舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)大跨越工程施工關(guān)鍵技術(shù)

申斌，傅劍鳴，李勇，徐敏建，邱強(qiáng)華，張弓，葉建云，段福平，黃超勝

（1.浙江省送變電工程公司，杭州市，310016；2.浙江省電力公司，杭州市，310007）

0 引言

螺頭水道大跨越段是舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)工程的最重要組成部分，按500 kV電壓等級(jí)同塔雙回建設(shè)，大跨越耐張段總長(zhǎng)6.215 km，采用“耐-直-直-直-耐”跨越方式，新建跨越塔3基、錨塔4基，最大跨距2.756 km，3基跨越塔分別位于舟山的大貓山島、寧波的涼帽山島和外神馬島東側(cè)約450 m的海中，跨越塔高度分別為370、370、199 m[1]。

大跨越段工程世界之最的規(guī)模及所處的海島甚至海中特殊地形環(huán)境特點(diǎn)，決定了施工建設(shè)的高技術(shù)難度，圍繞基礎(chǔ)插入鋼管定位控制、遠(yuǎn)離岸基的海中基礎(chǔ)施工、370 m特高塔組立、6.215 km特大跨越架線(xiàn)等施工難點(diǎn)，通過(guò)施工關(guān)鍵技術(shù)研究，創(chuàng)新采用全站儀坐標(biāo)法定位、GPS沉樁定位及全水上施工、座地井架和井筒配雙搖臂旋轉(zhuǎn)抱桿系統(tǒng)、地面與高空結(jié)合的二次提升抱桿、抱桿變幅式拉線(xiàn)、鋼管混凝土泵送導(dǎo)管澆灌、不落水船拖展放導(dǎo)引繩、迪尼瑪繩卡線(xiàn)器、自平衡結(jié)構(gòu)牽引走板等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大跨越工程施工的安全順利。

1 工程概況

螺頭水道大跨越斷面如圖1所示。

370 m高塔基礎(chǔ)采用斜置式插入鋼管基礎(chǔ)，插入鋼管規(guī)格與鐵塔主管相同，為2 m×25 mm，最深基坑插入鋼管共由5節(jié)組成，總長(zhǎng)為19.02 m，總質(zhì)量為62.5 t。插入鋼管頂根開(kāi)為61.62 m，基坑開(kāi)挖深度最大為18.5 m，基坑底部掏挖斷面最大為18 m×18 m，掏挖凈深1.5 m，立柱斷面為6 m×6 m，最大立柱高度為14.5 m，立柱與插入鋼管均為斜置式。基礎(chǔ)最大單腿混凝土體積為1 477 m3，最大承臺(tái)混凝土體積為1 132 m3，最大單腿鋼材用量118.4 t。

圖1 螺頭水道大跨越斷面圖Fig.1 The profile of the large-span transmission project over the Luotou international channel

海中高塔基礎(chǔ)位于外神馬島東側(cè)約450 m的海中，海底標(biāo)高為-2.30～-2.50 m，水深在2～3 m?；A(chǔ)本體采用高樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，承臺(tái)平面尺寸為56.44 m× 56.44 m，由4個(gè)17.6 m×17.6 m×3 m的方形鋼筋混凝土墩臺(tái)組成，承臺(tái)下方共設(shè)有53根樁徑為2.2 m的鋼筋混凝土鉆孔嵌巖灌注樁，每根樁配設(shè)2.5 m×18 mm的鋼護(hù)筒。基礎(chǔ)本體外側(cè)設(shè)置了集群式護(hù)墩樁防撞系統(tǒng)，由64根1.4 m×16 mm的鋼管混凝土防撞樁組成，樁頂位置布置有2道194 mm的水平拉索。

370 m高塔采用四柱雙層橫擔(dān)鋼管塔，質(zhì)量為5 999 t，塔腳根開(kāi)61.62 m，塔身212 m以下主管采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[2]。塔身最大主管直徑為2.0 m，壁厚25 mm，鋼管均采用法蘭連接，其中直徑為2.0、1.9、1.8 m的主管采用內(nèi)外雙圈法蘭。高塔212 m以下采用內(nèi)附曳引式電梯的井筒，井筒外配有外旋梯；212 m以上采用外附齒條型電梯的井架，井架內(nèi)配有內(nèi)旋梯。

