚处于试验 阶段 ， 设计施工仍在探 索， 未形成成熟的施工工艺。本文通过 对盾构 电力隧道 管片的设计 施 工 工 艺探 讨 ， 提 供 一 种 新 的 设 计 施 工 思路 。 关键词 ： 电力隧道 ； 盾构 法； 管片 ； 施工工 艺 Ab s t r a c t ： T h e d e v e l o p me n t o f mo d e m c i t i e s i n c r e a s i n g d e ma n d f o r e l e c t ri c i t y ，p o we r c a p a c i t y b u i l d i n g e x p a n s i o n ， mo r e a n d mo r e d e n s e l y p o p u l a t e d c i t i e s i n t h e u p t o w n s a n d c o mme r c i a l z o n e s ， i t i s b e c o mi n g i n c r e a s i n g l y i mp o s s i b l e t o s e t u p h i g h a l t i t u d e a n d h i g h v o l t a g e c a b l e i n t h e s e z o n e s T h e s u p p l y o f e l e c t r i c i t y b y u n d e r g r o u n d c a b l e t u n n e l b e c o me s t h e o n l y o p t i o n f o r p o w e r c o n s t r u c t i o n S h i e l d t u n n e l i n g c o n s t r u c t i o n i n t h e d o me s t i c p o we r i s s t i l l i n t h e e x p e ri me n t a l s t a g e ， a n d i t i s s t i l l e x p l o rin g t h e d e s i g n a n d c o n s t ru c t i o n ， a n d t h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s d o e s n o t for m a ma t u r e t e c h n o l o g y B a s e d o n t h e d i s c u s s i o n o f t h e d e s i g n a n d c o n s t ru c t i o n p r o c e s s o f s h i e l d p o w e r t u n n e l s e g me n t s ，a n e w i d e a for d e s i g n a n d c o n s t ru c t i o n i s p r o p o s e d Ke y wo r d s ： P o we r c a b l e t u n n e l ； S h i e l d t u n n e l i n g me t h o d ； S e g me n t ； C o n s t r u c t i o n p r o c e s s 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 6 3 0 0 3 0前言 现代化城市高负荷密度的城 区， 土地资源极为 匮乏 ，输变 电网中的架空线路走廊受到土地资源 、 市政规划 、 城市景观 以及环境保护等方面愈来愈严 格 的限制 ，致使城市 电网建设面临诸 多 困难与挑 战。