СОВМЕЩЕННЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕКТОР И СПОСОБЫ ЕГО СТРОИТЕЛЬСТВА (ВАРИАНТЫ)
COMBINED CABLE GALLERY AND METHODS OF ITS BUILDING (VERSIONS)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электроснабжения градостроительного комплекса. В частности, изобретение предназначено для использования при прокладке кабельных линий электропередачи (в траншеях, в том числе пересеченных коммуникациями) с обеспечением требований санитарно-эпидемиологических правил и норм по предельно допустимым уровням магнитных полей в промышленно развитой городской инфраструктуре. Предлагается прокладывать кабели силовых линий различного класса напряжения с помощью совмещенного кабельного коллектора. Раскрыты также два варианта способа строительства указанного кабельного коллектора в условиях городской застройки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Кабельные линии являются альтернативой воздушных линий электропередач и обычно используются в местах, где строительство воздушных линий невозможно или затруднено, в частности в городских условиях. Достоинствами таких линий являются более высокая устойчивость к различным атмосферным воздействиям, высокая степень надежности и безопасности в процессе эксплуатации, что дает возможность широкого применения в сетях электроснабжения потребителей электроэнергии с помощью кабелей различного класса напряжений.
Кабельные линии могут прокладываться непосредственно в земле в траншеях, в лотках и кабельных каналах, в трубной канализации и в кабельных сооружениях, в том числе в коллекторах (Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Гл. 2.3).
При прокладке в одном направлении большого количества кабелей, что характерно для промышленных предприятий или для стесненных условий городских улиц, насыщенных подземными коммуникациями, могут использоваться коллекторы.
Известен способ прокладки кабельных линий связи по патенту RU 2110128, H02G 9/02, опубл. 27.04.1998 г., который состоит в прокладке кабелей непосредственно в грунте или в грунте, укрепленном, например, горными породами, позволяющими снизить воздействие на кабель.
Недостатком указанного способа прокладки является труднодоступность и недолговечность кабеля, находящегося в земле.
Известен способ прокладки кабеля с использованием комплекса трубопроводов по патенту RU 2489631, H02G 9/06, опубл. 27.03.2013 г., в котором комплекс представляет собой набор жестких блоков с продольными карманами, соединенными и установленными в траншее с возможностью малых осевых и угловых перемещений, при этом через указанные карманы пропускают трубопроводы с протянутыми кабелями. Блоки соединяются на стыках межстыковыми крышками и сверху опускают дополнительно секционные крышки. Способ позволяет зафиксировать и при этом изолировать кабель от грунта и влаги.
Недостатком известного способа является труднодоступность кабеля в случае возникновения замыкания.
Известен способ прокладки кабельных линий с использованием коллектора. Известен также коллектор для кабельных линий по патенту (CN 102889087 E21D 9/14, опубл. 23.01.2013 г.), который является ближайшим аналогом заявляемого технического решения, включающий совмещенный двухуровневый кабельный тоннель, у которого высота тоннеля в два раза больше его ширины. Способ строительства тоннеля заключается в сооружении верхнего уровня тоннеля путем проходки горизонтальной выработки, после чего устанавливают H-образную металлическую конструкцию на опорную плиту канала верхнего уровня и, скрепляя их, осуществляют проходку нижнего уровня также с помощью проходки горизонтальной выработки, после чего скрепляют стальную раму нижнего уровня P-образной металлической конструкции, избегая перекладки кабелей.
Недостатком известного технического решения является громоздкость конструкции, что вызывает сложности в ее установке, особенно в густонаселенном районе при небольшом землеотводе.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в создании такой конструкции, которая позволяет повысить надежность функционирования системы электроснабжения города, сократить сроки прокладки кабельных линий различного напряжения при минимальном землеотводе и обеспечить максимальную безопасность окружающих зданий и коммуникаций, а также в разработке способа ее сооружения под землей в условиях плотной городской застройки и высокой насыщенности инженерными коммуникациями при минимальных затратах.
