电缆通道本体结构失效及加固修复技术

李明; 贺雷; 马保松; 王天宇; 朱子豪

doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0505

电缆通道本体结构失效及加固修复技术

doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2020.0505

李明^1,,
贺雷²,
马保松³,
王天宇^3, ,,
朱子豪³

基金项目:

国家重点研发计划"公共安全风险防控与应急技术装备"重点专项 2017YFC0805000

详细信息

作者简介:
李明(1978-), 男, 高级工程师, 主要从事电网工程及技术研发和管控等工作。E-mail:ming-li@sgcc.com.cn

通讯作者:
王天宇(1994-), 男, 现正攻读地质工程专业博士学位, 主要从事非开挖工程管道修复的研究工作。E-mail:cugwty@163.com

中图分类号: TU81
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出版历程
- 收稿日期: 2019-09-10

Structure failure and rehabilitation technologies of the cable tunnel

Li Ming^1
,,
He Lei²,
Ma Baosong³,
Wang Tianyu^{3
, ,},
Zhu Zihao³

摘要

摘要: 我国城市地下电缆通道结构，在其设计寿命周期内容易受到复杂的环境和人类工程活动的影响而发生失效破坏，并造成巨大的社会经济损失和影响，因此需要针对其结构的破坏规律和加固修复方法展开研究，进而有效避免工程灾害的发生。为了探究电缆通道的结构失效问题及其加固修复方法，参考地下管道结构特点，采用工程实例与数值模拟相结合的方法，研究了电缆通道本体结构破坏的类型、分级，结构的应力应变分布及其裂缝的分布规律。工程实例表明其结构损伤形式通常有8种，4个级别；数值模拟结果显示该类结构损伤大都集中在结构失效的危险区域。从适用范围、修复效果和成本等方面对相关的结构加固修复方法——明挖修复、注浆加固修复和非开挖喷涂修复方法进行了对比和分析，对比结果表明非开挖喷涂修复方法适用性较强，施工便捷，安全高效。通过结合对结构破坏和加固修复方法的研究，可以为解决我国的地下电缆通道中可能存在的结构失效问题提供参考。
- 电缆通道 /
- 结构 /
- 破坏 /
- 加固修复方法
Abstract: The urban underground municipal tunnels such as cable tunnel and underground pipeline are usually affected complex load conditions and working environment, and are also highly susceptible to human engineering activities, and thus problems or even failures occur during their design life. Although such failures, not only have caused huge casualties and property losses but also aroused great social attention, the structural failure and rehabilitation method of the cable tunnel have been rarely studied at present. This paper mainly focused on the failure of the cable tunnel's main structure. The damage form and hazard area of the failure are studied based on the numerical study, case investigation, and reference to structural characteristics of the underground pipelines. The results showed that most of the structural damage was concentrated in the hazard area of the failure. Moreover, different structural rehabilitation technologies were compared and analyzed in terms of the scope of application, cost, and the effect of rehabilitation, and the trenchless spraying rehabilitation method was found to have good applicability and workability, and it was safe and efficient. Therefore, references could be provided for solving the problems that might happen in the cable tunnel structure in China by combining the research on relevant structural failure and rehabilitation methods.
- cable tunnel /
- structure /
- failure /
- rehabilitation technology

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图 1 典型电缆通道截面示意图

a.日本新丰洲-新京叶变电站电缆通道截面图; b.伦敦St.Wood-Elstree电缆通道截面图; c.拱形电缆通道截面图

Figure 1. Diagrams of typical cable channel section

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图 2 地下电缆通道结构破坏现象

a.地下通道裂缝; b.环向裂缝; c.斜向裂缝; d, e.通道结构渗漏积水

Figure 2. Structural failure of underground cable tunnel

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图 3 广州天河区管道结构破坏图

a.渗漏; b.腐蚀; c.破裂; d.脱节; e.变形; f.错口; g.沉积; h.异物穿入

Figure 3. Structural failure of underground pipes in Tianhe District, Guangzhou

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图 4 广州天河区管道结构破坏类型及数量统计

Figure 4. Statistics of type and number of underground pipe structural failure in Tianhe district, Guangzhou

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图 5 广州天河区地下管道结构破坏分级统计

Figure 5. Classification of underground pipe structural failure in Tianhe district, Guangzhou

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图 6 不同模型的结构应力和应变云图

Ⅰ.埋地圆形通道结构应力和应变云图; Ⅱ.埋地矩形通道结构应力和应变云图; Ⅲ.埋地拱形通道结构应力和应变云图

Figure 6. Nephogram of stress and strain of different models

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图 7 管道三边荷载管身裂缝图

Figure 7. Cracks on the pipe wall under the three-side load

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图 8 地下通道结构渗漏以及注浆加固

Figure 8. Structural leakage and grouting reinforcement of underground tunnel

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图 9 喷涂+刮抹法修复

Figure 9. Spraying and screeding method

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图 10 内壁喷涂法

Figure 10. Spraying wall method

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图 11 离心喷涂修复方法原理(a)和现场图(b)

Figure 11. Principle (a) and site picture (b) of the trenchless centrifugal spraying methods

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表 1 不同结构模型的几何结构参数

Table 1. Geometric structure parameters of different models

几何参数	横截面尺寸		纵向长度/m	参考标准
圆形通道结构	外径/m	1.2	1	GB50332，GB50838
圆形通道结构	壁厚/m	0.2	1
矩形通道结构	长度/m	6.4	3
	宽度/m	3.5
	单舱宽度/m	3.2
	壁厚/m	0.2
拱形通道结构	长度/m	1.2	1
	宽度/m	1.2
	上拱外径/m	1.2
	壁厚/m	0.2

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表 2 素填土性能参数

Table 2. Property parameters of the plain fill

密度/(kg·cm^-3)	弹性模量/MPa	泊松比	摩擦角φ/(°)	膨胀角/(°)	屈服强度/MPa	黏聚力/kPa
1 720	7.77	0.39	8	0	0.01	10

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表 3 结构裂缝数量统计表

Table 3. Statistics of the structural crack

裂缝位置/(°)	裂缝数量/条	裂缝平均宽度/cm
360(a₁)	13	＞2
21	33	＜0.5
45	21	＜1
90(b₁)	9	＞2
168	28	＜0.5
180(c₁)	7	＞2
192	25	＜0.5
270(d₁)	10	＞2
315	17	＜1
339	29	＜0.5
其他	10	＜0.5

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表 4 几种加固修复工法对比分析

Table 4. Contrastive analysis of different rehabilitation methods

对比项目	明挖法	注浆加固法	非开挖喷涂法
适用性	☆	☆☆	☆☆☆
修复速度	☆	☆☆☆	☆☆
安全性	☆	☆	☆☆☆
成本	☆	☆☆	☆☆☆
注：☆表示在对比项目中的评价，越多的☆表示适用性越广，速度越快，安全性越强以及成本越经济

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