采用地下电缆隧道构建城 区电网 ， 既可以节省 土地和环境资源， 解决城区电网建设 的线路规划和 施工 的困难 ， 又可美化城市环境景观 ， 与城市建设 协 调发 展 。 国内外电力隧道建设的实践表明 ， 可把 1 1 0 k V、 2 2 0 k V高压 ， 乃至 5 0 0 k V超高压输电线路通过地下 电力隧道直接引入 中心城区 ， 解决向繁华城区大功 率 电力输送的难题 ，使 电网与城市建设得 以和谐 、 协调发展 。从城市建设发展来看 ， 输变 电线路实施 地下化已是势在必行 ， 它也是城市地下空问开发利 用 ， 促进城市持续发展 的一种极好形式。 对于输送大功率的电力隧道 ， 目前 国外大多采 用盾构 隧道形式 ， 国内如上海 、 广州等一些大城市 也在探索采用盾构隧道作为城 区的大功率 电力输 送隧道 。 采用盾构隧道作为电力输送隧道具有诸 多优 点。首先 ， 盾构隧道已长期在城市轨道交通系统中 作为地铁隧道成功应用 ，盾构隧道 的设计方法 、 施 一 3 0一 工工艺都非常成熟 ， 采用盾构隧道作为大型的电力 输送隧道不存在技 术风险 ； 其次 ， 国内已有一批技 术力量雄厚的盾构 隧道施工企业 ， 它们拥有成套的 先进施工设备并具有丰富的施工经验 ， 可 以高质量 完成盾构隧道的施工 ； 第三 ， 盾构隧道采用非开挖 方法施工 ，可最大限度地减小隧道施工过程对交 通 、 环境 、 安全等方面的不利影响 ， 实现绿色施工过 程 。 但是 ， 与地铁盾构 隧道相 比 ， 用于 电力输送 的 盾构隧道具有特殊 的使用功能要求 ， 其设计 、 施工 ， 特别是管片的预制都要适应 电力盾构隧道 的特殊 性 。电力 盾构 隧道 的 内部布 置 比较 复 杂 ， 需 要 安装 电缆支架 、 消 防设施 、 通风 、 排水和照明设备 、 分 隔 ( 楼 ) 板等 。因此 ， 盾构管片构造 比较复杂 ， 需在管片 上预埋许多预制钢构件 、 设置空洞等 ， 特别是在隧 道管片内壁上安装 电缆支架和分 隔( 楼 ) 板 ， 将承受 较大的电缆和分隔 ( 楼) 板荷载。由于拼装的管片刚 度小 ， 在这些荷 载作用下容易产生变形 ， 可能导致 拼装接 口开裂和漏水 ； 其次 ， 预埋构件及 开孑 L 处也 容易引起应力集中而产生裂纹而渗水 ， 影响管片使 用 的耐久性 词。在特殊情况下 ， 电力隧道需要采用 比地铁隧道小得多的转弯半径 以满足线路规划要 求 ， 由此需要设计与此适应的特殊管片。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 秦中华 电力隧道管片选型及预制技术 1 电力隧 道构 造模 型 与传统 的盾 构隧道相 比，电力 电缆盾构 隧道 内 ， 由于需要把 电缆线悬挂起 来 ， 管片上必须 安装 有支架系统 。在 电缆 隧道 中， 电缆的重量直接影响 其 内部支架的选型。如何保证电缆和钢筋混凝土板 的重量能够安全的传递给下部 ， 经方案 比选和理论 分析研究 ， 采用 了空 间自平衡体系结构 ， 见图 1 。 1 0 5 1 0 Q 7 7 、 图 1 电 力 隧 道 构 造 不 意 图 1 一 盾构 衬砌( 管片) ； 2 -底部平 台 ； 3 -预埋连接件 ； 4 一 l A弧形梁 ； 4 2 一 B弧形梁 ； 5 - 竖直柱 ； 6 -支托架 ； 7 一中隔板 ； 8 - 电缆 ； 9 一排水沟 ； 1 0 一管 片外侧 面； 1 1 -管 片内侧 面 在钢环 自平衡体 系中， 电缆的重量通过支架直 接传给钢柱和钢环 ， 板 的重量则通过钢梁传给钢柱 和钢环 。于是 ， 电缆的重力可 以不必通过钢环传到 管片上 ， 而是将钢环上的大部分电缆 自重转化成钢 环内部 的轴 力 ( 钢环相 当于一个 圆拱 结构 ， 大部分 电缆 自重转化成了拱轴力) ， 改善 了钢环受力状况。 整个体 系所 受荷载均通过钢环 和钢柱传于下部混 凝土 中。在这种钢环 自平衡体系 中， 钢环和衬砌管 片仅有一个接触作用 ， 并没有传力 到管片上。衬砌 管 片和钢环 的接触使得 管片对钢环纵向有一个扶 持作用 ， 可 以防止钢环平面外失稳 。