电缆隧道三岔口钢支架的研制（珠海供电局基建部QC小组）

电缆隧道三岔口钢支架的研制 珠海供电局基建部QC小组创新型广东电网公司珠海供电局2013年度QC成果电缆隧道三岔口钢支架的研制 广东电网公司珠海供电局基建部QC小组一、小组概况表1：小组概况小组名称珠海供电局基建部QC小组电缆隧道三岔口钢支架的研制成立日期2012年2月活动时间2013年3月 -2013年12月 注册号2012025团队精神安全第一、责任为重小组成员性别年龄文 化程 度职务或职 称接受TQC教育学时小组分工黄强飞男48本科高级工程师110组长（总体指导）谭喆男38本科高级工程师94副组长（总体技术指导）刘仁亮男39本科高级工程师84副组长（总体协调）罗科男37本科工程师80组员（材料改进应用及施工实践）完平平女39本科工程师80组员（施工实践及意见收集）刘颖男40本科工程师72组员（施工实践及意见收集）钟斌男42本科工程师72组员（施工实践及意见收集）谈艺男31本科工程师72组员（施工实践及意见收集）鲁明佳男31本科工程师72组员（施工实践及意见收集）熊志伟男29本科工程师72组员（施工实践及意见收集）制表人:罗科 日期:2013年3月15日二、选择课题 1、问题的提出2010年9月广东电网公司批复了珠海横琴新区电网专项规划，同意在横琴岛内220kV线路全部采用电缆，利用地区政府建设的电缆隧道敷设，整个横琴岛预计电缆隧道长度约为60km。为了节约建设成本，合理利用线行，区政府将电缆隧道连同排污管沟等其他隧道一并建设，统称综合管沟。因此整个电缆隧道将会遇到众多三岔口。按照常规方式，需要在三岔口沿电缆敷设走向浇注若干500X500mm的混凝土立柱，以便安装电缆支架及敷设电缆。如下图所示：小组成员根据我局在电缆隧道三岔口敷设220kV电缆耗时情况，在物资准时到货的前提下，对220kV电缆敷设的主要工序及耗时进行统计，如表2所示：表2：220kV电缆敷设的主要工序及耗时统计表主要工序浇注混凝土立柱安装支架敷设电缆合计所耗时间18天1天1天20天制表人：刘颖 日期:2013年3月10日2、本小组通过调查及交流，发现我国部分供电企业在隧道三岔口敷设220kV电缆所耗时间远低于我局，如表3所示：表3：隧道三岔口敷设220kV电缆耗时统计表地区珠海上海北京苏州重庆哈尔滨天津所耗时间20天578567均值20天6.3天制表人：钟斌 日期:2013年3月20日通过统计表可知，上述所调查的供电企业在三岔口敷设220kV电缆平均耗时为6.3天，远少于我局敷设所耗时间。小组成员决定通过本次QC活动，减少隧道三岔口电缆敷设时间。3、为了找到我局电缆隧道三岔口敷设220kV电缆时间长的症结，小组成员对电缆敷设的工序及耗时进行细化分析及耗时统计，如表4所示：表4：浇注混凝土立柱关键工序及耗时统计表主要工序浇注混凝土立柱安装支架敷设电缆合计细化工序基础钢筋绑扎及焊接预埋件支模浇注混凝土拆模养护所耗时间（天）0.51.01.01.00.5141.01.020制表人：鲁明佳 日期:2013年4月2日隧道内常年潮湿，且有积水的可能，所以混凝土需要具备抗渗性能，根据规范要求抗渗混凝土的养护期不得少于 14天。因混凝土原材料不可替换，小组成员决定采用一种新的形式替代混凝土立柱，减少隧道三岔口电缆敷设时间。4、课题的选择缩短电缆隧道三岔口敷设220kV电缆所耗时间局要求1、我局电缆隧道三岔口敷设220kV电缆所耗时间为20天。2、通过表3可知，部分供电企业电缆隧道三岔口敷设220kV电缆所耗时间平均为6.3天。3、现有施工方式采用在三岔口沿电缆敷设走向浇注若干混凝土立柱。因具备抗渗性能混凝土的养护期不得少于14天，导致施工工期不能压缩。4、若要缩短时间，必须采用一种新的形式替代混凝土立柱。现 状电缆隧道三岔口钢支架的研制选定课题三、设定目标1、完成电缆隧道三岔口钢支架的研制；2、将电缆隧道三岔口电缆敷设时间由20天降低至6.3天。图一 目标设定2、目标的可行性分析：领导支持目标可行性分析为配合220kV环澳（富祥）输变电工程在11月30日前的竣工投产，在区政府建设的土建部分交付使用严重滞后的情况下，必须加快电缆线路各部分的施工建设进度目标值可行部门领导亲自参与到QC小组中来，人员力量得到保证经验丰富小组开展QC活动多年，并取得过省优及国优荣誉通过与国内部分电力企业施工工期对比，降低至6.3天是可行的客观条件施工对比经综合考虑，本次QC活动将目标定为“隧道三岔口电缆敷设时间由20天降低至6.3天”是可行的。四、提出方案并确定最佳方案1、钢支架形状的选择在横琴岛上区政府建设的电缆隧道断面类型和尺寸：矩形断面，净空3.8m（宽）×2.4m（高）。根据现状，为有效利用隧道竖向高度，缩小隧道横向宽度，经设计院对水平蛇形敷设和垂直蛇形敷设进行详细计算和论证，决定采用垂直蛇形敷设。根据220kV电缆垂直蛇形敷设的要求，小组提出以下两种形状。