大跨越導(dǎo)線(xiàn)采用4×JLB23-380鋁包鋼絞線(xiàn)，地線(xiàn)采用2根24芯OPGW-300復(fù)合光纜。設(shè)計(jì)氣象條件為覆冰10 mm，最大風(fēng)速42 m/s；螺頭水道跨越設(shè)計(jì)通航高度70.5 m，設(shè)計(jì)要求導(dǎo)線(xiàn)最低點(diǎn)高程81.7 m。370 m高塔導(dǎo)線(xiàn)懸垂絕緣串采用4聯(lián)420 kN組合，導(dǎo)線(xiàn)耐張串采用6聯(lián)420 kN組合。導(dǎo)線(xiàn)緊線(xiàn)張力約110 kN，螺頭水道跨越檔導(dǎo)線(xiàn)緊線(xiàn)弧垂約240 m。

2 大跨越工程施工難點(diǎn)

2.1 370 m高塔基礎(chǔ)施工難點(diǎn)

（1）如何精確控制大根開(kāi)、深基坑、基坑不等深、斜置式插入鋼管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)施工定位尺寸，確保后期高塔組立的順利實(shí)施。

（2）如何采取合理可行的開(kāi)挖技術(shù)措施，保證大基面、深基坑開(kāi)挖施工安全及基坑成型質(zhì)量。

（3）如何進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)，保證單腿最大近1 500 m3的大體積混凝土澆筑施工的順利進(jìn)行及施工質(zhì)量。

2.2 海中高塔基礎(chǔ)施工難點(diǎn)

（1）如何進(jìn)行遠(yuǎn)離岸基鋼管樁的沉樁定位控制，保證定位精度。

（2）如何進(jìn)行灌注樁施工平臺(tái)及大體積承臺(tái)圍囹系統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)，保證嵌巖灌注樁及承臺(tái)施工的順利進(jìn)行。

（3）如何進(jìn)行海中高塔組立施工平臺(tái)的布置，滿(mǎn)足199 m海中高塔的組立要求。

2.3 370 m高塔施工難點(diǎn)

（1）如何結(jié)合高塔結(jié)構(gòu)及海島地形環(huán)境特點(diǎn)，選定科學(xué)的組立方案及合理的抱桿型式，滿(mǎn)足370 m高塔施工要求。

（2）如何解決海島受限地形的主管拉線(xiàn)打設(shè)難題，實(shí)現(xiàn)主管根開(kāi)的調(diào)整。

（3）如何結(jié)合高塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選定科學(xué)合理的混凝土澆筑施工方案，保證212 m主管混凝土澆筑的順利進(jìn)行。

2.4 大跨越架線(xiàn)施工難點(diǎn)

（1）如何克服2.756 km大檔距、潮流氣候等不利影響，安全順利實(shí)現(xiàn)引繩的跨海展放。

（2）如何克服國(guó)際航道通航流量大、大型船舶通行頻繁的不利影響，盡量減小線(xiàn)路施工對(duì)航道影響，保證線(xiàn)路施工與航道通航的雙向安全。

（3）如何實(shí)現(xiàn)2.756 km大檔距、6.215 km超長(zhǎng)耐張段、大牽引力、高放線(xiàn)張力、大放線(xiàn)弧垂?fàn)顟B(tài)下的架線(xiàn)施工順利進(jìn)行。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 高塔斜置式插入鋼管基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)370 m高塔大根開(kāi)、深基坑、基坑不等深、斜置式插入鋼管結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，采用坐標(biāo)定位法進(jìn)行基礎(chǔ)施工尺寸的精確控制[3-4]。準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)各部位及插入鋼管定位點(diǎn)的坐標(biāo)值，并通過(guò)CAD軟件繪制基礎(chǔ)各部位的立體模擬圖核實(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以中心樁為坐標(biāo)原點(diǎn)，采用激光型電子全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的精確測(cè)量與控制。從插入鋼管底部的地腳螺栓組安裝開(kāi)始，由下至上逐節(jié)、逐段進(jìn)行測(cè)量定位。

結(jié)合高塔大基面、深基坑、大方量土石開(kāi)挖及深基坑掏挖嵌固成孔設(shè)計(jì)要求，采用光面爆破技術(shù)完成大高差巖石基面及深基坑坑壁的一次開(kāi)挖成型，采用噴錨支護(hù)措施進(jìn)行深基坑開(kāi)挖的坑壁防護(hù)，采用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行深基坑底部的掏挖成孔，保證施工過(guò)程安全及基坑成型質(zhì)量。

