110kV高壓電纜管溝支托保護方案研究
隨著城市軌道交通的迅速發展，捷運出行已成為現代城市公共運輸的重要組成部分，城市捷運建設呈加速趨勢。捷運建設過程中，對周邊環境的保護是設計工作極其重要的一部分，是“以人為本”設計理念的重要體現，尤其是對城區地下管線的保護。城區地下管網繁複駁雜，捷運建設過程中不可避免地會對周邊管線產生影響，常規穩妥的方法是將管線進行遷移隔離，但對於部分管線如110kV高壓電力管線、高壓燃氣管線等的遷改難度較大，需採用專項的管線原位保護方案，以確保捷運建設過程中管線的正常運行。
結合深圳城市軌道交通9號線二期工程臨海路站110kV電纜管溝支托保護工程實例，採用SAP2000分析軟體進行相關計算，據此分析和評估管線的安全狀態，同時根據監測情況進行驗證研究。
項目及地質概況
深圳城市軌道交通9號線二期工程臨海路站設於怡海大道與月亮灣大道之間，呈東西向布置，受周邊建築物的限制，車站站位總長157.5m，標準段寬20.2m，底板埋深約16.6m，頂板覆土2.93m。車站西端怡海大道東側人行道下現有1條3.6m×1.7m電纜管溝，內有2回6條110kV高壓線和若干條10kV電力線，由於110kV高壓線較重要，管線遷改難度大，橫跨車站主體及附屬部分需進行支托保護，總平面布置如圖1所示。
圖1本站場地屬濱海灘涂地貌，經填海造地人工活動，原始地貌已改變，車站地面標高4.57m～7.41m，地勢平坦。根據地質鑽探揭露情況，場地內自上而下的地層為：〈1-1〉素填土、〈1-3〉填碎石、〈2-1〉淤泥（質）土、〈5-2〉粘土、〈5-4〉中粗砂、〈6-1〉〈6-2〉可塑和硬塑狀砂質粘土、〈11-1〉全風化混合花崗岩、〈11-2〉土狀和礫砂、碎石狀強風化混合花崗岩、〈11-3〉中風化混合花崗岩、〈11-4〉微風化混合花崗岩。
110kV高壓電纜管溝支托方案設計
110kV高壓電纜管溝橫跨車站主體及1號風亭附屬結構，該纜線為4回12條110kV高壓電纜線，管溝為鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸為3.55m×2.3m（如圖2），由於高壓電纜遷改難度巨大，同時考慮110kV高壓電纜的電弧回流影響以及產權單位要求不允許破壞該電纜箱涵以防安全事故發生等要求，電纜管溝必須原位支托保護，由於主體及1號風亭組分期實施，本文重點研究橫跨主體部分支托保護方案，平面布置如圖3所示。
圖2與圖3該支託管溝跨度約20.5m，由於管溝採用鋼筋混凝土結構，故自重較大，採用常規懸吊式保護的方法可靠性較差，容易造成管溝懸吊於空中晃動的可能性，故總體考慮採用剛性結構來承托電纜管溝。
擬定支托保護方案如下：
⑴由於管溝支托跨度較大，為控制支托結構變形撓度，管溝兩側各設定φ1200臨時中立柱施工；
⑵在中立柱上設定800×1000支撐大梁施工，作為支托結構的主要骨幹；
⑶考慮到管溝下鋼筋綁紮困難，管溝下採用36C@500工字鋼支托，並與支撐大樑上的預埋鋼板焊接；
⑷考慮到管溝下方結構並不一定平整，以及型鋼與管溝底存在不平整接觸的可能，在型鋼外圍澆築混凝土形成200×400型鋼樑，以利於結構支托。
由於電力管溝占據空間，與電力管溝相交處地下連續牆結構需採用逆作法施工，但地質條件較差，存在一定厚度的淤泥（質）土層、填碎石層及中粗砂層，逆作法實施難度較大，需進行加固處理，經研究設計方案如圖4～5，具體如下：
⑴由於地質條件較差，在逆作法連續牆實施前先換填表層填碎石層，對連續牆外側一定範圍土體採用φ600雙管旋噴樁+袖閥管注漿加固處理；
⑵加固完成後，在基坑內人工自上而下逐層分段掏挖連續牆土體，由於逆作法施工風險較大，需邊挖土、邊支護，嚴禁超挖，且及時支護，考慮綁紮鋼筋籠時效性較差，採用型鋼支護；
