浅谈城市电力管廊土建结构设计

罗希

武汉供电设计院有限公司  湖北省武汉市  430000

摘要 在城市发展当中，具有着较多的电力管线，且将对城市的电力应用稳定性产生直接的影响。在新的城市发展需求下，需要电力管线能够从地上转为地下建设。其中，电力管廊即是实现此目标的重要举措。在本文中，将就城市电力管廊土建结构设计进行一定的研究。

关键词：电力管廊；土建结构；设计；

1 引言

在新的城市电网规划建设中，电力管廊是重要的基础设施，能够将电力线缆转入地下敷设，不仅能够对于供电的安全性、检修便利性提供保障，且能够实现对城市环境的有效净化，也是保证通道资源利用率、通道输送容量的关键措施。在电力管廊建设中，对于土建结构的设计是其中的重点工作，需要做好优化设计。

2 电力管廊规划

在电力管廊规划中，需要能够结合城市中心城区规划。其中，选择工作井位置、确定管廊线型与深度、变电站布点是其中的几项重点内容。在这几项工作中，对于隧道路网的规划工作将受到较多不确定因素的影响，也是管廊在设计当中的基础性内容。

2.1 平面线路规划

在管廊线路规划工作中，要结合城区电力输送方向、电网分布结构确定线路规划。尤其是中心城区隧道走向，将受到城市既有地下建筑、车展、地铁区间等结构的限制，需要能够在规划设计前同相关部门进行全面的协商与沟通，以此明确线路走向。隧道选线方面，可以选择沿着较长长度、顺直线性与较宽路幅的城市主干线铺设，以此起到降低工程造价的效果【1】。

2.2 线路曲线半径

从电力线路使用功能角度考虑，没有对线路曲线半径进行明确的规定。当存在地形受限以及线路大转角情况时，可以按照圆形、多边形转向工作井对电力隧道进行连接。在确定曲线半径时，同电缆敷设、施工技术相关要求具有着直接的联系。对于急曲线盾构管廊，需要在设计前比较多种施工方式，做好转弯灵活设备与施工方式的选择。一般来说，在设置转向工作井存在难度、地下管线较为密集的区域需要以急曲线方式进行施工。

2.3 工作井设置

工作井是管廊施工中的检修通道，在实际设置重要做好以下内容的考虑：一是受到电缆长度限制，要在电缆接头位置做好工作井设置；二是受到放线技术影响，对于相邻的两个工作井来说，要保证两者间距离在1000m以内。在220kV电缆接入排管处，同样要设置工作井，并在井内对排管孔进行设【2】。

3 管廊结构设计

在管廊土建结构设计中，要保证断面直径处于3.5至2.5m范围以内，如果供电需求有限，则可以选择应用较小的隧道截面。施工方法方面，可以在盾构法以外以顶管方式施工。一般来说，可以结合净空尺寸对管廊的适合施工方式进行确定：一是盾构法。该方式截面为圆形，其管廊尺寸内径在3500mm以上；二是顶管法。该方式截面为圆形，其管廊尺寸内径在1500-3500mm之间；三是明挖法。该方式截面为矩形，其横向跨度小于5000mm。在具体施工中，当以顶管方式施工隧道管径在3.5m以上时，会面临到较大的顶进阻力，且无法有效的控制前进方向。对此，当管廊直径在3.5m以上时，则可以选择盾构法进行施工。管廊形状方面，可以选择圆形、矩形两种形状。其中，矩形管廊具有着较高的净空利用率，截面形式相对合理，但受到相关因素的影响，也有很多管廊应用到圆形截面方式【3】。

在管廊内部，主要设别包括有电缆、照明设备、横担支架、通风设备与冷却管等，具体布置方式将会对整个管廊的结构传力模式产生影响。在工程的设计阶段，需要结合设施布置方案验算分析衬砌结构的稳定性与合理性，以此保障工程安全。以某城市管廊盾构段为例，该管廊在设计中为了能够对隧道净空进行充分的利用，在隧道中部位置设置了横梁，以此使隧道能够形成上下两个部分。在横梁中间，安装了上、下中柱，以此使隧道能够形成四个布置分区。支架横担方面，以分层的方式在中柱两侧位置安装，其余则在隧道管片连接位置的角钢上安装。该种内部结构设计方式与支架设计方式，能够对电力设施的现阶段与未来发展需求进行较好的满足。