Поставленная задача решается благодаря созданию подземного совмещенного кабельного коллектора для кабельных линий разных классов напряжения, состоящего, по меньшей мере, из двух камер и соединяющих их, по меньшей мере, двух верхнего и нижнего тоннелей, расположенных параллельно друг над другом по вертикали на расстоянии в свету не менее 0,5 м, при этом каждая из камер разделяется перекрытиями, по крайней мере, на два или более этажа, число которых определяется количеством проходящих через камеру кабельных линий разных классов напряжения, а в случае если кабельные линии разных классов напряжения прокладываются через один этаж, они разделяются перегородками.
Обычно сооружают круглые верхний и нижний железобетонные тоннели.
Круглая форма тоннеля позволяет использовать типовое горнопроходческое оборудование.
Использование тоннеля из сборного железобетона обеспечивает механическую безопасность эксплуатации кабельной энергосистемы, в том числе в условиях химически агрессивных грунтовых вод.
Диаметр тоннелей может находиться в интервале от 0,8-5,6 м, учитывая находящиеся в эксплуатации типы горнопроходческого оборудования.
Строительство тоннеля диаметром менее 0,8 м нецелесообразно, поскольку не позволяет получить преимущество использования коллектора по сравнению с другими техническими средствами. В свою очередь увеличение диаметра тоннеля более 5,6 экономически не выгодно.
В рамках заявленного технического решения разработаны два варианта Способа строительства совмещенного коллектора для кабельных линий разных классов напряжения. Условно можно назвать первый способ как способ «вниз-вверх». Второй способ относится к способу «вверх-вниз-вверх».
Первый из способов применим в случае, если работы ведутся в прочном и крепком грунте, таком как плотные глины, скальные породы.
Второй способ больше подходит для слабого рыхлого грунта, такого как супеси и пески.
Оба способа осуществляют методом щитовой проходки. Щитовая проходка имеет традиционное применение при проходке:
цилиндрических штолен и тоннелей в городских условиях, особенно
при проходке линий метрополитена;
транспортных тоннелей;
при сооружении сборных коллекторов линий;
для подвода и отвода различных коммуникаций.
Щитовая проходка по сравнению с открытым способом производства работ является более предпочтительной и экономичной в следующих случаях:
прокладка коммуникаций на большой глубине, под транспортными магистралями и застроенными участками;
пересечение сборными коллекторами или большими осушительными водоводами городских главных транспортных проездов, площадей, автодорог и железнодорожных линий;
работы по реконструкции коммуникаций уже застроенных территорий, особенно в городских центрах, а также прокладка новых подземных коммуникаций; спрямление городских трасс без учета условий расположения дорог.
Любой из вариантов сооружения совмещенного коллектора начинается со строительства ограждающей конструкции котлована с последующей выемкой грунта.
В первом варианте (способ «вниз-вверх») котлован раскапывают до глубины расположения верхнего тоннеля. Затем выполняют горнопроходческие работы для строительства верхнего тоннеля. После завершения работ осуществляют выемку грунта до глубины залегания следующего нижнего тоннеля и повторяют цикл горнопроходческих работ. Нижние тоннели располагаются параллельно по вертикали вниз под верхним тоннелем на расстоянии в свету между тоннелями не менее 0,5 м. После завершения строительства всех тоннелей в котлованах строятся камеры совмещенного коллектора, имеющие перекрытия, а при необходимости перегородки. По окончании строительства сооружения через совмещенный кабельный коллектор прокладываются кабельные линии разных классов напряжения по тоннелям и помещениям, разделенным перекрытиями, а при необходимости прокладки кабелей разного напряжения через один и тот же этаж их разделяют перегородками.
Во втором варианте (способ «вверх-вниз-вверх») котлованы сразу раскапывают до глубины нижнего тоннеля и выполняют горнопроходческие работы по строительству нижнего тоннеля. Затем котлован засыпают до глубины следующего верхнего тоннеля и выполняют горнопроходческие работы по строительству верхнего тоннеля. После завершения строительства всех тоннелей котлованы откапывают, после чего в котлованах строятся камеры совмещенного коллектора, имеющие перекрытия для расположения кабелей разного напряжения, а при необходимости расположения кабелей одного напряжения на одном и том же этаже устанавливают перегородки. По окончании строительства через совмещенный кабельный коллектор прокладывают кабельные линии разных классов напряжения по тоннелям и помещениям, разделенным перегородками и/или перекрытиями.
