预装式U型电缆沟设计方案研究

周秋鹏，周 蠡，黄振喜，龚 俊

（1.国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；3.湖北省送变电公司，湖北 武汉 430063）

预装式U型电缆沟设计方案研究

周秋鹏1，周 蠡1，黄振喜2，龚 俊3

（1.国网湖北省电力公司经济技术研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；3.湖北省送变电公司，湖北 武汉 430063）

从预装式U型电缆沟的技术可行性和经济合理性两方面分析了预装式U型电缆沟的特点。依托某500 kV变电工程，将预装式U型电缆沟作为应用试点。通过与现浇混泥土电缆沟进行对比分析，证明采用预装式U型电缆沟可以有效降低现场施工工作量和施工周期，解决传统施工方法存在的问题，为变电站进一步实现“设计标准化、加工工厂化、安装机械化、施工专业化”建设奠定了基础。

预装式U型电缆沟；抗浮稳定性；全寿命周期

0 引言

随着国内智能化变电站建设的发展和推广，预装变电站在国内逐步兴起。电缆沟是电网系统中变电站、开关站等建筑工程的重要组成部分，在施工中往往成为制约工期的一个重要环节。目前电缆沟施工一般采用现浇混凝土电缆沟，在现场的施工工期相对较长，在一些低温阴雨、扩建工程、工期短等特殊环境下施工受到诸多制约[1-4]。

预装式混凝土电缆沟采用混凝土和钢模板施工技术，在工厂对电缆沟结构进行分段预制，然后运抵现场拼装而成。使变电站的建设从传统的土建设计和施工模式开始向“设计标准化、加工工厂化、安装机械化、施工专业化”的模式转变，有利于变电站建设向科技含量高、资源消耗低、环境污染少、建设精细化的方向发展。

预装式混凝土电缆沟具有下列特点：一是促进建筑工业化进程；二是满足体系化设计的要求；三是不受现场气候、环境、地质条件等因素影响；四是现场施工效率高、施工周期短，能有效降低人工费用。虽然，预装式混凝土电缆沟的优势明显，但在设计与应用技术上仍存在一些问题，特别是接头设计、安装工艺以及防渗水措施等问题尤为突出。因此，对预装式混凝土电缆沟的技术及经济方面进行深入系统的研究，对其设计的研究有着重要的工程意义和现实意义。

1 预装式U型电缆沟的技术性评价

预装式混凝土电缆沟采用混凝土和钢模板施工技术，对电缆沟主体结构进行分段预制，然后运抵现场拼装而成。在确定预装式电缆沟的结构方案阶段，既要系统考虑混凝土电缆沟的安全性、功能适用性要求，又要结合装配式结构的特点，综合考虑基本段沟身及盖板的结构选型、交叉连接和转弯段沟身及盖板的结构选型与处理方式、预制段之间的拼装连接构造与防渗水措施、沟底排水坡度设置等各个方面的技术问题。

1.1 预装式U型电缆沟的结构型式

预装式U型电缆沟是由横截面呈U型的电缆沟体依次相接组成。预装式U型电缆沟的基本段沟身构造参数如下：沟壁厚度顶部为130 mm，底部为150 mm，顶部设橡胶压条；底板厚度为150 mm，中间半圆形排水沟R40 mm，横向双坡度2%；沟壁底部外侧不设墙趾；预装式U型电缆沟断面图如图1所示。预装式U型电缆沟沟体具有施工工期缩短、铺装成本较低、提高工作效率的特点[5-7]。

图1 预装式U型电缆沟断面示意图（单位：mm）Fig.1 Schematic diagram of prefabricated cable trench of U type

1.2 预装式U型电缆沟的结构分析与计算

1.2.1 构件自重

预制U形电缆沟基本段沟身横断面面积、构件实际长度及构件自重见表1所示，预制基本段沟身盖板自重见表2。

表1 预装式U形电缆沟自重Tab.1 Deadweight of prefabricated cable trench of U type

表2 预装式U形电缆沟沟盖板自重Tab.2 Deadweight of prefabricated cable trench cover plate of U type

1.2.2 抗浮稳定性验算

依据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011中5.4.3条规定对预制U形沟进行抗浮稳定性验算[8-10]。以型号为D1210预制U形沟为例验算抗浮稳定性（下文除特殊说明者外，计算分析均以型号为D1210预制U形沟为例），其余型号的预制U形沟抗浮稳定性验算结果见表3。

取1 m长U形沟为计算单元，抗浮验算水位取沟壁外侧场地标高，U形沟自重

预制盖板重

每个U形沟预制段的每边设有2副电缆支架（沟宽b≤800时单边设置），电缆支架重及电缆压重按每副支架3 kN计算，每米U形沟电缆支架及电缆压重

浮力作用值

抗浮验算

抗浮验算满足要求。

表3 预装式U形电缆沟抗浮验算结果Tab.3 Results of anti floating of prefabricated cable trench of U type

1.2.3 预装式U形沟配筋计算

取1 m预制U形沟计算，确定计算模型，U形沟实际受力如图2所示，经简化后计算模型如图3所示，预装式U形沟配筋计算结果如表4所示，配筋图如图4所示。

图2 预装式U形电缆沟实际受力图（单位：mm）Fig.2 Force diagrams of prefabricated cable trench of U type

图3 预装式U形电缆沟简化模型（单位：mm）Fig.3 Simplified model of prefabricated cable trench of U type

图4 预装式U形电缆沟配筋示意图（单位：mm）Fig.4 Schematic diagram of reinforcement for prefabricated cable trench of U type

表4 预装式U形电缆沟配筋计算结果Tab.4 Results of reinforcement of prefabricated cable trench of U type

