某地铁车站高压电缆悬吊保护技术

苏无疾

1 工程概况

某地铁交叉换乘站，位于东西城市两主干道十字，呈东西向跨路口设置。基坑全长194.8 m，标准段宽22.7 m，深16.11 m～20.14 m。车站换乘节点下穿人行天桥，110 kV电缆矩形管阵位于环形天桥西侧，越站长度23.7 m，管阵尺寸1 600 mm×650 mm，埋深2.33 m。北高南低，共2排，侵入该站顶板150 mm～300 mm，导致本处基坑不能开挖施工，严重影响工期。由于改迁费用较高，手续复杂，也不能满足施工进度的要求，经专家论证，决定采用方案2对该电缆进行临时悬吊保护，为保证该电缆安全，需对悬吊保护方案反复计算、论证、修改，根据计算结果最后确定方案。

2 悬吊保护方案

根据本站的实际情况，拟对110 kV电力电缆采用双根工字钢加管底托梁的悬吊方式。

主梁采用两根Ⅰ45b的工字钢，结构形式为两跨共23.8 m的格构式连续梁。因Ⅰ45b工字钢腹板较高，受力后容易出现倾覆失稳，为加强其稳定性，在两根工字钢的腹板中间采用10号槽钢和等边(加劲肋)钢板连接，槽钢间距2.0 m，等边钢板δ=16 mm，L=150 mm。吊杆采用Ф14钢筋吊杆，按实际状况加工成“П”形，管底托梁采用背拼槽钢，中间间隙20 mm以利于穿吊杆。

由于110 kV高压电缆由两排组成，管阵下窄上宽，如仅设置一道托梁，会使外侧2根和中部3根φ130的钢管悬空，故计划将上排与下排钢管单独悬吊。上排和下排各采用16根吊杆，间距1.5 m左右。下排钢管的托梁采用双拼10号槽钢，因两排钢管之间的间隙仅70 mm～80 mm，上排钢管的托梁只能采用双拼5号槽钢。槽钢长度以每边伸出管线外侧100 mm为原则。为使φ450的钢套管有轻微的上下变形，同时考虑到绝缘作用，安装下排管底托梁前，在10号槽钢的上翼缘粘贴200 mm宽12 mm厚的竹胶板。按规范要求，45b工字钢应做接地处理，接地电阻不大于10 Ω，如图1 所示。

3 悬吊安全分析

3.1 荷载计算

1)管线自重。根据调查结果，按铜芯(YJV22-8.7/15 kV三芯交联聚乙烯绝缘)钢带铠装电力电缆计算重量，需要悬吊的110 kV电力管线的第一排设计线荷载为2 801 N/m，第二排设计线荷载为2 665 N/m。

2)悬吊结构自重。双榀45b工字钢自重设计值为1 049 N/m，中间联系10号槽钢自重设计值为56 N/m。

3)吊具自重。每处的钢筋吊杆取平均6 m长，双拼10号槽钢取2.4 m长，则附加在每个吊点的荷载为1 061 N。

4)活荷载。考虑人员检修及携带工具，按两人携带20 kg计算，则附加在每个吊点的活荷载为1 190 N。

3.2 计算公式及简图

此悬吊结构实际为两跨格构式组合梁，简化起见，按承受8个集中点荷载的单跨简支梁计算，计算简图见图2。其中，集中荷载 P=13.34 kN。

3.3 计算结果与分析

经过计算，23.8 m跨工字钢主梁的应力σ=83.3 N/mm2≤［σ］=215 N/mm2，工字钢主梁在 1/4跨处的挠曲变形v=18.1 mm≤［v］=L/250=46.8 mm。说明其强度和刚度均满足要求。每个悬吊点处的设计荷载为P=13.34 kN≤Ф14钢筋的容许拉力［P］=2×33.11 kN=66.22 kN，说明钢筋吊杆的强度满足要求。由于钢套管埋入地下已达到20余年，其有效壁厚不能按5 mm计算，保守起见，取有效壁厚为1.2 mm，得出钢管的截面抵抗矩:Wx=π/4(R3－r4/R)=489 423 mm3，校核钢管的应力σ=4.5 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，说明即使目前保持 1.2 mm 的壁厚，按1.5 m的间距对φ450的钢套管进行悬吊也是安全的。

4 悬吊施工

4.1 施工工序

1)管线两侧先采用小型挖掘机开挖出1.0 m宽沟槽，人工清理粘附在钢管外侧的少量土方。两排钢管全部暴露后，人工在下排钢管底部掏槽，利用洛阳铲在两排钢管中间掏孔，以便于穿管底托梁。

2)管底托梁与钢筋吊杆连接好后，通过螺栓施加预紧力。根据计算结果，在最不利情况下，工字钢梁负荷后最大会产生17.4 mm的下挠度，施工过程中按10 mm作为提升钢套管上挠度的控制值。依次分段掏槽，分节悬吊，使每处悬吊点都充分承受管线的重量，逐渐把管线的重量转移至Ⅰ45b工字钢上，避免突然加载。

3)悬吊完成后，应全面检查验收，并请产权单位相关人员查看，确认合格后，才能进行管线下部土方开挖。两道管线之间的杂填土应清理干净，以尽可能的减少负载重量。

4.2 安全保护措施

1)要求施工单位在施工前做好详细的安全应急预案;施工期间设专人对管线做好监护，对监护人员严格做好交底。要求监护人员对管线和悬吊结构作24 h巡查，发现异常情况紧急上报，必要时启动应急预案。2)下部土方开挖前，在两根工字钢主梁的上翼缘表面设置6个观测点，在悬吊过程中和施工期间定期对管线和观测点进行动态监测，保证悬吊过程中的变形在允许范围之内。3)车站施工期间，110 kV电力电缆东西两侧2.0 m范围内不得进行结构吊装作业，在45b工字钢梁上部满铺12 mm厚竹胶板，避免重物砸伤电缆。

5 结语

在整个基坑施工过程中，110 kV高压电缆管道的最大扰度为3.53 mm，不但确保了车站施工和高压电缆的安全，而且也按期完成了地铁公司的节点目标。110 kV高压电缆管道悬吊保护得到成功应用，为今后地铁施工高压电缆的悬吊保护提供了经验和依据。

［1］GB 50157-2003，地铁设计规范［S］.

［2］GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［3］GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［4］郭 靓.地铁车站施工中对220 kV高压电缆的保护［J］.山西建筑，2010，36(35):173-174.

［5］苏无疾，吕晓晔.天然气管道大跨度悬吊保护在西安地铁施工中的应用［J］.中国科技信息，2011(4):21-23.