管廊横梁方面，应用到预制构件，同时浇制管片与预埋件，当完成衬砌结构施工后，焊接管片预埋件与横梁，以此形成隧道横隔板。在管廊当中，预埋件与预制构件具有着便利的安装特点，整个结构的可靠性、安全性较强，能够在实际施工中有效缩短工期，具有较好的应用表现。在设置横隔板的情况下，能够有效的转变管片结构受力模式。在中柱位置，电缆荷载将处在横隔板上，之后由衬砌结构、横隔板共同对中立柱与支架荷载进行承受。根据相关研究可以了解到，横梁自身具有较大的刚度，在以该种方式设计时，能够有效减少结构的水平方向变形，圆环整体成为扁圆形，能够较好的改善总体受力情况。同时，应用到类似地铁取件管片为衬砌，能够有效的保障结构受力安全。同时，可以对环向配筋率与断面厚度进行减少，优化隧道结构尺寸，以此实现整体工程造价的降低【4】。

4 结构设计要点

4.1 顶管管节构造

顶管管节方面，要以插接式方式处理。在实际处理中，要在管节侧壁同插接头钢环间填充膨胀胶条，同时在管节的内外部分使用聚硫密封胶填充，以此起到较好的防水作用。在完成施工后，可以在管节内壁位置对接口钢环进行焊接，能够进一步提升止水效果。

4.2 顶管计算条件

在顶管计算当中，可以建立1m长度的管节模型。其边界条件：在120°方向对一般支撑进行设置，以此对顶管的方向移动起到较好的约束效果。在下部120°范围内，应用节点弹性支撑，对土层的支撑作用进行模拟，按照“m”法计算刚度。荷载方面，主要考虑的内容包括有侧土压力、地面堆载、竖向土压力、自重、梯度温度与整体升降温作用。在顶管顶进当中，要按照以下方式计算：一是使用泥水平衡顶管机进行顶管施工；二是管壁应用触变泥浆，起到较好的减阻作用，土体同顶管壁之间的摩阻力以平均7kN/m2计算；三是按照150m计算顶管顶进程度，如果长度在120m以上，则可以对中继间进行设置。

4.3 沉井计算条件

在沉降结构设计中，按照以下条件计算：一是在沉井施工中，按照井外排水下沉方式处理，在施工中暂不考虑浮力与水压力，对结构在土压力、土抗力、自重与顶管顶力几方面作用下的受力情况；二是在容重计算中，对于素混凝土，按照23kN/m2计算，混凝土容重根据25kN/m2计算，土容重按照19kN/m2计算，并按照30°计算内摩擦角。同时，在实际工作井施工中，可能存在同时受到多个方向顶力影响的情况，且多处顶管的存在，可能会在施工中同时顶进施工。为了能够对具体工程施工中结构的受力情况进行计算，可以通过有限元软件的应用，以板单元为基础建立沉降三维模型，以此对结构在土抗力、顶力、土侧压力与自重几方面作用下的受力情况进行分析。

5 结束语

可以说，电力管廊是现阶段城市敷设电力线路的重要设施，对于城市电力线路的集中管理、城市形象改造与电力能源的供应都具有着重要的作用。在实际电力管廊建设中，需要能够结合实际做好土建结构设计工作，保证电力管廊在结构层面能够满足应用需求。

参考文献

[1]张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报.2005,(4).

[2]祁金金.地下综合管廊施工技术[J].建筑工人,2022,43(8):41-44.

[3]T/CECS.给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程: CECS137-2002[S].2003.

[4]王梦恕等著. 中国隧道及地下工程修建技术 [M].人民交通出版社,2010.