长沙万家丽路电力隧道工程设计

王志峰， 汪 宏

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088 )

0 引 言

随着社会进步和经济发展，人类社会城市化已成为一种趋势，而城市化的不断发展必然对城市所赖以存在和正常运作的各项公共基础设施提出了更高要求。对于公共基础设施的重要组成部分——城市电网而言，目前所面临的主要问题是如何妥善解决电力负荷高速增长而电源点、电力通道资源日趋紧张与人们绿色环保的生存空间和城市环境要求之间的矛盾，而在城市单位内用电缆形式输送电能无疑是一种有效的解决方法。同时，与电能输送电缆化相伴而生的城市电力隧道已经成为现代社会城市型电网，特别是特大型国际化城市电网的特色和发展方向[1]。

1 工程概况

本次设计的万家丽路北延线电力隧道位于长沙市长沙县境内，南起特立西路，顺接南段在建的220 kV电力隧道，北至规划信息大道北，全长约7.6 km，分盾构和明挖段。其中特立路-捞刀河北、纬三路-绕城高速北为盾构段，电力隧道为圆形断面，内径3.6 m，外径4.1 m，长约5.1 km；捞刀河北-纬三路、绕城高速北-规划信息大道北为明挖段，电力隧道为矩形断面，内部断面尺寸为宽2.8 m×高3.5 m，外部尺寸为宽3.4 m×高4.1 m，长约2.5 km。

本次设计的万家丽路北延线电力隧道是马栏山变电站的进线通道，马栏山变电站的建设是解决当前长沙河东城区220 kV供电能力严重不足，服务长沙市地铁3号线、5号线以及长株潭城际铁路等省市重点工程用电的关键项目。同时本项目为湖南省第二条电力隧道项目，为长沙市2019年重点工程项目。

本项目电力隧道的建设，将实现电力管线集约化管理，美化市政环境，提升城市形象，实现长沙县可持续发展的远景目标。

2 电力隧道总体方案

2.1 电力隧道横断面设计

(1)纳入电力隧道的管线。经与当地国网供电公司对接，明确本次设计电力隧道入廊电缆最大规模为6回220 kV和4回110 kV。

(2) 电力隧道断面布置。电力隧道自身的断面设计应把电力电缆的敷设和检修空间作为必须满足的基本要素，在此基础上考虑人员通过以及事故疏散的通行空间。两种空间不能简单地叠加，而是根据工程的实际发生情况及频率做交集运算，以力求成本的最小化。电缆在隧道内的水平运输空间和垂直运输空间也是要必须考虑的。同时，现代化的地下电力隧道是由多种附属设置和监控系统组成的，因此这些系统的安装空间也是必须考虑的，例如吊装口、监控线缆桥架等设置的空间等。

本次电力隧道为220 kV和110 kV电力缆线入廊。220 kV高压电力缆线入廊具有其特殊性：①为保障电力电缆安全使用，避免舱体发生故障时受影响，重要输电线路不同回路电缆需分两侧敷设；②220 kV等高压电缆接头较大，隧道内应考虑电缆接头室要求； ③220 kV电缆线路运行过程中产生较大的热胀冷缩，应采取蛇形敷设电缆线路；④220 kV电缆舱室宜采用机械进风、机械排风的方式严格控制舱内温度。

本项目电力隧道分盾构和明挖两种段落，综合考虑各种因素，确定本次设计电力隧道分两种横断面：①盾构段，圆形断面，内径3.6 m，外径4.1 m(图1)；②明挖段，矩形断面，外径3.4 m×4.1 m(图2)。

图1 盾构段电力隧道横断面示意图

图2 明挖段电力隧道横断面布置图

2.2 电力隧道三维控制线设计

考虑道路东侧为在建地铁5号线隧道，本次设计电力隧道设置于道路西侧人行道下(图3)。

图3 电力隧道三维控制线图

2.3 电力隧道平面设计

本工程电力隧道分盾构和明挖段。盾构段长约5.1 km，设盾构始发井2座，盾构接收井2座，电缆出线井4座。明挖段参照综合管廊规范设计，设通风投料井5座，出线井2座，端线井1座。

盾构隧道常规转弯半径取300 m，连续转弯段半径取150 m。

2.4 电力隧道竖向设计

设计隧道需考虑对地铁5号线站体及隧道区间、相交河道河床、沿线建(构)筑物基础以及过路管涵管线等的避让。同时隧道埋深需考虑绿化种植需求、隧道功能节点设计要求以及结构抗浮要求等。其中，盾构隧道距控制物间距均按大于1倍盾构外径控制。盾构隧道覆土13～25 m，明挖隧道覆土2～3 m。

2.5 盾构始发方案

盾构电力隧道共分2段，采用3台盾构机同时施工。新建盾构始发井2座，分别放置于星沙互通和绕城高速北；利用南段在建电力隧道始发井1座；新建盾构接收井2座，分别位于捞刀河北和万家丽路与纬三路交口(图4)。

图4 盾构始发方案示意图

3 结构设计

地铁管线迁改的基本方法主要包括改迁、原位保护、加固以及临时废除等。

(1)电力隧道设计使用年限为100年，结构的安全等级为一级，结构的重要性系数为1.1。

(2)长沙地区的抗震设防烈度为6度，隧道的抗震设防分类为重点设防类(乙类)，按7度采取抗震措施。竖井主体结构按三级采取抗震措施，区间隧道结构按三级采取抗震措施。

(3)钢筋混凝土结构构件的裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝。最大裂缝宽度允许值应符合如下规定：顶板、底板、顶板梁、底板梁、侧墙迎土面0.2 mm，其他部位0.3 mm。

