長(zhǎng)沙萬家麗路電力隧道工程設(shè)計(jì)

王志峰， 汪 宏

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088 )

0 引 言

隨著社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類社會(huì)城市化已成為一種趨勢(shì)，而城市化的不斷發(fā)展必然對(duì)城市所賴以存在和正常運(yùn)作的各項(xiàng)公共基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高要求。對(duì)于公共基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分——城市電網(wǎng)而言，目前所面臨的主要問題是如何妥善解決電力負(fù)荷高速增長(zhǎng)而電源點(diǎn)、電力通道資源日趨緊張與人們綠色環(huán)保的生存空間和城市環(huán)境要求之間的矛盾，而在城市單位內(nèi)用電纜形式輸送電能無疑是一種有效的解決方法。同時(shí)，與電能輸送電纜化相伴而生的城市電力隧道已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)城市型電網(wǎng)，特別是特大型國(guó)際化城市電網(wǎng)的特色和發(fā)展方向[1]。

1 工程概況

本次設(shè)計(jì)的萬家麗路北延線電力隧道位于長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙縣境內(nèi)，南起特立西路，順接南段在建的220 kV電力隧道，北至規(guī)劃信息大道北，全長(zhǎng)約7.6 km，分盾構(gòu)和明挖段。其中特立路-撈刀河北、緯三路-繞城高速北為盾構(gòu)段，電力隧道為圓形斷面，內(nèi)徑3.6 m，外徑4.1 m，長(zhǎng)約5.1 km；撈刀河北-緯三路、繞城高速北-規(guī)劃信息大道北為明挖段，電力隧道為矩形斷面，內(nèi)部斷面尺寸為寬2.8 m×高3.5 m，外部尺寸為寬3.4 m×高4.1 m，長(zhǎng)約2.5 km。

本次設(shè)計(jì)的萬家麗路北延線電力隧道是馬欄山變電站的進(jìn)線通道，馬欄山變電站的建設(shè)是解決當(dāng)前長(zhǎng)沙河?xùn)|城區(qū)220 kV供電能力嚴(yán)重不足，服務(wù)長(zhǎng)沙市地鐵3號(hào)線、5號(hào)線以及長(zhǎng)株潭城際鐵路等省市重點(diǎn)工程用電的關(guān)鍵項(xiàng)目。同時(shí)本項(xiàng)目為湖南省第二條電力隧道項(xiàng)目，為長(zhǎng)沙市2019年重點(diǎn)工程項(xiàng)目。

本項(xiàng)目電力隧道的建設(shè)，將實(shí)現(xiàn)電力管線集約化管理，美化市政環(huán)境，提升城市形象，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沙縣可持續(xù)發(fā)展的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

2 電力隧道總體方案

2.1 電力隧道橫斷面設(shè)計(jì)

(1)納入電力隧道的管線。經(jīng)與當(dāng)?shù)貒?guó)網(wǎng)供電公司對(duì)接，明確本次設(shè)計(jì)電力隧道入廊電纜最大規(guī)模為6回220 kV和4回110 kV。

(2) 電力隧道斷面布置。電力隧道自身的斷面設(shè)計(jì)應(yīng)把電力電纜的敷設(shè)和檢修空間作為必須滿足的基本要素，在此基礎(chǔ)上考慮人員通過以及事故疏散的通行空間。兩種空間不能簡(jiǎn)單地疊加，而是根據(jù)工程的實(shí)際發(fā)生情況及頻率做交集運(yùn)算，以力求成本的最小化。電纜在隧道內(nèi)的水平運(yùn)輸空間和垂直運(yùn)輸空間也是要必須考慮的。同時(shí)，現(xiàn)代化的地下電力隧道是由多種附屬設(shè)置和監(jiān)控系統(tǒng)組成的，因此這些系統(tǒng)的安裝空間也是必須考慮的，例如吊裝口、監(jiān)控線纜橋架等設(shè)置的空間等。