根據(jù)基礎(chǔ)各不同部位的鋼筋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別采用電弧焊、閃光對(duì)焊、電渣壓力焊等多種焊接形式。研制大面積整體式鋼模板進(jìn)行大斷面立柱的整體一次模板安裝，并設(shè)置鋼管支撐加固系統(tǒng)。采用集中攪拌、罐裝車(chē)運(yùn)輸、泵送車(chē)下料的連續(xù)澆筑作業(yè)方式，并從混凝土配合比設(shè)計(jì)、溫度控制計(jì)算、預(yù)埋冷卻水管通水冷卻、溫差測(cè)量、混凝土養(yǎng)護(hù)等多方面采取措施，保證大體積混凝土施工質(zhì)量[5-6]。

結(jié)合設(shè)計(jì)提出的高塔場(chǎng)地平整回填及基坑回填密實(shí)度要求，采用振動(dòng)壓路機(jī)分層回填碾壓法進(jìn)行回填壓實(shí)，并通過(guò)灌水法進(jìn)行干密度測(cè)試，保證回填質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 海中高塔基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

采用大型打樁船全水上施工方案進(jìn)行鋼管樁的沉樁，并利用GPS沉樁技術(shù)進(jìn)行沉樁平面定位，保證沉樁定位精度。利用嵌巖樁本體鋼護(hù)筒焊接牛腿、擱置鋼箱梁方式搭建海上大型鉆孔施工鋼平臺(tái)，滿(mǎn)足嵌巖樁鉆孔及混凝土澆筑施工要求。

采用混凝土攪拌船，實(shí)現(xiàn)海中基礎(chǔ)混凝土的全水上攪拌、泵送、澆筑操作。采用海工高性能混凝土，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足海中基礎(chǔ)混凝土抗?jié)B等級(jí)要求。

利用本體嵌巖灌注樁鋼護(hù)筒頂擱置型鋼扁擔(dān)懸掛吊筋反吊鋼圍囹的方式，實(shí)現(xiàn)大體積承臺(tái)混凝土澆筑圍囹支撐系統(tǒng)的安裝。采用二次澆筑方式，將大體積、大厚度承臺(tái)合理分層，通過(guò)設(shè)置剪力鍵及澆筑面鑿毛處理等措施，保證承臺(tái)二次澆筑混凝土面的結(jié)合質(zhì)量。

結(jié)合海中高塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在基礎(chǔ)施工階段考慮立塔方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行高塔組立施工場(chǎng)地布置，并與基礎(chǔ)本體良好結(jié)合，采用依附基礎(chǔ)本體進(jìn)行施工平臺(tái)延伸方案，滿(mǎn)足高塔組立施工平臺(tái)布置要求[7]。

3.3 370 m高塔組立施工關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合高塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定采用250 t履帶吊與座地井架和井筒配雙搖臂旋轉(zhuǎn)抱桿相結(jié)合的組立施工方案，并研制新型座地旋轉(zhuǎn)式雙搖臂抱桿及配套工器具[8-11]。高塔組立分3個(gè)階段：第1階段，89 m以下部分采用2臺(tái)250 t履帶吊及1臺(tái)70 t汽車(chē)吊配合吊裝；第2階段，89～282 m部分采用抱桿分解吊裝，抱桿桿身采用鐵塔自身的井架，抱桿提升操作在地面進(jìn)行；第3階段，待282 m組立完畢，將抱桿212 m之上部分懸浮，利用鐵塔自身的井筒換裝212 m之下的井架，并在212 m處設(shè)立抱桿提升操作平臺(tái)，抱桿提升操作在212 m高空平臺(tái)進(jìn)行，采用抱桿分解吊裝282 m以上部分的塔身、橫擔(dān)及頂架。

抱桿由桅桿、搖臂、上下支座、回轉(zhuǎn)支承、過(guò)渡段、井架、腰環(huán)、底座、起吊系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、拉線(xiàn)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、監(jiān)視及電氣控制系統(tǒng)等組成。最大起吊質(zhì)量：雙側(cè)各22 t（鉤下質(zhì)量），允許最大不平衡彎矩為405 t·m；工作幅度：4.0～33.5 m；最大使用高度：全高399 m；搖臂單臂覆蓋面角度：±100°；設(shè)計(jì)最大工作風(fēng)速：10.8 m/s（離地10 m高，10 min平均風(fēng)速）；設(shè)計(jì)最大非工作狀態(tài)風(fēng)速：35 m/s（離地10 m高，10 min平均風(fēng)速）；起吊、變幅系統(tǒng)采用變頻調(diào)速，電氣控制采用集中控制；抱桿設(shè)有超載保護(hù)、不平衡彎矩限制器、防吊鉤沖頂裝置、起吊系統(tǒng)力顯示器；抱桿拉線(xiàn)采用12道防扭設(shè)置；變幅繩卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置在抱桿高空井架，起吊卷?xiàng)顧C(jī)設(shè)置于地面，通過(guò)控制電纜配合全方位視頻監(jiān)視，在控制室進(jìn)行起吊、變幅、回轉(zhuǎn)的集中控制操作[12-13]。