Технический результат, который позволяет получить заявленное изобретение, состоит в упрощении прокладки кабельных линий различного напряжения при снижении затрат и сокращении сроков прокладки и обеспечении максимальной механической безопасности в условиях плотной городской застройки с высокой насыщенностью инженерными коммуникациями исключая необходимости перекладки различных кабелей, выполняющими различные функции.
Предлагаемое изобретение позволяет осуществить электроснабжение густонаселенного района более просто и надежно за счет упрощения строительства и обслуживания оборудования, а также осуществление более надежной и безопасной передачи энергии потребителям.
Оба варианта способа строительства приводят к одному и тому же техническому результату с разницей только в том, что в первом варианте работают в более прочных, а во втором варианте в более слабых грунтах. Предлагаемые способы прокладки кабелей минимизируют количество перекладок коммуникаций, что в условиях городской застройки многократно сокращает сроки проектирования и строительства.
Заявляемый коллектор относится к совмещенным коллекторам, поскольку в одном сооружении эксплуатируются кабельные линии разных классов напряжения, при этом требуется минимальная строительная площадка, но обеспечивается максимальная механическая безопасность окружающей застройки и коммуникаций.
Расстояние между тоннелями должно поддерживаться не менее 0,5 м для того, чтобы обеспечить безопасность горнопроходческих работ.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами, представляющими собой устройство совмещенного коллектора, сооруженного заявленными способами.
Фиг. 1 - общий вид совмещенного коллектора.
Фиг. 2 - продольное сечение совмещенного коллектора.
На фиг. 1 показан общий вид подземного совмещенного коллектора, соединяющегося с подстанцией через тоннель прямоугольного сечения. Подстанция (1) соединена со стартовой камерой (2), которая в свою очередь соединяется со второй промежуточной камерой (3) и при необходимости финишной камерой (4). Между камерами (2) и (3) находятся тоннели. Верхний тоннель (5) предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 220 кВ. Нижний тоннель (6) предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 20 кВ. Нижний тоннель проходит через вторую камеру и направляется в третью камеру. Железобетонные тоннели находятся в параллельных плоскостях друг над другом по вертикали и соединены с камерами. Внутри тоннелей от подстанции протягивают кабели, которые выводят к потребителям.
На фиг. 2 представлено сечение по камерам (2), (3) соединяющих их тоннелей, через которые проходят кабели напряжением 220 кВ и 20 кВ. Камеры (2) и (3) разделены перекрытиями (7) на этажи. Перекрытия являются частью несущего каркаса камер. При прохождении кабелей напряжением 220 кВ и 20 кВ через один этаж камеры разделяют перегородками (8).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Подстанция (1) соединена со стартовой камерой К1, включающей 5 перекрытий и 1 перегородку, разделяющие кабели разных классов напряжения, с помощью тоннеля прямоугольного сечения. Затем камера К1 соединяется через два круглых железобетонных тоннеля с промежуточной камерой К2, включающей 7 этажей. Верхний тоннель имеет диаметр 3.25 м, нижний 4.1 м. Камера К2 соединяется с финишной камерой К3 тоннелем диаметром 4.1 м.
Тоннели располагаются строго параллельно друг над другом по вертикали на расстоянии в свету 10 м.
Тоннель диаметром 3.25 м, соединяющий камеры К1 и К2, предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 220 кВ, длина тоннеля составляет 202 м. Нижний тоннель диаметром 4.1 м, соединяющий камеры К1, К2 и К3, предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 20 кВ, его длина составляет на участке К1-К2 202 м, на участке К2-К3 117 м. Кабельные линии 220 кВ выводятся из камеры К2 в ранее построенный коллектор. Кабельные линии 20 кВ выводятся из камеры К3 потребителям или в другой коллектор.