本次電力隧道為220 kV和110 kV電力纜線入廊。220 kV高壓電力纜線入廊具有其特殊性：①為保障電力電纜安全使用，避免艙體發(fā)生故障時(shí)受影響，重要輸電線路不同回路電纜需分兩側(cè)敷設(shè)；②220 kV等高壓電纜接頭較大，隧道內(nèi)應(yīng)考慮電纜接頭室要求； ③220 kV電纜線路運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大的熱脹冷縮，應(yīng)采取蛇形敷設(shè)電纜線路；④220 kV電纜艙室宜采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)的方式嚴(yán)格控制艙內(nèi)溫度。

本項(xiàng)目電力隧道分盾構(gòu)和明挖兩種段落，綜合考慮各種因素，確定本次設(shè)計(jì)電力隧道分兩種橫斷面：①盾構(gòu)段，圓形斷面，內(nèi)徑3.6 m，外徑4.1 m(圖1)；②明挖段，矩形斷面，外徑3.4 m×4.1 m(圖2)。

圖1 盾構(gòu)段電力隧道橫斷面示意圖

圖2 明挖段電力隧道橫斷面布置圖

2.2 電力隧道三維控制線設(shè)計(jì)

考慮道路東側(cè)為在建地鐵5號(hào)線隧道，本次設(shè)計(jì)電力隧道設(shè)置于道路西側(cè)人行道下(圖3)。

圖3 電力隧道三維控制線圖

2.3 電力隧道平面設(shè)計(jì)

本工程電力隧道分盾構(gòu)和明挖段。盾構(gòu)段長(zhǎng)約5.1 km，設(shè)盾構(gòu)始發(fā)井2座，盾構(gòu)接收井2座，電纜出線井4座。明挖段參照綜合管廊規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)通風(fēng)投料井5座，出線井2座，端線井1座。

盾構(gòu)隧道常規(guī)轉(zhuǎn)彎半徑取300 m，連續(xù)轉(zhuǎn)彎段半徑取150 m。

2.4 電力隧道豎向設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)隧道需考慮對(duì)地鐵5號(hào)線站體及隧道區(qū)間、相交河道河床、沿線建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)以及過路管涵管線等的避讓。同時(shí)隧道埋深需考慮綠化種植需求、隧道功能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求以及結(jié)構(gòu)抗浮要求等。其中，盾構(gòu)隧道距控制物間距均按大于1倍盾構(gòu)外徑控制。盾構(gòu)隧道覆土13～25 m，明挖隧道覆土2～3 m。

2.5 盾構(gòu)始發(fā)方案

盾構(gòu)電力隧道共分2段，采用3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)同時(shí)施工。新建盾構(gòu)始發(fā)井2座，分別放置于星沙互通和繞城高速北；利用南段在建電力隧道始發(fā)井1座；新建盾構(gòu)接收井2座，分別位于撈刀河北和萬家麗路與緯三路交口(圖4)。

圖4 盾構(gòu)始發(fā)方案示意圖

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地鐵管線遷改的基本方法主要包括改遷、原位保護(hù)、加固以及臨時(shí)廢除等。

(1)電力隧道設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)為1.1。

(2)長(zhǎng)沙地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6度，隧道的抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，按7度采取抗震措施。豎井主體結(jié)構(gòu)按三級(jí)采取抗震措施，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)按三級(jí)采取抗震措施。

(3)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，即構(gòu)件允許出現(xiàn)裂縫。最大裂縫寬度允許值應(yīng)符合如下規(guī)定：頂板、底板、頂板梁、底板梁、側(cè)墻迎土面0.2 mm，其他部位0.3 mm。

(4)豎井的防水等級(jí)為二級(jí)，即不允許有滴漏，結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬。

(5)結(jié)構(gòu)應(yīng)按最不利荷載情況進(jìn)行抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算。在不考慮側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.05。當(dāng)計(jì)及側(cè)壁摩阻力時(shí)，其抗浮安全系數(shù)不得小于1.15。

