可旋轉(zhuǎn)座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿的研制及應(yīng)用

葉建云,段福平,張江宏

(浙江省送變電工程公司，杭州市310016)

0 引言

500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程，全線大規(guī)模采用同塔三回路設(shè)計，三回路鐵塔的塔頭結(jié)構(gòu)采用雙回鼓形橫擔(dān)疊加單回貓頭形式，左右各1個回路，上部1個回路。鐵塔具有整體高度高、底部根開大、整塔質(zhì)量大等特點，且鐵塔質(zhì)量集中在鐵塔下半部分。隨著鐵塔高度的增加，根開逐漸減少，鐵塔質(zhì)量逐漸減小。其吊裝特點:鐵塔下半部分起重量要求高、吊裝幅度大;上半部分起重量相對小、吊裝幅度小。根據(jù)三回路鐵塔的結(jié)構(gòu)特點，研制可旋轉(zhuǎn)座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿，根據(jù)鐵塔的根開及質(zhì)量情況，選用座地雙搖臂工況進行鐵塔下半部分的吊裝，換用外拉線懸浮工況進行鐵塔上半部分的吊裝，以適應(yīng)三回路鐵塔的吊裝要求。

1 抱桿設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)

1.1 座地雙搖臂抱桿設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)

抱桿主桿斷面為□900 mm，基本高度為39.2 m(回轉(zhuǎn)支承以上)，回轉(zhuǎn)支承以下再配置17 m，腰環(huán)設(shè)于回轉(zhuǎn)支承下部(即回轉(zhuǎn)支承下部配拉環(huán));額定起吊質(zhì)量為8 t;搖臂斷面為□600 mm，全長為15.4 m(可組合成13.4 m、12.4 m);起吊滑車組與鉛垂線夾角≤5°(沿搖臂方向);抱桿自由高度(即抱桿頂部至回轉(zhuǎn)支承處腰環(huán)距離)為39.2 m;外拉線對地夾角≤45°;控制大繩對地夾角≤45°;回轉(zhuǎn)角度為±100°;允許不平衡彎矩為392 kN·m;工作狀態(tài)風(fēng)速為10.8 m/s。

1.2 外拉線懸浮抱桿主要設(shè)計參數(shù)

抱桿斷面為□900 mm，基本高度為42.7 m;額定起吊質(zhì)量:90°方向吊裝6 t，45°方向吊裝4 t;抱桿傾角≤5°;起吊滑車組與鉛垂線夾角≤20°;外拉線對地夾角≤45°;控制大繩對地夾角≤45°;承托繩與鉛垂線夾角≤45°。

2 抱桿結(jié)構(gòu)

2.1 座地雙搖臂抱桿結(jié)構(gòu)

抱桿由上至下，由旋轉(zhuǎn)頭部、主桅桿、四通段、搖臂、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、回轉(zhuǎn)支承、鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、底座等結(jié)構(gòu)組成。其中主桅桿由1節(jié)3 m頂段、4節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、1節(jié)2 m節(jié)組成，四通段與回轉(zhuǎn)支承間連接7節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。座地雙搖臂抱桿由外拉線系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

圖1 座地雙搖臂抱桿總體結(jié)構(gòu)Fig.1 General structure of gin pole with seating-type and double rockers

(1)外拉線系統(tǒng):外拉線采用φ15 mm鋼絲繩，雙道布置，上端連接于抱桿旋轉(zhuǎn)頭部，下端在地面收緊。

(2)起吊系統(tǒng):采用1～2滑車組走4道磨繩，上滑車滑輪直接固定于搖臂頂部，下滑車采用同軸雙滑輪滑車。起吊磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩，磨繩從抱桿內(nèi)部引下，由回轉(zhuǎn)支承底部的鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)引出。

(3)變幅系統(tǒng):采用2～3滑車組走6道磨繩，兩滑車均采用懸掛式。變幅磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩，磨繩從抱桿內(nèi)部引下，由回轉(zhuǎn)支承底部的鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)引出。

