典型盾构隧道内大线径电缆敷设方法探讨和应用

冯涛+张涛+江行飞��

摘 要：为满足盾构隧道标准化施工的要求，形成成熟的施工方法，在总结多年施工经验的基础上，结合典型项目，对盾构隧道内采用卷扬机加滑轮和人工组合的电缆敷设方法进行了系统分析和总结，并讨论其经济和社会效益。结果证明：此方法适用于典型盾构隧道内电缆通道空间狭小、电缆路径不规则等复杂环境下的大线径电缆敷设，可以大大提高工作效率，保证电缆敷设质量。

关键词：盾构隧道；大线径电缆；敷设；卷扬机

中图分类号：U453.7 文献标志码：B

Discussion and Application of Laying Large Diameter Cables in Typical Shield Tunnels

FENG Tao， ZHANG Tao， JIANG Xingfei

（CCCC Mechanical & Electrical Engineering Co. Ltd.， Beijing 100088， China）

Abstract： In order to meet the requirements of standard construction of shield tunnel and form a mature construction method， the cabling with the combination of winch and pulley and manual work in shield tunnel was analyzed based on years of construction experience and typical projects， and both economical and social benefits were discussed. The results show that this method applies to cramped and irregular conditions and significantly improves the working efficiency and guarantees the quality of cabling.

Key words： shield tunnel； large diameter cable； cabling； winch

0 引 言

随着中国经济的快速发展和盾构技术的日趋成熟，盾构隧道已逐渐成为现在地铁、过江隧道等的主流建设方式。与普通隧道不同，盾构隧道一般内部结构比较复杂，电缆通道空间非常狭小，电缆路径转弯较多，加上隧道内机电系统涉及电缆种类多、数量大，可谓困难重重。尤其对于大线径电缆，传统电缆敷设方法均难以全面应用，施工安全和施工质量得不到保证。本文分析多种常用电缆敷设方法，并在南京市纬三路过江通道工程项目，将卷扬机加滑轮组成的机械方法和人工方法相结合，在典型盾构隧道内成功敷设大线径电缆。

1 常用电缆敷设方法

电缆敷设是通过人工、机械或人工和机械组合的方法，将电力电缆按设计要求布放到预定位置的施工过程。

人工敷设电缆分为人力肩扛、扛抬和人力拖动几种类型。其准备工作量很小，敷设速度快，可以充分利用劳动力，方便而经济。但是，当电缆线径较大、重量过重时，因人与人的间隔距离小，行走比较困难，利用人力扛抬电缆较难实施；当肩扛电缆时，由于荷重不同、受力不均，易发生人身事故或损伤电缆；用人力拖动电缆对人员高矮没有特殊要求，所敷设的电缆长度比肩扛电缆敷设要长，因此更适合直埋和管井电缆敷设。

机械牵引敷设电缆分履带式输送和卷扬机牵引2种方式。当几台履带式输送机配以电缆滑车时，可以敷设较长和较重的电缆。卷扬机敷设电缆的牵引有直接牵引电缆线芯、牵引网套（即牵引电缆护套）等几种方式。卷扬机牵引敷设电缆简便易行，使用较为普遍，也比较经济，但如果在坚硬质地上拖行电缆或者控制不好速度，容易对电缆造成损伤。

机械和人工组合敷设电缆的方法，即在较为复杂的路线上敷设电缆时，以机械牵引为主，辅以人力配合牵引的方法。该方法可以解决各种复杂环境下电缆无法敷设的难题[13]。

2 工程概况

南京市纬三路过江通道是双层公路盾构隧道，采用双管（N、S线）双层（上、下层）X型八车道盾构隧道方案，上下层均为两车道，上层为江北至江南方向，下层为江南至江北方向。隧道断面如图1所示。其中，上层左侧为排烟通道，上层右侧为弱电电缆通道，下层左侧为弱电电缆通道，下层右侧为强电电缆通道。