采用有限元计 算软件对 隧道内部结构 的进行了结构的力学计算 和屈曲分析 ， 验证 了选定的力学模式的合理性。 2管片形状设计 由于 电力 隧道本身功能的特殊要求 ， 需要在管 片 内安装 电缆支架 ，这就要求管片预埋支架接 口。 目前国内的电力隧道均处于试验阶段 ， 分为顶管隧 道和盾构隧道两种 ， 多采用直接在顶管或管片中预 埋钢板等钢结构构件 ， 施工时直接和电缆钢支架焊 接在一起 ，在狭小 的地下空 间进行大量 的焊接作 业 ， 既不环保 ， 又不便操作 ， 比较危险。 混凝土结构在设计上加大了钢筋配筋量 ， 并且 由于安放钢制预埋件 的原 因导致混凝土结构 均匀 性 、 稳定性 下降 ， 同时预埋件裸露 于表 面大大减弱 了混凝土结构 的耐久性 。在混凝土构件预制过程 中 钢制预埋件的安装定位均 比较繁琐 ，生产周期较 长 ， 不便于批量生产。 基于以上原因 ，在电力隧道盾构管片设计 时， 必须 解决以上问题 ， 实现大规模批量生产 ， 并能方 便快速地安装 电缆支架 。 首先 ， 必须解 决 电缆钢支架的形状 ， 借 鉴盾 构 管片的设计思路 ， 电缆钢支架设计成环形 ， 分成 四 块组合安装 ， 成环后再安装支架 ， 全部采用钢螺栓 连 接 ， 安装 方便 快速 。 其次 ， 需要解 决好 钢环和管片的连接 ， 既要 安 全稳定可靠 ， 又要方便操作。 这是最关键的环节 。 最 初考虑预埋钢板直接焊接 ， 但 由于在狭小 昏暗的地 下空 间焊接操作 困难 ， 施工不便 ， 以及裸露 的钢板 对管 片的耐久性和整体 隧道 的防迷流产生较大 的 不 利影 响 ， 放 弃 这一方 案 。 第二方案采用在管片 中央预 留手孔安装位 ， 手 孔 中预埋竖直 开孔钢板 ， 施工时和钢环上的连接块 用螺栓连接。此方案看似合理可行 ， 但实际施工 时 却行不通 。首先 ， 管片 中央预 留手孑 L 安装位会大大 削弱管片 的结构性能 ，隧道的安全可靠性大打折 扣 ； 其次 ， 盾构 隧道掘进 时由于调坡 和转 向的原 因 安装的管片位置并不固定 ， 预 留的手孔安装位位置 也不尽相同 ，不能保证钢环电缆支架的相对水平 ， 无 法架设电缆 ； 再次 ， 预埋钢板裸露 ， 对隧道防迷流 非常不利 ， 并且容易生锈影响管片结构耐久性 。方 案不可行。 综合 以上两个方案 ， 发现管片中预埋钢板等钢 构件对隧道防迷流和耐久性产生极大不利影响。经 过大量的调研和反复论证 ， 最终决定采用类似铁路 路轨的固定方式 ， 在管片 中预埋非金属的道钉螺旋 套 ， 用螺栓 固定钢环 ， 即能保证钢环的稳定和电缆 支架 的相对水平 ， 施工又简便快速 ， 同时 由于道钉 套体积比较小对管片的结构性能影 响不大 ， 并且对 隧道 的耐久 性 和防迷 流 没有影 响。 电力隧道内电缆钢支架设计成环形 ， 分成 四块 组合安装 ， 成环后再安装支架 ， 全部采用钢螺栓连 接 钢环和盾构衬砌管片 的连接采用类似铁路路轨 的固定方式 ，在管片中预埋非金属 的道钉螺旋套 ， 用螺栓固定钢环 ， 通过设置管片卡槽解决 了衬砌管 片与内钢支架连接需预 留螺栓孔定位困难 的难点 ， 提高 了施工效率和施工质量 。由于是通过螺栓连 接 ， 避免了在地 下隧道焊接作 业 ， 大大地改善 了施 工环境和保证 了施工安全。 3 管片预制技术 管 片定型后如何生产 出符 合电力隧道要求 的 一 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 6期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 2期 管片是我们碰到的另一个问题 。在管片设计时 ， 必 须考虑道钉套 的位置及 固定方式 。必须避开管片中 央吊装孑 L ， 又得位置相对固定。经过综合考虑道钉 套位置选在平行于吊装孑 L 的管片侧向手孔位之间。 