Строительство коллектора осуществляют по способу «вниз-вверх». Вмещающий сооружение массив грунта представлен скальными породами, перекрытыми слоем глины. Для начала горнопроходческих работ строят ограждающие конструкции котлованов камер К1, К2, К3 и раскапывают котлованы до глубины 12 м. Выполняют горнопроходческие работы и сооружают верхний железобетонный тоннель диаметром 3,25 м. Далее выкапывают котлованы до глубины 23 м. Выполняют горнопроходческие работы для сооружения нижнего тоннеля. По окончании горнопроходческих работ в котлованах строят камеры К1, К2 и К3, имеющие перекрытия и перегородки. Кабельные линии 220 кВ прокладываются через камеру К1 по верхнему тоннелю диаметром 3.25 м в камеру К2 и выводятся в существующий коллектор. Кабельные линии 20 кВ прокладываются от подстанции по тоннелю прямоугольного сечения через камеру К1 по нижнему тоннелю диаметром 4.1 м, через камеру К2 в камеру К3 и выводятся потребителям или в другой коллектор. Тоннели сооружают параллельно друг над другом по вертикали на расстоянии 10 м друг от друга.
Установка такого коллектора позволила вывести кабельные линии разных классов напряжения из подстанции без перекладок инженерных коммуникаций и сноса существующих строений. Предлагаемое техническое решение позволило сократить стоимость строительства на 30-35%, а сроки строительства на 2 года.
Пример 2
Подстанция (1) соединена со стартовой камерой К1, включающей 3 перекрытия и 2 перегородки, разделяющие кабели разных классов напряжения, с помощью тоннеля прямоугольного сечения. Затем камера К1 соединяется через три круглых железобетонных тоннеля с промежуточной камерой К2, включающей 5 этажей и 2 перегородки. Верхний тоннель имеет диаметр 1,5 м, средний тоннель 2,5 м и нижний тоннель 3,6 м. Камера К2 соединяется с финишной камерой К3 тоннелем диаметром 4.1.
Тоннели располагаются строго параллельно друг над другом по вертикали на расстоянии в свету не менее 7 м.
Тоннель диаметром 3.25 м, соединяющий камеры К1 и К2, предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 220 кВ, длина тоннеля составляет 195 м. Нижний тоннель диаметром 43,6 м, соединяющий камеры К1, К2 и К3, предназначен для прокладки кабельных линий напряжением 20 кВ, его длина составляет на участке К1-К2 261 м, на участке К2-К3 97 м. Кабельные линии 220 кВ выводятся из камеры К2 в ранее построенный коллектор. Кабельные линии 20 кВ выводятся из камеры К3 потребителям или в другой коллектор.
Строительство коллектора для трех кабельных линий напряжением 220 кВ, 110 кВ и 20 кВ осуществляют по способу «вверх-вниз-вверх». Вмещающий сооружение массив грунта представлен слабыми супесями и песками, для начала горнопроходческих работ строят камеры К1, К2 и раскапывают котлованы на глубину 21 м. Выполняют горнопроходческие работы и сооружают нижний железобетонный тоннель диаметром 3.6 м. Засыпают котлованы до глубины 14 м, после чего выполняют горнопроходческие работы и сооружают следующий верхний тоннель диаметром 2.5 м. Засыпают котлованы до глубины 7 м, выполняют горнопроходческие работы и сооружают следующий верхний тоннель диаметром 1.5 м. По окончании горнопроходческих работ раскапывают котлованы до глубины 21 м и строят камеры К1, К2. Кабельные линии 220 кВ прокладываются по нижнему тоннелю, кабельные линии 110 кВ прокладываются по среднему тоннелю, кабельные линии 20 кВ прокладываются по верхнему тоннелю.
Установка такого коллектора позволила проложить кабельные линии трех разных классов напряжения в минимальной полосе отвода и без перекладок инженерных коммуникаций. Такое решение позволило сократить стоимость строительства на 20-25%, а сроки строительства на 1.5 года.