纬三路过江通道工程位于长江大桥与纬七路南京长江隧道之间，连接南京主城区与浦口新城，项目起于江北浦口浦珠路与定向河交叉点附近，沿定向河东岸向南布置，与规划的丰子河路相交后，在明挖段将车流分别引入N线隧道和S线隧道。其中，N线隧道穿过潜洲后从秦淮河口上游上岸，隧道出口位于扬子江大道上，路线全长为7014 km，隧道长为4930 km（盾构段长为3537 km）；S线隧道穿过潜洲、江心洲后在定淮门大街和扬子江大道交叉点附近上岸，隧道出口位于定淮门大街上与龙园西路路口，路线全长为7363 km，隧道长为5331 km（盾构段长为4135 km）。隧道布局如图2所示。

本项目机电系统配置齐全，按专业划分为供配电系统、通风系统、照明系统、消防给排水系统和监控系统。其中供配电系统负责为其他系统设备供电，多为特一级、一级负荷。根据工程特点，隧道两端江北、江南各设置主变电站，2个中心站10 kV电源之间设大线径电缆联络，南北互联互通，互为备用。为此，N线隧道强电电缆通道内需布设ZRYJV8.7/15 kV3×400型电缆约4 373 m，ZRYJV87/15 kV3×95型电缆约13 188 m，ZRYJV10 kV3×70型电缆约5 737 m，大线径电缆共计约23 298 m。

大线径电缆均布于隧道下层右侧的强电电缆通道内，电缆通道空间狭窄，形状不规则，可供电缆敷设活动区域有限（图3）；且根据工艺安排，行车道与电缆通道结构隔墙完成后方可进行机电系统施工，电力电缆仅可以从每隔30 m左右一处的逃生通道口进入电缆通道内进行敷设。为确保施工安全，保证电缆敷设质量，采用卷扬机加滑轮的机械方法和人工方法相结合的电缆敷设方法进行隧道电缆施工[4]。

3 电缆敷设方法应用分析

3.1 敷设方法

首先，根据电缆线径、电缆支架层间高度定制滑轮，滑轮带安装底座并开孔。将定制的滑轮每隔15 m固定在相应的电缆支架层上，保证滑轮在一条直线上，不得出现急转弯情况，遇有横梁的地方加装倒轮，防止剐蹭电缆。滑轮固定后，将电缆盘拖到电缆通道的起始点，在临近附近的逃生通道口用液压支撑架将电缆盘架空固定，使其能够顺利转动。根据电缆的用途、电缆配盘的大小，在电缆敷设方向的另一侧逃生通道口的合适距离固定卷扬机，保证其力矩能够有效传递到牵引钢丝绳上。电缆始端用专用护套与卷扬机钢丝绳连接牢固，防止松动。一切准备就绪后，开动卷扬机，定速运转，牵引电缆向前移动，在电缆移动的过程中，派人员守护查看关键点，防止因滑轮松动或者方向改变造成电缆损坏[56]。电缆敷设工艺流程如图4所示。

3.2 施工设备

3.2.1 技术准备

施工技术人员应认真审核施工图纸，核对电缆敷设路径、位置、固定方式和电缆线路与所连接设备相位，确保相位正确。根据电缆的型号、规格选取电缆卷扬机和滑轮。依据电缆线路牵引力计算公式计算电缆牵引力，在滑轮上牵引时摩擦系数取01～02。计算施工设备的功率及损耗，确定临时施工电源方案，最终编制工程项目管理实施规划或安全施工技术方案，并在施工前对全体施工人员进行技术交底和安全交底。

3.2.2 人员和施工机具准备

采用卷扬机加滑轮进行电缆敷设，节省施工材料和设备，节约人力。施工所需机具和人员见表1。

3.3 方法要点

（1）电缆支架安装。电缆支架安装是电缆敷设的第一步，安装过程中，必须保证电缆支架线性流畅，安装标高定位标准一致；固定支架前，应根据膨胀螺丝的长度和直径选用合适的钻头，打孔不宜太深或太浅，膨胀螺丝必须安装到位、拧紧，避免出现支架松动的现象。按照设计要求，以固定间距安装支架，在保证功能和安全的情况下，应尽量避开承重梁、盾构管片止水带或者逃生通道门口。电缆支架安装如图5所示。