由于管片生产是在 高精 度的弧形 钢模上进行 的【 3 ， 道钉套 的位置 固定及管 片拆模成为 了电力管 片不同于普通地铁管片的最关键 的地方。为此我们 采取了很多方法 ， 先是在钢模弧形底板上道钉套 的 位置开孑 L， 用钢螺栓 固定道钉套 ， 经过几环 的试验 我们发现拆模非常不便 ，需要手工拆 除每个螺栓 ， 费时费力 ， 不能批量化生产 。 结合 非金属螺栓成本低 、抗折 强度不高的特 性 ，经过多次试验最后决定使用聚酰胺塑料螺栓 ， 中间设计成空心六角形状 ，管片拆模 时直接起 吊， 达到一定拉力时螺栓折断 ， 管片顺利脱模。折断后 的螺栓分成两截 ， 管片上 的部分不需拆 除 ， 可 同时 起到临时封盖道钉螺旋套的作用 ； 钢模板上的部分 需用专用扳手拆除 ，换上新 的螺栓进入下一循环 。 经过这一改造 ， 管片的生 产效率大为提 高 ， 完全达 到了批量生产的要求。 4结 语 本工艺 中盾构隧道 电力管片、钢支架 的安装 ， 全程都是通过螺栓与预埋件进行连接施工 ， 避免 了 在地下隧道 使用焊接 的施工方式 ，保证 了施工安 全 ， 大大改善了施工操作环境。施工快捷环保 ， 安装 方便 ， 空间利用率高 ， 预留了电力增容空间， 符合城 市发展对电力输送 的需求 ， 节能环保 ， 效益显著 ， 应 用前 景广 阔。 通 过 这 一 方 法 生 产 的 电力 隧 道 管 片 已成 功 应 用于亚运配套工程一广州市 2 2 0 k v 奥林变电站电力 隧道工程 ， 施工安全环保快捷 。 参考文献 ： 1 G B 5 0 0 l 0 2 0 0 2 混凝 土结构设计规范 2 G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1 建筑 结构荷载规范 ( 2 0 0 6版) 3 G B 5 0 4 6 6 2 0 0 8 盾构 法隧道施工与验收规范 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 5 1 2 作者 简介 ： 秦中华( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地址 ： 广 州市荔湾 区西湾路 1 5 8号 联 系 电话 ： 1 3 8 2 21 1 8 7 8 4 E ma i l ： s e a s u r f 1 1 6 3 c o m 四川省自贡市佳世特密封制品有限公司 本公 司是 国内最 大 、 最专业生产 管道橡胶 密封 圈 的厂家之一 ， 产 品销往 全国各地并随管道 出 口东亚 、 东 南 亚 、 中亚 、 中东 、 欧洲 、 美 国等地 ， 年生产能力可达 3 0 0 0吨。 本公司拥有 目前国内最大型 ， 最专业 的生产设备 ， 技术力量雄厚 ， 检测手段齐备 ， 通过 了 I S 0 9 0 0 1 ： 2 0 0 0国 际质量管理体 系认证 ( 含设计 ) 。本公 司生产 的优质 、 高弹管道用密封圈 ， 经国家权威机构检测 ， 其寿命可达 7 9 年 ， 开创 了国内同类产 品寿命测试 的先河 ， 处于 国内管道用橡胶密封圈产品的领先地位 。 主要产 品 ： P C C P钢筒管用密封圈 自应力与预应力输水管用密封圈 钢承 口企 口管用密封 圈 F型顶管用密封圈 滚射机胶轮 玻璃钢管用密封圈 球墨铸铁管用密封圈 塑料管用密封圈 截面形状 ： 0形 、 楔形 、 T形 、 A形 、 K形 郑重承诺 ： 管道密封 圈 同枉昀价格 、 质量更好 ； 同柱硇生产周期、 供货更快 ； 同枉晌产品 ， 服务更专业。 销售热线 ： 0 8 1 3 5 8 0 4 6 6 3 5 8 0 1 9 5 0 5 8 0 3 1 4 9 1 3 9 8 0 2 2 3 7 1 6 1 3 0 3 8 1 0 9 6 8 5 成都 公司电话 ： 1 3 8 8 1 7 0 9 5 2 1 传 真 ： 0 8 1 3 - 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