市政工程地下電力管線防破壞技術

于立杰 孫鵬 沈楓 孫悅

（中交一公局第六工程有限公司 天津 300451）

隨著城市的不斷發展，基層建筑和地下拓建工作都進入全面發展階段［1］。其中，地下電力工作是難度最大也最為重要的。而電力管線作為人們生活、工作以及生產的基礎，作用非常大。

由于施工技術不當或預先工作不及時導致的管線破壞現象屢次發生，這不僅會影響到人們的生活起居，還會給企業帶來嚴重的損失，對公共社會安全造成極大影響［2］。由此可以看出，針對電力管線的防破壞措施是尤為重要的。

近年來，為預防此類事件發生，國家出臺了各種管道保護方案，但由于制度落實得不到位，導致防破壞技術實際應用效果不佳，在很多地方都存在漏洞［3］。

基于上述分析，本文結合歷年管線破壞案例，從根源分析，查找具體破壞因素，并結合施工重點給出可應對不同損壞情況的防破壞技術，有針對性地開展工作。其中，提出了管群撥移防破壞、隔離法和懸吊法防破壞、支撐保護法防破壞及卸載保護法等，在開展保護工作的同時，還能提高后續管線的運作效率，屬于雙重改善。本文考慮到了以往方法沒有察覺到的漏洞點，由于地下環境較為陰暗，且受天氣影響，周圍環境多潮濕陰暗，以此作為切入點，著重提高因污水浸泡導致的破壞現象。由此，可以從本源上杜絕損壞中出現頻率最高的因素，在最大程度上實現防破壞技術的高效應用。

1 地下電力管線被破壞的主要因素分析

市政工程地下電力管線防破壞問題已經成為社會關注的焦點和熱點，本文利用BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）數據庫對歷史管線事故進行分析，對造成破壞事故的原因進行以下分類。

（1）早期進行城市地下建設時沒有進行系統詳細的劃分，導致后續建設時無秩序且目標不明確，容易出現管線交錯和錯分現象［4］。此外，因相關圖紙缺失或基建設備不全導致管線單元無法獲取準確的地下位置，給后續使用帶來安全隱患。

（2）地下電力管線與地面標識出現錯誤，無法一一對應，在沒有具體查詢地下是否存在干擾設備的情況下直接展開工作。由于地下環境不同于地面，存在過多的干擾項，導致地面與地下設備信號連接不全，發生危險時無法第一時間展開工作，管線破壞現象越來越嚴重，無法得到改善［5］。

（3）事先沒有做好防護準備，地下環境陰暗潮濕，即使是強度較大的管線也無法承受日積月累的浸泡，不及時對其進行檢修、保護，導致出現損壞現象。

（4）初始管線保護裝置與管線不匹配，由于需要考慮到多家用電需求，電力管線通常直徑都較大，而管線保護采用的都是橡膠或尼龍等具有彈力性質的材料［6］，這些材料會隨著時間的增加逐漸硬化，也會隨之失去彈性，此時就難以實現完整精準的保護。因此，在進行保護前需要提前計算管線的直徑，選擇與管線值最為匹配的保護材料，計算公式為：

公式中，D0表示保護管內徑長度，單位為mm；n表示管線總數；d表示每根管線半徑，平均值為0.4m。

對電力管線中出現損壞位置點進行檢測，得到相關信息參數幫助后續保護，檢測相關函數如下：

公式中，τ表示波速；P1、P2表示損壞量；(τ)表示損壞最大值；(τ-1) 表示損壞最小值。通過歷史數據得到的相關損壞參數如表1所示。

表1 歷史數據損壞檢測

從表1 中可以看出，11 月至次年2 月屬于冬季范圍，管線破裂的原因主要是冷空氣導致的管線外部凍結，管線厚度從2.01cm 增長到3.78cm，保暖工作較差時就會出現這種情況；3—10 月則多為天氣和環境因素影響，存在過多的污水無法及時排放，就會導致管線被腐蝕，管線厚度從2.47cm磨損到2.01cm。

2 防破壞技術的實現

2.1 頂管施工技術在電力管線防破壞中的應用

當前，我國市政工程的基建設備逐漸呈現多元化發展趨勢，這就意味著施工的環境也會越來越復雜，對于電力保護技術的要求也越來越高。其中，電力管線施工的難度是所有城建工作中復雜程度最高的，在實際的工作進行中，在空間有限的情況下，不僅要排除磁場信號干擾、環境及人為因素的影響，還要實現通信線路、污水管道及電力管線之間的合理分布，一旦出現交叉錯亂的現象，就會引發一系列的事故。由此可見預先設置防破壞工作的重要性。

一般情況下，管道施工主要采用的有頂管施工技術。該技術主要就是在地下管道頂部進行頂管安裝，通過水準儀器對準管道頂點并安裝監控設備，以此來實現實時監控保護。在進行頂管安裝前需要提前確定安裝位置，一旦位置錯誤，就會出現檢測點位移的現象，影響管控效果。一般情況下，管線直徑為0.2m時，管道空間直徑為3m 時，需要在距離頂部高度2m 的位置安裝監控設備，這個位置所覆蓋的范圍較廣，不存在攝像死角，無論是哪個位置發生事故都能捕捉。

2.2 管群撥移防破壞技術

以北京地區某一市區內的地下盾構井作為參照，此處的電力管線一般會在地下北段的連墻位置，電力管線占壓在西側墻面上，這種方法可以避免管線隨時間而導致的脫落現象，存在一定的支撐力。當電力管線沒有出現兩側方懸空現象時，一側緊貼墻壁可保證管線的支撐性，而另一側安全加厚的保護材料，避免潮濕空氣的附著影響，加強防破壞效果。