（2）滑轮固定。根据国家、行业标准及设计图纸的要求，确定电缆敷设在支架的层别。每套滑轮至少应有2个螺丝与支架相连，确保电缆移动中滑轮不会因受力不均而偏转方向。应根据线径选用合适的滑轮槽，不宜过大或过小。滑轮槽过大，电缆移动中容易改变方向，造成电缆左右摆动，增加电缆损坏的可能性；滑轮槽过小，电缆容易从槽中脱落，造成电缆与滑轮侧壁金属摩擦，损坏电缆绝缘层，拉偏滑轮，甚至出现电缆突然卡住、钢丝绳断裂等情况。滑轮固定效果如图6所示。

（3）电缆盘拖曳到位。由于大线径电缆线径大、密度大，应使用专业的拖车拖曳电缆盘，行进过程中慢速平稳，遇到道路坑洼地段应缓慢驶过。电缆拖曳到位后应使用液压顶将其从拖车上缓慢放下，并将电缆盘架空，稳定放置在不影响交通的位置上。

（4）卷扬机固定。卷扬机是主要牵引设备，由电机、卷筒和钢丝绳构成。工作时，电机启动，通过皮带带动卷筒运行，卷筒牵引钢丝绳，从而带动电缆前进。在卷扬机牵引电缆沿着滑轮移动的过程中，在放置大线径电缆盘的一侧安排3个人，负责电缆盘的转动、电缆盘支架的固定及电缆进入逃生通道过程中走向的调整，避免电缆出现急转弯、折死扣或者与逃生门摩擦等情况；在电缆行进的一端安排2个人，负责沿途电缆运行路径的巡查及滑轮的调整，防止滑轮发生偏转而摩擦电缆绝缘皮，或电缆运行过程中与承重梁、支架发生摩擦等情况[7]。

（5）钢丝绳与电缆的固定。钢丝绳与电缆之间用专用护套进行连接，连接部分应受力均匀，防止过大的拉力损坏电缆。

（6）卷扬机敷设电缆。卷扬机启动要平稳，启动后根据现场情况调整转速，转速不宜过高或过低。过高难以保障电缆的安全，过低影响施工效率。电缆经过滑轮敷设情况如图7所示。

3.4 质量控制

大线径电缆敷设遵守国家标准《电气装置安装工程》中有关电缆敷设的规定和验收标准外，还应注意以下问题。

（1）电缆敷设施工前，项目部组织现场技术人员学习电缆敷设的工艺和质量要求等。通过PPT讲解、互动提问等方式使技术人员了解敷设过程中的关键工艺要求和注意事项，避免电缆在敷设过程中被生拖硬拉或工具使用不当而被损坏。

（2）遇到电缆接续处，需根据国家标准预留一定的长度，以备检修之用，预留长度参照见表2。

（3）除必要的预留长度外，电缆敷设完毕后需及时使用专业的封头帽将电缆的两端密封，防止湿气进入电缆内部，造成电缆耐压试验不过关，降低电缆

（4）电缆放置在支架上应追求美观、直顺，严禁电缆交叉的情况出现，在电缆需要折弯处，弯曲半径应不低于线径的20倍，电缆穿越墙壁应该加套管加以保护。

（5）电缆敷设过程中，在容易至其损坏的地点，如逃生通道拐角处、支撑梁处、钢丝绳和电缆连接处等部位，要增加柔性保护措施，并重点监控，防止电缆因与墙壁、支架摩擦而损坏。

（6）开动卷扬机前，对敷设电缆的沿线支架和滑轮逐一检查，对支架或滑轮上出现的毛刺和尖角进行打磨处理，防止划伤电缆；在卷扬机运行中，巡视人员需配备对讲机保持实时联络，巡视人员一旦发现易造成电缆损坏的情况，要立刻通知卷扬机操作人员停止机器，直至故障排除[8]。

3.5 安全措施

（1）认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家相关规定、条例，结合笔者所在单位的实际情况和隧道施工特点，确立项目经理为第一责任人，对项目施工安全负有全面管理责任；项目安全总监为直接责任人，对项目日常施工安全全面负责；项目安全员为项目安全的具体执行人员，监督落实工程的安全生产执行情况。同时，项目认真执行安全生产责任制，明确各级安全人员职责。