(4)平衡系統(tǒng):與起吊系統(tǒng)布置相同。

(5)提升系統(tǒng):利用鐵塔主材布置提升系統(tǒng)，提升滑車固定在鐵塔的四腿主材，提升繩采用φ15 mm鋼絲繩，經(jīng)過抱桿底部懸掛的滑車共組成8道提升繩。

2.2 外拉線懸浮抱桿結(jié)構(gòu)

抱桿由上至下，由旋轉(zhuǎn)頭部、主桅桿、四通段、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、底節(jié)等結(jié)構(gòu)組成。其中主桅桿由1節(jié)3 m頂段、4節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、1節(jié)2 m節(jié)組成，抱桿全高為42.7 m。外拉線懸浮抱桿由外拉線系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)、承托系統(tǒng)、控制大繩系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖2 外拉線懸浮抱桿總體結(jié)構(gòu)Fig.2 General structure of suspension gin pole with outside guy wire

(1)外拉線系統(tǒng):外拉線采用φ15 mm鋼絲繩，雙道布置，上端連接于抱桿旋轉(zhuǎn)頭部，下端在地面收緊。

(2)起吊系統(tǒng):采用1～2滑車組走4道磨繩，起吊磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩。

(3)承托系統(tǒng):共4組，均獨立布置，主繩選用φ21.5 mm鋼絲繩，雙道布置，通過100 kN雙鉤收緊。

(4)控制大繩系統(tǒng):吊件控制大繩選用φ13 mm鋼絲繩，雙道布置。

(5)提升系統(tǒng):利用鐵塔主材布置提升系統(tǒng)，提升滑車固定在鐵塔的2個對角主材上，提升繩采用φ15 mm鋼絲繩，經(jīng)過抱桿底部懸掛的滑車共組成4道提升繩。

3 抱桿設(shè)計計算

3.1 懸浮抱桿計算

按照DL/T 5342—2006《750 kV架空送電線路鐵塔組立施工工藝導(dǎo)則》，并參照《架空送電線路施工手冊》等相關(guān)資料對其強度和穩(wěn)定性進行計算［1-7］。

3.2 座地雙搖臂抱桿計算

座地雙搖臂抱桿計算采用SAP2000軟件進行有限元分析計算［8］，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 座地雙搖臂抱桿有限元計算結(jié)果Fig.3 Finite element calculation results of gin pole with seating-type and double rockers

4 抱桿試驗

4.1 試驗項目

根據(jù)DL/T 875—2004《輸電線路施工機具設(shè)計、試驗基本要求》等相關(guān)規(guī)程規(guī)范并結(jié)合抱桿具體設(shè)計要求，確定抱桿試驗項目［9-11］。

(1)懸浮抱桿試驗項目:額定載荷試驗、1.25倍額定載荷試驗。

(2)座地雙搖臂抱桿試驗項目:額定載荷試驗、1.25倍額定載荷試驗、不平衡彎矩試驗、空載回轉(zhuǎn)試驗。

4.2 試驗過程

抱桿試驗在錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程6270塔現(xiàn)場進行，該鐵塔塔型為ZKP32103－130。懸浮抱桿試驗在完成鐵塔19段(18 m)平臺吊裝后進行，按上述4.1(1)條所述的試驗項目分別進行試驗;座地雙搖臂抱桿試驗在完成鐵塔16段(26.8 m)吊裝后進行，按上述4.1(2)條所述的試驗項目分別進行試驗。

4.3 試驗結(jié)果

總結(jié)試驗現(xiàn)場情況并分析試驗測量數(shù)據(jù)，試驗實測數(shù)據(jù)均在抱桿設(shè)計允許范圍內(nèi)，符合抱桿設(shè)計要求，抱桿試驗合格。

5 抱桿應(yīng)用

以500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程TZT3型三回路塔為例，說明可旋轉(zhuǎn)座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿的應(yīng)用。