⑶分段掏挖1m後，施作Φ22鋼筋網@300×300，噴射5cm厚C35混凝土，以保證架設型鋼面層平整；
圖4與圖5⑷及時架設50c工字鋼，鋼翼緣與兩側連續牆工字鋼板腹板焊接，綁紮Φ8鋼筋網@150×150，模築C35早強混凝土。
計算分析
①計算模型
採用SAP2000對模型進行建模計算，電力管溝為鋼筋混凝土管溝，考慮其結構自重、線纜重量及高壓線包封重量，同時考慮施工期間施工荷載以及施工期間可能存在的管溝內積水等因素，建立模型如圖6所示。
圖6②計算結果分析
支托系統對管溝的影響主要體現於位移沉降，根據計算顯示位移如圖7所示。可見，200×400型鋼樑最大位移為12.21mm，根據工程經驗及產權部門的要求，管線沉降及水平位移對於剛性壓力管道位移累計值不大於15mm，故滿足要求，同時考慮管溝本身為鋼筋混凝土結構，存在一定剛度，現場位移應略小於計算位移。
圖7③監測結果
現場支托體系實施過程中，對管線結構進行密切監測，支托結構管道監測點布置如圖3，實施過程中監測數據（取最近的2016-07起5個月的數據），統計結果如圖8所示。可見，在基坑開挖及實施主體結構過程中，支托結構隨著工程的推進，位移沉降逐漸趨於穩定，最大位移為11.91mm，基本與計算結果接近，但由於管溝自身剛度原因，位移略小。
圖8以深圳城市軌道交通9號線二期工程臨海路站110kV電力管溝支托保護工程為背景，採用SAP2000分析軟體分析模擬結構變形，並以實際監測數據進行對比驗證，得出如下結論：
⑴在捷運實施的過程中，電力管溝產生的位移均在安全範圍內。
⑵由於電力管溝變形的主要荷載為管溝自重、施工荷載及施工過程中積水，建議在實施過程中對管溝蓋板等可拆卸構件拆移保護，同時加強施工管理，避免機械等壓在管溝上，溝內積水及時抽排。
⑶逆作法連續牆實施施工風險較大，特別是對於深圳市這類地下水豐富的城市，逆作法實施前建議加強補勘，摸清實際地層情況，進行有針對性的土體加固，同時逆作過程中嚴禁超挖，隨挖隨支護，並密切觀察監測土體狀況，發現異常及時採用預埋注漿錨管進行注漿處理。
三點支托自由浮球式疏水閥
長壽、高效、可靠的節能產品三點支托自由浮球式疏水閥
三點支托自由浮球式疏水閥,是在老式的自由浮球式疏水閥的基礎上進行重大改進後製成的。結構獨特,性能很高,專家評審意見結論為“性能、結構具有日本同類產品的先進水平。”獲國家專利並列入“國家專利重大實施項目”。它具連續排除凝結水、排量大、背壓高、無噪音、泄漏量極微、可靠性高、使用壽命長等特點,1986年以來,在石油、化工、輕工、紡織、醫藥等行業數千家用戶中使用,均能獲得滿意的效果,被四川省人民政府授予優秀新產品稱號。
三點支托自由浮球式疏水閥的結構有以下幾個明顯的特點:
(1)改傳統的單點支托為三點支托。高精度的浮球在三支托點上就位穩定,自行定心,密封嚴密,閥嘴互換性強。
(2)改變了上、下閥體的分開面,將其置於閥的中下部,從而對起關鍵作用的下閥體加工在工藝、檢測上都創造了良好的條件,三個支托點的形位和尺寸精度都能準確達到,使疏水閥質量有了可靠的保證。這樣的結構在所有的疏水閥中都是絕無僅有的。
(3)雙金屬片置於閥的下部,起自動排放不凝結汽的作用,並設有手動微調閥,能較好地消除氣阻。
(4)濾網面積大(是相同口徑熱動力式疏水閥的5倍),不易堵塞,無故障運行時間很長。
合理的結構、優良的質量、及完善的功能,能夠在使用中獲得顯著的成果。
節能效果好
節能效果好,尤其是對疏水點多、泄漏嚴重的工廠節能更加顯著
這是由下列因素決定的:(1)三點支托自由浮球式疏水閥漏汽率極微,一般為零。機械電子工業部疏水閥檢測中心,隨意抽測9個規格的疏水閥,其中5隻漏汽率為零,僅有一隻達到了0.65%(國家標準為<3%)。昆明市鍋爐學會對在用的昆明力車胎廠的疏水閥進行測試,漏汽率為零。四處化工總廠對長期使用後的疏水閥進行對比測試,發現漏汽率大大低於引進的日本疏水閥。