（2）施工现场配备专职安全员，全程监督管理施工过程，做到防患于未然，保障人员和设备的安全。

（3）施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。现场应按照防火、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。

（4）拖拉机、电缆盘等施工机具和材料体积较大，需占用一定的行车道，而隧道内交叉作业，施工机械和车辆较多，为了保障施工人员的安全，在施工区域应布设明显警示标志，如防撞锥桶、反光贴等，警示过往车辆和行人及时避让。

（5）电缆盘质量较大，为防止施工过程中溜车、倒车等紧急情况，拖车需要配置良好的刹车系统，并定期检查；同时拖车和液压支撑件需实施完善的防脱落措施，如加装插销或螺丝等，防止电缆盘拖曳或电缆敷设过程中电缆盘滚落造成人员伤亡或设备损伤[9]。

4 应用效果分析

4.1 施工情况

卷扬机加滑轮组成的机械和人工组合的电缆敷设方法成功应用于南京纬三路过江通道工程N线机电工程施工。电缆施工前精心组织、周密计划，合理规划区域放线点，分析确定了卷扬机和滑轮的布置方案和敷设过程中安全、质量控制要点，严格控制电缆敷设的过程。施工中使用对讲机统一指挥，施工全过程处于安全、快速、高效的可控状态。

电缆施工现场机具布置合理、简便；卷扬机占地面积小，对隧道交通影响小；电缆敷设速度稳定，遇到突发问题可及时停止敷设，保证电缆敷设的质量；电缆敷设固定完成后，试验人员对电缆的外护套进行耐压试验，各条电缆均一次性通过试验，电缆敷设质量达标[10]。

应用本方法敷设隧道内大线径电缆，外观质量一次性达标，电缆排布与完工效果如图8、9所示。施工过程无安全事故发生，工程一次验收合格，且质量优良率100%，获得建设单位、设计单位、监理单位、运营单位等各方的好评。

4.2 效益分析

4.2.1 经济效益

该方法成本低、可实施性强，拖拉机、卷扬机加滑轮都是传统机械设备，一般工人即可操作或安装；同时，传统大线径电缆敷设方法需要大量人力通过肩扛方式进行，不仅费时费力，而且有些地方施工人员无法到达，电缆敷设难度大。据估算，本项目如采用传统的电缆敷设方法，至少需要3个月的时间；而采用本方法进行电缆敷设，仅用了1个月，在为项目调试赢得了时间的同时，还节约近三分之一的人工成本。

4.2.2 社会效益

采用本方法进行隧道内大线径电缆敷设，操作简便，可实施性强，节能环保，安全可靠，为工程抢回工期，为机电联调赢得时间，为隧道按时通车提供保障。

同时，该方法的成功应用，为推广应用典型盾构隧道等狭小空间内大线径电缆敷设施工积累了成功的经验，也可供城市综合管廊等类似结构项目借鉴，具有良好的社会效益。

5 结 语

本文所述的大线径电缆敷设方法解决了高压大线径电缆在典型双层公路盾构隧道电缆通道内敷设的难题，采用由卷扬机加滑轮组成的机械和人工组合的方法，减小了电缆敷设过程中的摩擦力；通过控制卷扬机速度，防止敷设过程中对电缆的机械损伤，从而有效保证电缆敷设质量，避免由于施工质量问题给电缆线路运行留下安全隐患；同时，使用本方法可降低劳动强度，节约人工成本，提高工作效率，缩短施工工期，创造一定的经济效益。

本方法特别适合敷设高压大线径电缆或在转弯多、坡度大的长距离隧道内敷设电缆。随着复杂的盾构隧道工程以及地下综合管廊工程的逐年增多，保证电缆敷设质量十分重要。理论分析和实践证明，此方法在工程应用中可有效提高电缆敷设的工作效率和质量，降低施工强度，保证施工安全，应用前景广泛，具有一定的推广意义。

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[责任编辑：王玉玲]