結(jié)合370 m高塔結(jié)構(gòu)及海島地形特點(diǎn)，研發(fā)多種拉線(xiàn)型式。融合45°外拉線(xiàn)、抱桿變幅式拉線(xiàn)、調(diào)節(jié)橫梁等多種拉線(xiàn)形式，分別應(yīng)用于不同的地形環(huán)境及塔段高度，解決370 m高塔受限地形主管根開(kāi)調(diào)整難題。

針對(duì)高塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合建筑行業(yè)現(xiàn)有鋼管混凝土澆筑方法，創(chuàng)新提出泵送導(dǎo)管澆灌法，采用高流態(tài)、自密實(shí)、高性能混凝土，滿(mǎn)足高塔212 m以下主管混凝土澆灌要求。按塔身結(jié)構(gòu)分段，分7個(gè)灌注施工段，與高塔組立穿插進(jìn)行。

3.4 大跨越架線(xiàn)施工關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合螺頭水道大跨越特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析、比較，確定大跨越跨海段引繩展放采用帶張力不落水船拖展放方式，同相四分裂導(dǎo)線(xiàn)采用2ד一牽二”同步展放方式[14]。

選用φ8 mm迪尼瑪繩作為跨海展放初級(jí)導(dǎo)引繩，研制高速?gòu)埩C(jī)，與大功率牽引船配套，進(jìn)行初級(jí)導(dǎo)引繩帶張力不落水跨海展放。選用φ18 mm高強(qiáng)度迪尼瑪繩作為二級(jí)引繩，通過(guò)計(jì)算合理選配相應(yīng)規(guī)格的牽引鋼絲繩，配置相應(yīng)規(guī)格牽張?jiān)O(shè)備，使?fàn)恳鞒套詈?jiǎn)化。后續(xù)牽引鋼絲繩采用“一牽二”展放方式，并在跨越塔進(jìn)行鋼絲繩高空移相、移位操作，通過(guò)空中倒換，滿(mǎn)足雙回路鋼絲繩牽引次數(shù)要求。

為滿(mǎn)足國(guó)際航道通航安全凈高要求，對(duì)大跨越架線(xiàn)施工段進(jìn)行牽張力與線(xiàn)繩凈高的準(zhǔn)確計(jì)算，合理校定牽張?jiān)O(shè)備的出力，并通過(guò)大變倍透霧攝像機(jī)與經(jīng)緯儀結(jié)合進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

研制新型“一牽二”鉸鏈?zhǔn)教刂茖?zhuān)用走板及自平衡結(jié)構(gòu)，專(zhuān)門(mén)用于大跨越架線(xiàn)時(shí)鋼絲繩及導(dǎo)線(xiàn)的“一牽二”展放，防止走板翻身。采用地面緊線(xiàn)、地面劃印、對(duì)接法掛線(xiàn)技術(shù)，進(jìn)行緊掛線(xiàn)操作過(guò)程中線(xiàn)繩凈高的控制。

研制5 000 kN大噸位新型液壓設(shè)備及液壓操作工藝，滿(mǎn)足大跨越大直徑導(dǎo)線(xiàn)耐張線(xiàn)夾的液壓操作要求。采用4付兩線(xiàn)提升器直接提升法進(jìn)行370 m高塔大荷載懸垂線(xiàn)夾的附件安裝，專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)防滑移措施，有效避免大懸垂角附件安裝時(shí)的提升鉤滑移及導(dǎo)線(xiàn)磨損。

4 技術(shù)特點(diǎn)

