城市电缆隧道路径设计原则概述

城市电缆隧道路径设计原则概述

彭超

徐州华电电力勘察设计有限公司

随着国民经济高速发展，城市电网的负荷量也逐年攀升，需采用“高压变电站深入市中心”的模式，以适应现代电网发展的需要。而土地价格上涨，市区土地稀缺，规划部门对城区的景观要求有又日益增加，架空线路与城市发展矛盾日益突出。

在不允许出现架空线路的地块，通过电缆隧道敷设电缆成为首选。电力电缆隧道内部通风佳、散热好、运行稳定，延长了电缆寿命，便于维护和巡视。

本文通过某电缆隧道工程的路径方案及施工工法选择分析，为今后城市电力电缆隧道修建工程提供参考借鉴。

一、工程概况

某线路工需跨越故黄河，并穿越市区繁华地段。因规划要求打造景观带，不允许出现架空线路，且在市区繁华地段，无空地用于新立杆塔，故在古黄河北约100m处设一基杆塔引下，改为电缆出线，沿景观河河道西侧敷设，直至穿越市区繁华地段至可新立杆塔处，电缆转架空上塔。

本工程穿越道路处埋深较浅，约为8~10m，处于粉质黏土夹粉土层。隧道穿越河流处埋深较深，约为13~15m，处于黏土层及砂姜黏土层；穿越地铁处埋深最深，约为22~25m，处于中风化粉砂岩地层。勘察期间地下潜水稳定水位埋深为2.50~3.50m，地下水位随季节变化，地下水位年变幅约为1.0~2.0m。

二、电缆隧道平面路径的选择

电缆隧道平面路径的选择需要从城市发展规划和自然地形地质两方面来考虑。

1、从城市发展规划角度，有以下五种考虑原则：

（1）与城市发展规划相协调，确保线路路径符合总体规划，避免用地冲突。

（2）综合考虑与现有及规划中的基础设施的协调，优化路径选择，减少新建设施的干扰。

（3）征求沿线相关部门意见，确保线路路径与城市、乡镇规划的和谐，统筹路径方案。

（4）避开重要通讯设施，确保邮电、铁路、军事通信线的安全，维护通讯畅通。

（5）体现以人为本和环境保护，避免大面积跨越民房，减少对居民生活的影响。

总的来说，路径避让建构筑物基础、桥墩、道路红线、河道控制蓝线、既有管线等。

从自然地形地质角度，有以下三种考虑原则

（1）考虑地质、水文及地形条件，避开不良地质区，保障线路的可靠性和经济性。

（2）缩短路径长度，靠近现有道路，以优化交通和施工条件，提高运行效率。

（3）合理选择重要交叉跨越物的跨越点，满足相关要求，确保跨越安全。

三、暗挖隧道的施工方法选择

本工程因穿越河流3次，地铁2次，道路5次，存在大量暗挖工程，穿越土层为粉土、黏土、砂浆黏土层，可选择工法主要包括顶管法及盾构法。

顶管法施工是一种非开挖施工方法，广泛应用于城市隧道建设。它通过顶推力将掘进机从始发井推至接收井，同时埋设预制管节，无需地面开挖，不影响交通，对环境影响轻微。顶管法在适应土层、保护环境、确保施工安全、提高经济效益等方面优势显著。

盾构法施工安全，环境友好，机械化程度高，进度快。使用预制管片拼装，防水效果好，质量可靠。无需辅助措施，适应松散软弱或含水土层，地面沉降小，有效保护周围建筑和地下管线。随着技术发展，盾构法造价降低，优势明显。但盾构法线路适应性差，主要用于标准断面，需要较大场地用于盾构机的始发和接收。

顶管施工过程中，顶管管节跟随顶管机不停向前移动，导致了顶管法平面转弯线型难以控制，本工程隧道沿河道边掘进时，避让河道蓝线、规划绿线和桥墩基础等导致隧道出现多处转弯，因此难以控制平面线型的顶管法不适用。

顶管法的施工原理决定了顶管法在埋深较大顶进距离长的情况下适用性较差，本工程部分隧道需从地铁下方穿越，深度约20m，且为风化粉砂岩地层，顶进困难，故拟采用盾构法进行本工程隧道施工。

盾构机在掘进时易于拟合隧道曲线，且盾构机掘进过程中仅对土体产生一次扰动，盾构机盾尾脱出管片后，将不会对土体产生二次扰动。盾构法施工原理决定了盾构法可实现大埋深、长距离掘进，因此本工程选用盾构施工工法。