1.2.4 施工阶段承载力验算

施工阶段侧壁受到的外推力取1 kN/m2，截面I-I弯矩

素混凝土抗弯承载力

其余型号预制U形电缆沟施工阶段承载力验算均满足。

1.3 预装式U型电缆沟的连接构件处理方式

预装式U型电缆沟连接处的构件有三种方式分别是T接、＋接和L接，见图5。所有连接处沟壁均采用统一的45°切角，每边投影长度500 mm，与车道相交的电缆沟（车道宽+2×1 m范围内）及其盖板宜采用现浇混凝土结构。

图5 三种连接构件平面示意图（单位：mm）Fig.5 Planar graph of three connected components

以抗浮稳定性最差的连接构件为十字形连接D1210-D1210为例，对预装式U型电缆沟连接构件的抗浮稳定进行验算。由于十字形连接D1210-D1210排开水体积最大，因此所受浮力作用值最大，连接处四个角均设有2个电缆支架。

十字形连接构件自重

预制盖板自重

电缆支架及电缆压重之和

浮力作用值

抗浮稳定性验算

G1k+G2k+G3k=37.98+8.46+24=70.44 kN＞1.05 Nw,k= 1.05×65.75=69.04 kN 抗浮稳定性验算满足。

2 预装式U型电缆沟的经济性评价

2.1 不同类型电缆沟单位造价

本经济性比较数据以采用预装式电缆沟的卧龙500 kV装配式变电站和采用混凝土电缆沟的仙女山500 kV变电站为实例计算，具体分析如下：以1 200 mm×1 150 mm规格的电缆沟为例，预装式U型电缆沟单位造价为2 567.3元/m，现浇式混凝土电缆沟单位单价为2 159.4元/m，二者相比较单位造价相差407.9元。

2.2 预装式U型电缆沟的费用增量

卧龙500 kV装配式变电站采用截面为1 200 mm×1 150 mm规格的预装式U型电缆沟，长度为460 m。采用预装式U型电缆沟的总体造价为118.09万元，采用现浇式混凝土电缆沟的总体造价为99.33万元，采用预制电缆沟比现浇钢筋混凝土电缆沟费用高18.76万元，前者一次性投资增加约18.89%。

2.3 全寿命周期(LCC)分析对比

混凝土电缆沟的使用寿命周期为30 a，而预装式电缆沟使用寿命周期为60 a。以上述装配式变电站和常规变电站为例，常规混凝土电缆沟15a维护加固一次，60 a内共维护加固4次。以60 a为一个周期进行比较如表6所示。

3 预装式U型电缆沟的试点评价

在卧龙500 kV变电站工程中对预装式U型电缆沟进行试点，试点后评价如下。

表6 预装式电缆沟与混凝土电缆沟60 a全寿命周期对比Tab.6 Comparison of the whole life cycle of prefabricated cable trench and concrete cable trench 60 a （单位：万元）

(1)经济性方面：预装式电缆沟从施工时间、人力资源需求、质量工艺等方面来说优于现浇混凝土，但施工成本高于现浇混凝土电缆沟。若实现规模化生产后，可大大降低生产成本，具有更高的经济性，符合电网建设发展的需求。

(2)技术性方面：预装式U型电缆沟稳定性好，在同宽度的沟中所需混凝土量较少；安装时，整体调平调直简单，安装时间短；在相同条件下，可大大降低人工及时间成本。

(3)质量工艺方面：实体质量好，强度高，耐久性好，观感好，能达到清水混凝土标准。无龟纹、裂纹等质量通病现象。

(4)施工方面：预装式混凝土电缆沟施工工序比现浇混凝土电缆沟少，而且没有等待拆模、养护等间歇等待的时间，可大大缩短现场施工时间。电缆沟新型辅助吊装工具装拆方便、灵活，能有效提高预制件安装就位的工效。

(5)运行维护方面：预装式电缆沟一次成型，后期免维护。

(6)工程扩建方面：在扩建项目中，电缆沟拆除费用相对较低，且部分电缆沟墙板可以重复利用。

4 结论

本文从技术可行性、经济合理性和试点评价等方面分析了预装式U型电缆沟的特点，其具有实体质量好、强度高、耐久性好、装拆方便灵活、可重复利用等优点避免了质量通病的现象，降低了人工及时间成本，提高了施工效率。通过全寿命周期的对比分析，采用预制电缆沟比现浇式电缆沟费用高出约20%，但若采取各种技术、经济手段降低施工成本，则预装式电缆沟有明显的优势，其推广应用将为变电站进一步实现“设计标准化、加工工厂化、安装机械化、施工专业化”建设奠定坚实的基础。

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Design of Preinstalled Cable Trench of U Type

ZHOU Qiupeng1，ZHOU Li1，HUANG Zhenxi2，GONG Jun3
(1.State Grid Hubei Electric Economics and Technology Research Institute,Wuhan Hubei 430077，China；2.State Grid Hubei Electric Power Company,Wuhan Hubei 430077，China；3.Hubei Electric Power Transmission&Transformation Company,Wuhan Hubei 430063，China)

The characteristics of prefabricated cable trench of U type are introduced in terms of technical feasibility and economic rationality.The pilot study is made for 500 kV transformer sub⁃station project of prefabricated cable trench.Through comparing with cast-in-place concrete cable trench,it is indicated that cable trench of U type can effectively reduce the workload of construc⁃tion site and the construction cycle,solve the existing problems in traditional construction method. It has laid the foundation for the further realization of the substation"design standardization,pro⁃cessing factory,the mechanization of the installation,construction specialization".

prefabricated cable trench of U type;anti-floating stability;life cycle cost

TM63

B

1006-3986(2016)04-0042-05

10.19308/j.hep.2016.04.010

2016-03-04

周秋鹏（1966），男，湖北浠水人，高级工程师。