TZT3型塔最大呼高為69 m，塔頭高度為51.2 m，全高為120.2 m，塔腳根開為22 m，塔身30 m以下主材采用四肢角鋼，30 m以上主材采用雙肢角鋼，整塔質(zhì)量為171.728 t。TZT3型三回路塔塔頭結(jié)構(gòu)采用雙回鼓形橫擔(dān)疊加單回貓頭形式，如圖4所示。

圖4 TZT3型三回路塔塔頭結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of TZT3 triple circuit tower head

根據(jù)鐵塔的根開、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)特點，塔身30 m以下采用座地雙搖臂抱桿分解吊裝，搖臂長度選用13.4 m，相應(yīng)主桅桿配置高度為15 m;塔身30 m以上將座地雙搖臂抱桿轉(zhuǎn)換為外拉線懸浮抱桿，繼續(xù)進行分解吊裝。

5.1 座地雙搖臂抱桿起立

采用先起立抱桿后吊裝鐵塔方式。抱桿利用□350 m×17 m倒落式人字抱桿起立，抱桿起立基本高度為36.5 m。搖臂長度選用13.4 m，相應(yīng)主桅桿配置高度為15 m;四通段與回轉(zhuǎn)支承之間配置5節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，高度為15 m;回轉(zhuǎn)支承以下配置1節(jié)2 m鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)和1節(jié)3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

抱桿起立基本高度=旋轉(zhuǎn)頭部高度0.7 m+主桅桿高度15 m+四通段高度0.5 m+5節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度15 m+回轉(zhuǎn)支承高度0.3 m+鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)高度2 m+1節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度3 m=36.5 m。

5.2 座地雙搖臂抱桿提升

抱桿提升時至少使用2道腰環(huán)，腰環(huán)間距≥10 m，抱桿布置在鐵塔中心，提升前調(diào)整抱桿至正直狀態(tài)，按圖1所示布置提升系統(tǒng)。提升過程中隨時觀察抱桿的正直情況，將外拉線徐徐松出以調(diào)整抱桿正直度，當(dāng)回轉(zhuǎn)支承與腰環(huán)發(fā)生干擾時，設(shè)置過渡腰環(huán);抱桿提升到位后，打設(shè)回轉(zhuǎn)支承處腰環(huán)繩，固定外拉線，松弛提升用的腰環(huán)繩后即可進行吊裝。

5.3 座地雙搖臂抱桿旋轉(zhuǎn)

抱桿在空載狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，即兩副搖臂的起吊及變幅系統(tǒng)均處于松馳狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，通過在地面上拉動兩側(cè)起吊滑車組實現(xiàn)抱桿的旋轉(zhuǎn)，抱桿在±90°范圍之間往復(fù)旋轉(zhuǎn)。

5.4 座地雙搖臂抱桿吊裝鐵塔

采用一側(cè)起吊，對側(cè)平衡方式吊裝鐵塔。當(dāng)一側(cè)起吊時，對側(cè)的起吊、變幅系統(tǒng)用鏈條葫蘆收緊，在吊裝過程中根據(jù)抱桿的傾斜情況隨時調(diào)整對側(cè)的平衡鏈條葫蘆，使抱桿保持正直。30 m以下塔身吊裝時，先吊裝主材，后吊裝斜材，如圖5所示。

圖5 座地雙搖臂抱桿吊裝鐵塔塔身Fig.5 Hoisting tower using gin pole with seating-type and double rockers

5.5 座地雙搖臂抱桿轉(zhuǎn)換為懸浮抱桿

塔身30 m以下吊裝完成后，進行座地雙搖臂抱桿轉(zhuǎn)換為懸浮抱桿操作。收緊變幅滑車組，將搖臂收至垂直狀態(tài);在座地雙搖臂抱桿主桅桿頂部的起吊導(dǎo)向滑輪上布置φ15 mm鋼絲繩，一端綁扎于搖臂上，另一端經(jīng)塔身導(dǎo)向滑車、抱桿底座導(dǎo)向滑車引至絞磨;拆除保險繩、變幅滑車組等，利用絞磨配合拆除搖臂下放至地面。