四、电缆隧道横纵断面设计

（1）隧道内径确定

隧道内径的确定主要取决于电缆布置、检修通道设置、设备限界、施工工艺等的空间要求，并应考虑施工误差、结构变形、位移、测量误差等影响。其中最主要的因素取决于电缆布置规格。根据《江苏电网输变电工程标准化设计图集》，2回220kV+4回110kV电缆的盾构隧道内径，建议为3.5m，据此可以隧道横断面。

（2）盾构工作井布置数量及位置确定

盾构工作井的布置应避免对周围建构筑物的不利影响，考虑地形、交通、水利等行业管理制约。

工作井的最小尺寸受工作机械限制，且需考虑施工场地要求。由于工作井投资较大，全线应力求长距离顶进，少设工作井，一般原则是在电缆隧道出入口处设工作井。电缆隧道的出入口包含电缆放线口、管线进出口、通风口、检修口。

放线口用于电缆放线，可兼做设备、材料吊装口时，满足空间要求。一般间距要求为500-1000m。

人员出入口主要用于检修人员巡视通道，开挖式电缆隧道不宜大于200m，非开挖式，可以放宽至1000~2000m。

通风口的设置应满足通风区段的划分。通风区间宜按电缆隧道工作井通风机房来划分，通过隧道平面与通风系统的整合设计，2~4个防火分区共享一个通风区间。

综上因素考虑，工作井的设置按照约600m左右间距设置，本工程隧道全长2.8km，相应设置6个工作井，工作井位置根据规划地块因素等进行微调。

（3）电缆隧道竖向高程设计

非开挖段的电缆隧道纵断面设计要点主要在于穿越处电缆隧道顶高程的确定。确定穿越处高程后，根据工作井位置，设排水坡度，将隧道排水引入工作井内，即可确定全线的电缆隧道竖向高程，完成电缆隧道纵断面设计。

1、穿越河流处隧道控制深度

本工程穿越河流3次，一次为航运河（古黄河），一处为直景观河，一处为斜穿景观河。

穿越航运河，根据《盾构隧道工程设计标准》3.2.7条，纵断面设计时应根据河流最高和最低设计水位、河床最大冲刷深度及最大冲刷线等因素综合确定最小覆盖层厚度，且覆盖层厚度不宜小于隧道外径。古黄河冲刷线高程为31.65m，覆盖层厚度不小于4.1m，设置0.5m的安全裕度，据此可以计算出故黄河底隧道顶标高为27.05m。

2、穿越地铁盾构区间隧道控制深度。

根据《城市轨道交通结构安全保护技术规程》，穿越地铁盾构区间时，上方基坑作业的竖向净距不宜小于1.0D（D为新建隧道及既有结构外径或宽度的最大值），且不小于4.0m。本工程穿越地铁处地铁盾构外径为6.2m，若采用盾构施工工法从上部穿越，至少需要6.2+4.1+4.1=14.4m的覆土深度，而本工程地铁盾构区间覆土深度仅8m，因此盾构无法从上方穿越，需从下方穿越。

从地铁盾构区间下方穿越时，下穿隧道作业的竖向净距不宜小于1.0.D，且不小于2.0m，因此地铁盾构区间处埋深为其下方6.2m。地铁盾构区间底标高为23.82m，设置0.2m的安全裕度，穿越地铁盾构区间隧道顶控制标高为17.42m。

3、穿越道路处隧道控制深度。

根据《盾构隧道工程设计标准》3.2.3条，本工程穿越道路处地面标高一般为40.0m，道路周围有管线，最深处约为4m，本工程过道路处覆土按照1.5D（6.4m）控制，即能满足通过要求。

五、结论

本文通过徐州市某电缆隧道工程，论述了电缆隧道平面路径的选择原则、暗挖隧道的施工方法选择及电缆隧道横纵断面设计原则。

（1）电缆隧道平面路径的选择需要从城市发展规划和自然地形地质两方面来考虑。

（2）暗挖电缆隧道的施工方法选择主要包括顶管法和盾构法，在隧道埋深大、长距离情况下，盾构法的适用性更强。

（3）电缆隧道横纵断面设计主要包括隧道内径的确定、工作井布置数量及位置确定、电缆隧道竖向高程设计，完成电缆隧道纵断面设计。

参考文献：

[1]倪镭.上海世博会电力电缆隧道工程设计综述[J1.特种结构，2009(6):7-10

[2]电力规划设计总院.电力电缆隧道设计规程:DL1T5484-2013[S].北京:中国电力出版社，2014.

[3]中国电力企业联合会.电力工程电缆设计标准：GB 50217-2018[S].北京:中国计划出版社，2018.