(6)盾構(gòu)法施工的圓形區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算：計(jì)算直徑變形≤2‰D(D為隧道外徑)。

(7)隧道結(jié)構(gòu)采用防水混凝土，防水混凝土抗?jié)B等級(jí)不小于P10。

(8)隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別，按設(shè)計(jì)使用年限為100年的要求進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。

(9)隧道結(jié)構(gòu)防水標(biāo)準(zhǔn)：防水等級(jí)二級(jí)。

4 附屬工程設(shè)計(jì)

4.1 消防設(shè)計(jì)

根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50838-2015)，當(dāng)含有2類及以上管線時(shí)，艙室火災(zāi)危險(xiǎn)性類別應(yīng)按火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的管線確定。本次設(shè)計(jì)電力隧道內(nèi)設(shè)有220 kV電力電纜及110 kV電力電纜，火災(zāi)危險(xiǎn)性為丙類。

根據(jù)《電力設(shè)備典型消防規(guī)程》(DL 5027-2015)中第10.5.14條的規(guī)定，長(zhǎng)距離電纜隧道隔火墻間隔應(yīng)不大于500 m。電力隧道盾構(gòu)段內(nèi)防火分區(qū)長(zhǎng)度按≤500 m劃分，明挖段內(nèi)防火分區(qū)長(zhǎng)度按≤200 m劃分，相連防火分區(qū)以防火墻、甲級(jí)防火門作為防火依據(jù)。

為與南段在建隧道消防系統(tǒng)保持一致，本工程擬采用七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)作為電力隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的滅火措施。

4.2 給排水設(shè)計(jì)

盾構(gòu)工作井、電纜出線井、明挖段通風(fēng)井等處設(shè)置沖洗水龍頭及水龍帶接口，以便清洗隧道地面。水源引接市政自來水管，引接管管徑為DN80。

排水設(shè)計(jì)范圍為電力隧道內(nèi)排水系統(tǒng)，該排水系統(tǒng)能夠有效排除隧道內(nèi)沖洗水、隧道結(jié)構(gòu)縫處滲漏水以及隧道開口處漏水。

電力隧道內(nèi)設(shè)置排水溝和集水坑。在電力隧道盾構(gòu)始發(fā)井、接收井、出線井以及明挖段通風(fēng)井、端部井、配電間和防火分區(qū)最低點(diǎn)等低洼點(diǎn)均設(shè)計(jì)了1個(gè)凈尺寸為 1.5 m×1.5 m×1.5 m的集水坑，每個(gè)集水坑內(nèi)安裝2臺(tái)排水泵，一用一備，排水泵采用軟管連接移動(dòng)式安裝。集水坑內(nèi)設(shè)液位浮球開關(guān)，高水位自動(dòng)啟泵，低水位停泵。隧道內(nèi)積水通過排水溝匯集到集水坑后通過排水泵就近排到隧道外雨水檢查井。

4.3 通風(fēng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電力隧道包含2段盾構(gòu)段、2段明挖段。盾構(gòu)段工作井及出線井兼具通風(fēng)功能，明挖段設(shè)置通風(fēng)井，均采用進(jìn)排風(fēng)井交替方式。

(1)平時(shí)通風(fēng)。電力隧道的最小通風(fēng)量應(yīng)保證換氣次數(shù)不小于2次/h。各電動(dòng)風(fēng)閥應(yīng)處于常開狀態(tài)，當(dāng)溫度>38℃時(shí)開啟通風(fēng)系統(tǒng)，溫度≤35℃時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī)。

(2)巡檢通風(fēng)。巡檢時(shí),應(yīng)提前0.5 h開啟所需巡檢區(qū)段的通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度低于1 000 ppm時(shí)，工作人員方可進(jìn)入電力隧道內(nèi)。