4.1 高塔斜置式插入鋼管基礎(chǔ)施工

全站儀坐標(biāo)法定位控制技術(shù)，具有三維坐標(biāo)全方位測(cè)量、定位精度高、不受地形高差限制的優(yōu)點(diǎn)，特別適用大根開(kāi)、深基坑、插入鋼管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)施工測(cè)量定位控制，可實(shí)現(xiàn)定位精度的mm級(jí)控制；光面爆破、靜態(tài)爆破、噴錨支護(hù)等深基坑開(kāi)挖技術(shù)，具有成型效果好、爆破振動(dòng)小、安全防護(hù)性高的優(yōu)點(diǎn)，適用于各類(lèi)巖石深基坑基礎(chǔ)的開(kāi)挖；大體積混凝土施工技術(shù)，具有機(jī)械化程度高、流水線(xiàn)作業(yè)、混凝土質(zhì)量保障好的優(yōu)點(diǎn)，可適用于各種類(lèi)似大體積混凝土基礎(chǔ)的施工。

4.2 海中高塔基礎(chǔ)施工

鋼管樁GPS沉樁定位技術(shù)，能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)樁的坐標(biāo)、坡度及實(shí)時(shí)貫入度，具備全天候、連續(xù)性、高精度的導(dǎo)航定位優(yōu)點(diǎn)，特別適用于遠(yuǎn)離岸基的海中鋼管樁沉樁施工定位；基礎(chǔ)施工及高塔組立所采用的全水上施工技術(shù)，充分利用基礎(chǔ)本體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)施工平臺(tái)及高塔組立施工平臺(tái)布置的最優(yōu)化及最經(jīng)濟(jì)化，解決了海中施工場(chǎng)地布置難題。

4.3 370 m高塔組立施工

大型履帶吊與座地井架和井筒配旋轉(zhuǎn)式雙搖臂抱桿結(jié)合的組塔施工技術(shù)，有效結(jié)合鐵塔設(shè)計(jì)與施工，充分利用鐵塔自身的井架及井筒結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了370 m特高塔組立方案的最優(yōu)化；抱桿變幅式拉線(xiàn)技術(shù)具有不受地形位置限制、布置方便、調(diào)整效果好的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于海島或水中等地形條件受限的跨越塔組立；212 m高空平臺(tái)提升抱桿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了抱桿地面、高空分次提升，將370 m高塔組立一分為二，使抱桿最大提升質(zhì)量由450 t降至347 t，安全風(fēng)險(xiǎn)大幅降低；鋼管混凝土泵送導(dǎo)管澆灌技術(shù)具有免振搗、自密實(shí)、灌注連續(xù)、質(zhì)量保障好的優(yōu)點(diǎn)，適用于帶有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鋼管混凝土灌注。

4.4 大跨越架線(xiàn)施工

帶張力不落水船拖展放導(dǎo)引繩施工技術(shù)，具有展放張力全程實(shí)時(shí)受控、導(dǎo)引繩不落水、展放及升空操作迅速的優(yōu)點(diǎn)，最大程度降低了對(duì)航道的通航影響，實(shí)施安全性好；迪尼瑪繩卡線(xiàn)器具有施工操作方便、錨固荷載大、安全可靠性高、不損傷繩本體的優(yōu)點(diǎn)，為迪尼瑪繩作為大張力牽引繩使用提供了安全可靠的錨固方式；帶自平衡重錘結(jié)構(gòu)的牽引走板，能有效克服線(xiàn)繩自身扭勁及風(fēng)荷載等因素影響，具有行走過(guò)程中水平度自動(dòng)平衡與自動(dòng)調(diào)整特性，可廣泛適用于各類(lèi)大跨距的分裂線(xiàn)繩牽引；線(xiàn)繩凈高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及地面緊線(xiàn)、對(duì)接法掛線(xiàn)技術(shù)，具有受天氣等因素影響小、凈高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、凈高控制保障性好的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于有通航要求的航道跨越，通過(guò)監(jiān)測(cè)及操作的有效配合，可實(shí)現(xiàn)牽引、緊掛線(xiàn)全過(guò)程航道的無(wú)障礙通航。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)螺頭水道大跨越工程的系列施工難點(diǎn)，就高塔斜置式插入鋼管基礎(chǔ)、海中高塔基礎(chǔ)、370 m高塔組立、特大跨越架線(xiàn)施工等方面所開(kāi)展的施工關(guān)鍵技術(shù)研究，在工程實(shí)施中得到了成功應(yīng)用，解決了輸電線(xiàn)路世界第一大跨越施工建設(shè)的多項(xiàng)技術(shù)難題，按期、安全、優(yōu)質(zhì)、順利完成了工程建設(shè)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，為類(lèi)似輸電線(xiàn)路大跨越工程施工提供良好的方法借鑒。

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