(4)竖井的防水等级为二级，即不允许有滴漏，结构表面可有少量湿渍。

(5)结构应按最不利荷载情况进行抗浮稳定验算。在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05。当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。

(6)盾构法施工的圆形区间隧道衬砌结构变形验算：计算直径变形≤2‰D(D为隧道外径)。

(7)隧道结构采用防水混凝土，防水混凝土抗渗等级不小于P10。

(8)隧道结构应根据环境类别，按设计使用年限为100年的要求进行耐久性设计。

(9)隧道结构防水标准：防水等级二级。

4 附属工程设计

4.1 消防设计

根据《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2015)，当含有2类及以上管线时，舱室火灾危险性类别应按火灾危险性较大的管线确定。本次设计电力隧道内设有220 kV电力电缆及110 kV电力电缆，火灾危险性为丙类。

根据《电力设备典型消防规程》(DL 5027-2015)中第10.5.14条的规定，长距离电缆隧道隔火墙间隔应不大于500 m。电力隧道盾构段内防火分区长度按≤500 m划分，明挖段内防火分区长度按≤200 m划分，相连防火分区以防火墙、甲级防火门作为防火依据。

为与南段在建隧道消防系统保持一致，本工程拟采用七氟丙烷气体灭火系统作为电力隧道内发生火灾时的灭火措施。

4.2 给排水设计

盾构工作井、电缆出线井、明挖段通风井等处设置冲洗水龙头及水龙带接口，以便清洗隧道地面。水源引接市政自来水管，引接管管径为DN80。

排水设计范围为电力隧道内排水系统，该排水系统能够有效排除隧道内冲洗水、隧道结构缝处渗漏水以及隧道开口处漏水。

电力隧道内设置排水沟和集水坑。在电力隧道盾构始发井、接收井、出线井以及明挖段通风井、端部井、配电间和防火分区最低点等低洼点均设计了1个净尺寸为 1.5 m×1.5 m×1.5 m的集水坑，每个集水坑内安装2台排水泵，一用一备，排水泵采用软管连接移动式安装。集水坑内设液位浮球开关，高水位自动启泵，低水位停泵。隧道内积水通过排水沟汇集到集水坑后通过排水泵就近排到隧道外雨水检查井。

4.3 通风设计

设计电力隧道包含2段盾构段、2段明挖段。盾构段工作井及出线井兼具通风功能，明挖段设置通风井，均采用进排风井交替方式。

(1)平时通风。电力隧道的最小通风量应保证换气次数不小于2次/h。各电动风阀应处于常开状态，当温度>38℃时开启通风系统，温度≤35℃时自动关闭风机。

(2)巡检通风。巡检时,应提前0.5 h开启所需巡检区段的通风系统，当室内CO2浓度低于1 000 ppm时，工作人员方可进入电力隧道内。

(3)事故通风。当一防火单元安全火灾时，着火单元及与其相邻防火单元的所有风机、电动阀关闭，为窒息灭火提供条件；当收到火灾熄灭信号后，相应单元内的通风电动风阀、风机高速运行，排除余热、烟气。为排除隧道内烟气进行的通风，宜按最小换气次数6次/h进行。当采用其他辅助降温设施时，设备容量的选取应考虑及时排除电缆发热量，同时满足人员检修时新风量和事故通风量的要求,取四者最大值。

4.4 供配电设计

电力隧道用电负荷主要分为普通照明、应急照明、通风风机、排水泵、电控井盖、环境监控与检测设备、火灾自动报警设备及检修插座等。其中应急照明、环境监控与检测设备及火灾自动报警设备为二级负荷，普通照明、通风风机、排水泵、电控井盖及检修插座等为三级负荷，采用2路10 kV电源供电。

4.5 监控与报警系统设计

本项目电力隧道内设置护层电流监测子系统、安防子系统、电子井盖系统、视频监控子系统、通风监测子系统、排水监测子系统、环境监测系统、隧道语音通信系统、火灾自动报警系统及光纤感温系统等。

4.6 标识设计

电力隧道是电力电缆管线的重要载体，为便于综合管理维护，保障电力隧道内管线的安全可靠运行，应在电力隧道内设置不同形式的标识系统。标识应采用不易燃、防潮、防锈类材料制作，标识字迹应清晰、醒目以便引导相关人员能够进入电力隧道内管理维护，在发生危险情况时便于人员安全撤离，便于灾情处理。

本项目电力隧道内部设置控制设备标识、附属设施如逃生口、通风口、管线出舱口等标识。附属设施标识均带有编号。

4.7 防护设计

防护设计主要结合电力隧道结构尺寸、施工空间、基坑深度、基坑岩性、沿线重要控制点确定基坑边坡坡率和支护形式。

盾构段结合竖井的基坑深度、地质状况、环境条件和明挖施工等因素，主体围护结构推荐采用地连墙+内支撑的支护形式。

明挖段结合地质资料及当地经验性做法，推荐采用钢板桩支护方案。其中局部穿山体基坑支护推荐采用放坡开挖+土钉支护方案。

5 结束语

电力管线采用电力隧道形式,具有较高的建设标准，可操作空间大，可为远期铺设的电力管线预留位置，还可满足检修人员和设备通行需要,对于缩短故障排查时间和施工安全性都非常有利，而且具有良好的扩展性，因此电力电缆隧道已成为缓解城市输电线路拥堵的优良方案，具有广阔的发展前景。

我国很多城市都不同规模地建设了电力电缆隧道，但这些设置之间普遍存在着分布零散、相互关联性差等特点，还缺乏系统性的电力电缆隧道网络。因此，建立系统性的电力电缆网络是未来的发展方向。