(3)事故通風(fēng)。當(dāng)一防火單元安全火災(zāi)時(shí)，著火單元及與其相鄰防火單元的所有風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥關(guān)閉，為窒息滅火提供條件；當(dāng)收到火災(zāi)熄滅信號(hào)后，相應(yīng)單元內(nèi)的通風(fēng)電動(dòng)風(fēng)閥、風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，排除余熱、煙氣。為排除隧道內(nèi)煙氣進(jìn)行的通風(fēng)，宜按最小換氣次數(shù)6次/h進(jìn)行。當(dāng)采用其他輔助降溫設(shè)施時(shí)，設(shè)備容量的選取應(yīng)考慮及時(shí)排除電纜發(fā)熱量，同時(shí)滿足人員檢修時(shí)新風(fēng)量和事故通風(fēng)量的要求,取四者最大值。

4.4 供配電設(shè)計(jì)

電力隧道用電負(fù)荷主要分為普通照明、應(yīng)急照明、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、排水泵、電控井蓋、環(huán)境監(jiān)控與檢測(cè)設(shè)備、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備及檢修插座等。其中應(yīng)急照明、環(huán)境監(jiān)控與檢測(cè)設(shè)備及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備為二級(jí)負(fù)荷，普通照明、通風(fēng)風(fēng)機(jī)、排水泵、電控井蓋及檢修插座等為三級(jí)負(fù)荷，采用2路10 kV電源供電。

4.5 監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目電力隧道內(nèi)設(shè)置護(hù)層電流監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、安防子系統(tǒng)、電子井蓋系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、通風(fēng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、排水監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、隧道語音通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及光纖感溫系統(tǒng)等。

4.6 標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

電力隧道是電力電纜管線的重要載體，為便于綜合管理維護(hù)，保障電力隧道內(nèi)管線的安全可靠運(yùn)行，應(yīng)在電力隧道內(nèi)設(shè)置不同形式的標(biāo)識(shí)系統(tǒng)。標(biāo)識(shí)應(yīng)采用不易燃、防潮、防銹類材料制作，標(biāo)識(shí)字跡應(yīng)清晰、醒目以便引導(dǎo)相關(guān)人員能夠進(jìn)入電力隧道內(nèi)管理維護(hù)，在發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)便于人員安全撤離，便于災(zāi)情處理。

本項(xiàng)目電力隧道內(nèi)部設(shè)置控制設(shè)備標(biāo)識(shí)、附屬設(shè)施如逃生口、通風(fēng)口、管線出艙口等標(biāo)識(shí)。附屬設(shè)施標(biāo)識(shí)均帶有編號(hào)。

4.7 防護(hù)設(shè)計(jì)

防護(hù)設(shè)計(jì)主要結(jié)合電力隧道結(jié)構(gòu)尺寸、施工空間、基坑深度、基坑巖性、沿線重要控制點(diǎn)確定基坑邊坡坡率和支護(hù)形式。

盾構(gòu)段結(jié)合豎井的基坑深度、地質(zhì)狀況、環(huán)境條件和明挖施工等因素，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)推薦采用地連墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式。

明挖段結(jié)合地質(zhì)資料及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)性做法，推薦采用鋼板樁支護(hù)方案。其中局部穿山體基坑支護(hù)推薦采用放坡開挖+土釘支護(hù)方案。

5 結(jié)束語

電力管線采用電力隧道形式,具有較高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，可操作空間大，可為遠(yuǎn)期鋪設(shè)的電力管線預(yù)留位置，還可滿足檢修人員和設(shè)備通行需要,對(duì)于縮短故障排查時(shí)間和施工安全性都非常有利，而且具有良好的擴(kuò)展性，因此電力電纜隧道已成為緩解城市輸電線路擁堵的優(yōu)良方案，具有廣闊的發(fā)展前景。

我國(guó)很多城市都不同規(guī)模地建設(shè)了電力電纜隧道，但這些設(shè)置之間普遍存在著分布零散、相互關(guān)聯(lián)性差等特點(diǎn)，還缺乏系統(tǒng)性的電力電纜隧道網(wǎng)絡(luò)。因此，建立系統(tǒng)性的電力電纜網(wǎng)絡(luò)是未來的發(fā)展方向。