(2)能連續排除凝結水。凝結水一經形成立即排出。這有利於提高換熱速度,充分利用蒸汽中的潛熱(在蒸汽熱烙中潛熱占85%以上),從而提高熱效率。因為水的導熱係數(λ水=0.54)僅為鋼的1/100左右(λ鋼=47~59),凝結水如不及時排出就可能在管壁上形成水隔膜,從而降低熱交換的速度,嚴重時會引起停產。所以凝結水排出速度越快越好,絕不能讓它在管內停留過長的時間。任何間歇式排水的疏水閥都有一個凝結水產生、聚集、降溫(熱靜力型疏水閥)或減壓(熱動力型疏水閥)、然後開啟閥瓣,排放過冷水的過程。完成這一過程需要一定的時間,這就會不同程度地在管壁上產生水隔膜影響熱交換的速度,降低熱效率。這也是使用三點支托自由浮球式疏水閥比其他疏水閥熱效率更高的原因(同時也是產生二次閃蒸汽較多的原因一一因為排放的凝結水速度快,接近於飽和溫度,故排空時又迅速汽化,有的同志誤認為這是“漏汽”,其實.排放凝結水時不產生二次閃蒸汽,那才是不正常的表現)。
重慶油脂化學廠使用該閥以後,換熱設備溫度升高5℃,提高熱效率15%,而用於恆溫烘房則提高熱效率21%;昆明力車胎廠在硫化機上使用該閥以後,溫度由原來的145℃上升到165℃,大大縮短生產周期,節約蒸汽50%;岳陽石化廠樹脂分廠證實使用三點支托自由浮球式疏水閥比其他閥每班多節約蒸汽50kg。
(3)背壓高,利於凝結水的回收。該閥背壓達90%左右,出口壓力高,能將凝結水輸送到較高、較過的地方以便集中佼用,充分利用剩餘的熱量,僅此一項,就可節約能源5%以上。
性能可靠 使用壽命很長
該閥在運行中,不繡鋼浮球為僅有的動作原件,工作時隨凝結水的增減上下浮動,處於漂浮狀態,基本無磨損,水流對閥孔的沖刷微乎其微，因而閥的使用壽命很長。第一批產品投入使用4年多3萬餘小時(國標8000h),絕大多數仍在正常運轉中。成都化工四廠使用20餘只疏水閥已近4年,無一檢修。1989年12月疏水閥取證時從那裡拿回一隻已使用3年多的疏水閥進行測試,其結果性能指標和出廠時基本一樣。在西安走訪用戶時,國棉五廠的同志風趣說:“你們疏水閥有一最大的缺點,就是使用壽命太長,使用3年多了,還沒有一隻是壞的”。所以,生產廠敢於在兩年內對用戶實行“三包”。決不是句空話,而是有根據的,也是可行的了。
經濟效益高
疏水閥本身體小价微,但能給企業創造很高的經濟效益。一隻優秀的疏水閥一年能節約蒸汽60t(三班運行企業為180t)左右,價值2100元(按35元t/計)是疏水閥本身價值的13倍,一個月能收回購疏水閥的成本(由於各企業基礎不一樣,反映出來的效益也有差異),昆明力車胎廠1987年3月投入9000餘元,換裝了60多隻三點支托自由浮球式疏水閥,七月份統計節約煤炭價值6.3萬元(絕大多數仍正常運轉),原打算再上一台鍋爐才能滿足生產需要,換裝疏水閥後,不僅鍋爐不上了,現有鍋爐蒸汽還有剩餘。貴陽棉紡廠花2632元購裝10隻三點支托自由浮球式疏水閥,運行一年半無一檢修,節約蒸汽21634t,折合原煤3895 t,價值19.5萬元。雲南毛巾床單廠用該閥取代熱動力型疏水閥以後(約20餘只),運行一年節煤1500t,增加效益10萬多元。以上幾家的投資回收期都不到一個月,其經濟效益十分明顯。所以,在供熱系統中唯有使用優秀的疏水閥取代那些陳舊、落後、應淘汰的或性能較差的疏水閥是.投資最少、節約效果最佳、回收時間最短、經濟效益最好的一個環節。三點支托自由浮球式疏水閥是理想的優秀產品,但也應強調指出:有了好的產品,還必須掌握正確選型,合理安裝,科學管理三個十分重要的環節,才能取得令人滿意的成果。在這幾個方面,樂山市金屬結構廠(樂山市閥門廠)樂於為每一個用戶提供滿意的服務。