2.3 懸吊法和隔離法

懸吊法和隔離法也是目前地下電力管線防破壞的常用技術之一。其中，隔離法是指在有限的空間環境，安排電力管線與其他應用管線進行隔離，例如網絡通信管線、污水排放管道等，如果不進行隔離分布的話，很可能導致各個管線出現交叉現象。本文使用的隔離方案是采用鋼板進行位置間隔，將鋼板插進地下縫隙，讓電力管線與其他管線之間形成一個狹小的空間，不僅能防止線路纏繞，還能避免其他生物的干擾。

懸吊法是在隔離法的基礎之上進行更新改良，針對地下中的某些特殊位置，這些位置通常無法容納鋼板的進入，只能采用懸吊的方式將管線上置，使管線懸吊于頂部上。若管線離地面距離較近，或存在地面土質較為松軟無法支撐的情況，也可采用該方法進行保護。

2.4 支撐保護法

支撐防破壞法的主要原理就是通過設置支撐點，來防止電力線路發生脫落導致損壞。根據不同電力管線的支撐結構，可將支撐保護法分為兩類：一是臨時支撐法；二是長期支撐法。其中，臨時法主要針對地下環境較為簡單、易進行檢修的地點，管線破壞概率不高；長期支撐法則主要針對地下環境較為復雜的地點，這種地點檢修困難，不易施工，且一旦發生破壞，影響范圍過大。

2.5 卸載保護法

卸載保護法的作用原理就是通過增加負載板的方式，來減輕管線周圍的載荷及其他施重物帶來的壓力。其中，壓力最大的就是周圍的土體壓力，這種土體涉及范圍較廣，所以需要增加管線的受力面積來減少所承受的壓力，防止電力管線出現爆破現象。這種方法適用于任何環境和任何材質的管線，適應范圍和實用性較強。

3 仿真實驗

本次實驗通過采集地下管線外皮厚度的方式，來檢測本文所提出的防破壞技術的有效性。實驗所需的厚度檢測裝置是依靠信號波來完成的，由于地面和地下之間具有傳動原理，當汽車行駛而過時，地下的檢測裝置便會受到影響。在進行實驗前，需要對信號數據進行采集，調整檢測裝置能夠承受的干擾范圍，將誤差降至最低。根據地面震波的傳動原理，地下的振頻信號的頻率主要在0～200Hz的范圍之內，參照Nyquist（奈奎斯特）采樣定律，當采樣到的現場頻率大于信號中頻率最高值的2 倍時，此時采樣數據中就包含了完整的原始信號信息。將采樣頻率均值設置在150Hz 左右，定時采樣周期為3.0ms，地面的振動信號頻率均為低頻頻率。由于出現強震動或其他情況時，振頻信號會受到影響，波頻波動幅度增加，地下位置處的噪聲信號多為高頻信號。

為保證實驗質量，將采集到的信號值按照采集時間進行統計，一方面可以降低誤差影響，另一方面還可以確保采集到的數據中包含的特征量不會出現丟失。圖1為進行防破壞保護前后管線損傷位置的原始管線表面厚度變化。

圖1 實施防破壞技術前后電力管線表面厚度變化

從圖1中可以看出，未進行防破壞技術保護前，出現損傷位置的管線厚度值變動幅度較大，隨著破壞程度增加，整體出現高強度的波動現象，說明破壞程度較為嚴重，隨著外界壓力的不斷增加，后續很可能出現內部線路暴露的情況，引起電線短路，造成人員傷亡和財產損失。

經過本文所提出的技術進行防破壞保護后，管線表面厚度降低程度明顯下降，隨著損壞壓力的增加，也只是出現小幅度的下降趨勢，整體都控制在可承受范圍之內。由此說明，該技術具有一定的有效性，實驗結果表現優異，應用在實際城市建設中可為其提供重要幫助。此外，該技術不僅能夠使電力管線更具有耐久性和抗壓性，還能減少后期設備檢修和損傷修復的經濟和人力耗用，節約成本，提高城市建設能力。而所提技術之所以能夠高效實現防破壞保護，是因為預先對破壞原因進行了系統的分析，查找到破壞概率最高的因素，以此作為側重點，按照重要比例依次安排對應的保護方案，這樣無論發生什么狀況都能高效應對。

4 結語

本文提出一種市政工程地下電力管線防破壞技術，通過分析歷史數據庫中地下電力管線出現損壞現象的原因及影響因素，得到其中最常發生的管線老化、污水影響及環境潮濕破壞因素，提出具有針對性的防破壞方案。管線老化和污水影響采用外部橡膠材料包裹的方式，及時阻擋外部影響，不僅能減少污水滲入，還能減少管線之間的摩擦，提高管線的耐受能力，提高使用壽命。針對環境潮濕，則采用地面鋼板阻擋的方式來防止破壞，鋼板的硬度較高，在防止潮濕環境侵蝕的同時，還能降低地面硬物滲入地下造成的管線損傷。本文提出的防破壞方案具有針對性，應用價值較高且實施起來并不復雜，材料耗用較少，以最小的預算獲得最高的效益。仿真實驗證明，所提技術能夠取得較佳的防破壞效果，在外部施壓的環境下也能保證管線不被損壞，方法適應能力強，實用價值較高，應用在城市建設方案中可為其提供重要幫助。