钢支架采用龙门架的形状钢支架的形状钢支架采用圆柱的形状方案一：钢支架采用龙门架的形状方案一安装示意图整体分析特点龙门架钢支架夹具龙门架电缆1、结构形式：将若干龙门架钢支架安装在隧道适当位置，满足220kV电缆弧度要求，在龙门架横梁下端安装电缆夹具。2、稳定分析：钢支架通过预埋件与隧道混凝土地面连接，当材料强度和刚度都250MPa时，具有足够的稳定性和安全性。3、固定方法：只需将电缆穿过夹具即可。稳定性高，不易发生倾倒。但结构笨重，需要占用隧道较大位置，不利于敷设电缆和工作人员行走，不利于电缆水平、垂直方向调整。制表时间：2013年4月17日 制表人：谈艺方案二：钢支架采用圆柱的形状方案二安装示意图整体分析特点圆柱形钢支架圆柱夹具电缆1、结构形式：将若干圆柱钢支架安装在隧道适当位置，满足220kV电缆弧度要求，电缆夹具安装在立柱的托臂上。2、稳定分析：钢支架通过预埋件与隧道混凝土地面连接，当材料强度和刚度都250MPa时，具有足够的稳定性和安全性。3、固定方法：只需将电缆穿过夹具即可。稳定性高，不易发生倾倒；占用空间小，有利于敷设电缆和工作人员行走；加工难度低；容易实现支架水平、垂直方向均可全方位转动。制表时间：2013年4月17日 制表人：谈艺方案的评估及选择：表7：方案评估表比较项目方案一方案二稳定性能稳定性能高稳定性能高加工难度加工难度大加工难度小电缆固定程度固定程度高，电缆能很好的贴合在支架上固定程度高，电缆能很好的贴合在支架上灵活性低，不便于电缆沿水平、垂直方向调整高，可以使电缆沿水平、垂直方向调整占用隧道空间占用空间大，不利于敷设电缆和工作人员行走占用空间小 制表人：谈艺 日期：2013年4月19日结论：经综合考虑，方案二稳定性能高、加工难度小、灵活性高、占用隧道空间小等优点，我们小组最终认为最佳方案为方案二：钢支架采用圆柱的形状。2、钢支架及附件材料的选择珠海横琴岛临近海边，电缆隧道长期潮湿，部分低洼地段还可能在雨季积水，为确保钢支架及附件能够长期安全运行，对材料要求较高。采用普通304不锈钢钢支架及附件材料采用非磁性高强度304L不锈钢方案的评估及选择：表8：方案评估表比较项目方案一方案二耐腐蚀性强强，尤其适合在潮湿，盐雾，酸和弱碱环境使用，符合3C绿色节能节材技术应用的要求。材料强度高，抗弯、抗拉性能好高，抗弯、抗拉性能好有无磁性有轻微的磁性无磁性成本低略高 制表人：罗科 日期：2013年4月20日结论：经综合考虑，方案二无磁性，耐腐蚀性强，尤其适合在潮湿，盐雾，酸和弱碱环境使用，且符合3C绿色节能节材技术应用的要求，小组成员决定钢支架材料采用非磁性高强度304L不锈钢。通过小组人员与设计院共同分析验算，得出4.5米节距的垂直蛇形敷设钢支架应力分布，如下图所示：钢支架焊接固定10cm长均布8处，最大节应力在焊接部位93.7N/mm。最大合力位移托臂顶部位移0.45mm，钢支架本体设计分析能够承受每托臂5400N电缆自重力。通过验算，钢支架圆柱采用108X6mm的钢管，托臂采用长度为500mm的#20槽钢。3、夹具型号的选择目前市场上有三芯中间电缆夹具和单芯中间电缆夹具，前者应用于三相品字型（三角）或垂直敷设，后者应用于水平敷设。因横琴岛电缆采用垂直蛇形敷设模式，因此夹具选用三芯中间电缆夹具。本工程选用的电缆夹具断面积为1775mm2，材料屈服力约为27.5Npa，因此夹具的束缚力为48813N。同时本工程为4.5米节距蛇形敷设，电压等级U=220kV，短路电流为2500mm2，通过计算，电缆短路电动力为：因F=14304N48813N，故所选夹具满足要求。4、钢支架底板固定方式的选择通过与隧道底部预埋件连接钢支架底板固定方式通过与隧道底部爆炸螺丝连接隧道土建部分由地方政府投资建设，在竣工验收后再交付我局后续施工，因此难以在隧道底部安装足够规范的预埋件。通过计算，小组成员决定采用将6组M16的爆炸螺丝安装在隧道底部，再与钢支架底板连接。5、U型卡箍型号的选择由上可知，电缆至于托臂上，托臂在通过U型卡箍与圆柱支架紧密连接。因此U型卡箍主要受到电缆（及托臂）自身的重量，以及电缆短路电动力（F=14304N）。经分析资料及计算得出，4.5米节距的220kV电缆在每个支架上的自重为G=5400N。经受力分析及计算， M14X300型U型卡箍所受力最大值为28520N，大于短路电动力F和电缆自重G，满足要求。经过上述逐步对比选择，最终确定钢支架及附件的效果图如下：6、钢支架与混凝土立柱成本对比经对比分析，钢支架虽然在材料成本上比混凝土立柱略有增加，但大大节约了时间和人力成本，小组经综合考虑采用钢支架是可行的。7、钢支架及附件模拟承重受力试验 通过承重试验和力学验算，钢支架及附件承重受力后均满足要求。8、确定最优方案综上所述，小组最终采用的方案是：用304L不锈钢材料制作的圆柱形钢支架及附件。表9：最优方案项目选定方案钢支架形状圆柱形钢支架