按座地雙搖臂抱桿提升的逆程序，依次拆除回轉(zhuǎn)支承以下的3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、鋼絲繩導(dǎo)向節(jié)以及回轉(zhuǎn)支承，保留回轉(zhuǎn)支承以上的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、四通段、主桅桿及旋轉(zhuǎn)頭部。繼續(xù)提升抱桿安裝懸浮抱桿的3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及3.5 m底節(jié)(此時懸浮抱桿的基本高度=旋轉(zhuǎn)頭部高度0.7 m+主桅桿高度15 m+四通段高度0.5 m+5節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度15 m+1節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高度3 m+底節(jié)高度3.5 m=37.7 m)，完成懸浮抱桿的起吊滑車組穿引工作，此時抱桿仍呈座地狀態(tài)。然后拆除座地雙搖臂抱桿的提升系統(tǒng)，布置懸浮抱桿的提升系統(tǒng)，采用后者進行抱桿的提升及懸浮操作。

5.6 懸浮抱桿吊裝鐵塔

5.6.1 塔身吊裝

30 m以上塔身吊裝時，在分段質(zhì)量較大的情況下，先吊裝主材，后吊裝斜材，如圖6所示;在分段質(zhì)量較小的情況下，采用分片吊裝的方式。

圖6 懸浮抱桿吊裝鐵塔塔身Fig.6 Hoisting tower using suspension gin pole

5.6.2 貓頭下曲臂吊裝

貓頭部分的下曲臂按左右兩側(cè)分別吊裝，單側(cè)曲臂上下分段分2次吊裝。一側(cè)曲臂吊裝后，在反側(cè)打好落地拉線，以穩(wěn)定吊裝好的曲臂，待兩側(cè)曲臂就位后，在下曲臂頂部左右對綁鋼絲套并用雙鉤收緊，以便于上曲臂就位和保險之用。

5.6.3 貓頭上曲臂及橫擔(dān)吊裝

上曲臂與橫擔(dān)及地線頂架按前后分片組成一體進行吊裝，并用不小于0.7L(L為橫擔(dān)長度)的大橫木進行補強，采用4點起吊，如圖7所示。

圖7 貓頭上曲臂及橫擔(dān)吊裝Fig.7 Hoisting of bent arm and cross arm of“cat head”type tower

5.6.4 鼓形橫擔(dān)吊裝

鼓形橫擔(dān)的上層橫擔(dān)利用地線頂架吊裝，中層及下層橫擔(dān)利用上層橫擔(dān)進行吊裝，各橫擔(dān)吊裝定滑車的布置點利用抱桿進行補強。

5.7 懸浮抱桿拆除

鐵塔吊裝結(jié)束后，連接塔身的連鐵，并將塔身螺栓緊固后，按懸浮抱桿提升的逆順序降低抱桿高度。當(dāng)抱桿降至其頂部低于塔身頂部后，采用拎吊法，將抱桿自塔身內(nèi)松至地面，然后由下向上逐節(jié)拆除。

6 結(jié)語

對于可旋轉(zhuǎn)座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿，當(dāng)采用座地雙搖臂抱桿時，具有吊裝幅度大、起吊質(zhì)量大等優(yōu)點，且可根據(jù)鐵塔結(jié)構(gòu)變化靈活轉(zhuǎn)換為懸浮抱桿，有效降低抱桿整體質(zhì)量，操作更為便捷，并有效結(jié)合了多回路鐵塔的結(jié)構(gòu)特點。在500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程的實際應(yīng)用中，取得了較好的效果，降低了勞動作業(yè)強度及施工成本，立塔工效高，對同類型的鐵塔組立有較好的推廣前景。

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