0 引言

近年来，随着城市电力建设的快速发展，城区输电线路走廊日益紧缺，利用电缆隧道敷设电缆的建设需求越来越迫切。电缆隧道的施工工法主要有明挖法、浅埋暗挖法和顶管法等^[1-3]，电缆一般通过电缆支架的方式进行敷设。本文以内蒙古电力勘测设计院有限责任公司承揽设计的电缆隧道工程为例，对已投产工程的电缆支架变形影响因素进行分析。

1 电缆支架变形情况

目前，电缆支架按材质分为型钢支架和复合支架2种，其中型钢支架主要分为角钢支架、圆钢支架和方钢支架。与型钢支架相比，复合支架具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点^[4]。但因其造价高（型钢支架的7倍左右），且属于新材料，技术标准较少，在电缆隧道工程中应用较少。而角钢支架采购方便，规格种类丰富，拼装简单，价格低廉，被广泛应用在电缆隧道工程中。内蒙古地区的电缆隧道工程多采用角钢支架。

梳理内蒙古电力勘测设计院有限责任公司近年来完成的14项电缆隧道工程，各项工程的电缆角钢支架最大变形率统计数据见表 1所示。

2 电缆支架变形影响因素分析 2.1 电缆支架截面型式

电缆支架作为独立的悬臂梁构件，主要承受电缆竖向重力集中荷载和电缆运行过程中产生的电动力集中荷载。根据悬臂梁在集中力作用下挠度计算公式可知，挠度与杆件截面抗弯刚度成反比^[5]。按照目前110 kV、220 kV电缆支架的截面规格，角钢抗弯刚度最小，方钢抗弯刚度最大，不同截面型式的抗弯刚度见表 2所示。目前，电缆支架截面型式多为角钢和圆钢截面。选取其中4项电缆隧道工程进一步分析，对变形支架进行变形测量，得出最大变形率，见表 3。对比分析表 3数据可知，在电压等级相同、支架长度相近的情况下，角钢支架变形率较圆钢支架变形率大。

2.2 电缆电动力

电力电缆在运行过程中，电流通过时产生电磁场，导体产生热量，当达到一定温度时，电缆运行温度上升，使得电缆内部材料的物理性能发生改变，由线芯温度的变化引起的热胀冷缩所产生的机械力较大。在过负荷尤其是短路电流的作用下，会产生很大的冲击电动力，导致电缆蠕动甚至变形。电缆电动力的计算公式如公式（1）所示：

(1)

式中P—线芯电动力，N；

      Δθ—线芯的最大允许温升，℃；

      α—线芯的线膨胀系数，1/℃；

      E—线芯的弹性模量，N/mm²；

      A—线芯的截面面积，mm²。

以工程6、工程7、工程11和工程12为例，通过现场实测获取电缆运行温度、电缆截面面积和电缆敷设方式，进而得出电缆电动力^[6-7]及电缆自重，见表 4。电缆支架承受电缆的自重、施工安装及电动力等荷载，其中施工安装荷载相对较小，而电缆电动力相对自重的占比较大，是导致电缆支架变形的主要影响因素之一。从表 4可以看出，电缆电动力越大，支架变形率越大。

2.3 电缆支架螺孔间隙

目前电缆支架通过螺栓连接预埋在侧墙中的预埋件进行固定，电缆支架所用螺栓均为粗制C级螺栓。根据相关规范要求，为了便于安装，螺栓孔径通常比螺杆直径大1.5 mm，特殊情况下可以仅大1.0 mm，C级螺栓孔径允许偏差1.0 mm^[8]。选取3项电缆隧道工程，每项工程抽取6个支架进行螺栓孔径测量，其中3个支架发生明显变形，3个支架无明显变形，实测变形率见表 5所示。在考虑允许偏差的情况下，螺孔间隙最大值为2.5 mm。结合表 5数据可知，变形率大的支架螺孔间隙均超出规范要求，变形率小的支架螺孔间隙均满足规范要求。由此可以推断，螺孔间隙越大，相应的支架变形率也越大。

2.4 支架运输保护措施

目前，电缆支架主要通过绑扎固定的方式进行运输，该方式可以防止支架间相互碰撞挤压，同时方便支架从车辆到隧道的人力运送。内蒙古电力勘测设计院有限责任公司对承揽的5项电缆隧道工程进行了调查，相应施工单位负责人均表示支架在运输过程中未发生质量问题，调查结果见表 6所示。此外，在电缆支架交货时，施工单位会第一时间进行验收，确保支架平直，无扭曲，并使用仪器和量具对角钢支架的长度、壁厚、端部垂直度进行检测，一旦发现电缆支架存在质量问题，立即进行退换处理，杜绝将运输过程中发生变形的电缆支架投入工程使用。

3 防治措施

通过对内蒙古电力勘测设计院有限责任公司承揽的14项电缆隧道工程电缆支架实测数据分析可知，影响电缆支架变形率的因素主要有支架截面型式、敷设电缆的电动力和支架端部的连接方式，针对这些因素制订了合理可行的防治措施，具体如下。

（1）考虑到方钢的抗弯刚度较角钢大，抗变形能力强，可将电缆支架优化为方钢型式。在同等规格条件下，方钢支架抗弯刚度可达角钢支架抗弯刚度的2.8倍。

（2）在电缆支架安装过程中，应根据螺栓孔与螺杆之间的间隙大小对支架端部进行预拱，进而抵消由于螺孔间隙产生的支架变形量。

（3）为了降低电动力对支架变形的影响程度，可采用非金属抱箍将电缆按照三角形进行排列，同时在电缆支架上表面增设橡胶垫，避免电缆直接与支架接触。橡胶垫能够吸收电缆在运行过程中产生的部分电动能，减小电缆对支架的冲击力，有效控制支架的振动变形。