四柱鋼管桿吊裝工藝及安裝質量影響因素分析

孫德新，汪弘毅，段海濤

(湖北宏源電力工程股份有限公司，湖北 武漢 430077)

四柱鋼管桿吊裝工藝及安裝質量影響因素分析

Introduction on erection technology of 4－poled steel tower and analysis on factors influencing assembly quality

孫德新，汪弘毅，段海濤

(湖北宏源電力工程股份有限公司，湖北 武漢 430077)

通過分析四柱鋼管桿的結構特點，統(tǒng)計出吊裝高度及單吊重量，并以此指導起重機選型。考慮施工工期及經濟性要求，制定合理的吊裝方案及安裝流程。根據理論分析結果，結合實際施工過程中出現(xiàn)的問題，有針對性地分析影響安裝質量的諸多因素，同時給出合理化建議。

四柱鋼管桿；預傾斜；專用吊具；吊裝方案；輪胎式起重機

1 引言

土地資源日顯緊張，為提高土地效益，城市規(guī)劃部門提供高壓線路走廊狹窄，或僅利用綠化帶作為高壓架空線路的通道。普通的自立式鐵塔因為根開寬，需要較大的走廊，占地面積大，不適合在受限制的走廊內架設〔1〕。柏泉220 kV配套線路工程地處武漢周邊，其中柏泉變—李家墩變、舵落口(同塔四回路架設)輸電線路采取了四柱鋼管桿(文中簡稱 “四柱桿”，如圖1所示)。

圖1 四柱鋼管桿實物圖

四柱桿首次在國內大規(guī)模使用，除橫擔支撐材及接頭處斜水平材，其余部位均采用法蘭盤連接，組裝難度較大，很多因素都會影響到安裝質量。

2 四柱桿結構分析

四柱桿分為兩大類，直線桿和耐張桿，其中直線桿1種桿型為21G4SSZV61，耐張桿4種桿型分別為21G4SSJ61，21G4SSJ62，21G4SSJ63，21G4SSDJ69，相關信息見表1。

表1 四柱桿桿型信息

表1的統(tǒng)計數(shù)據顯示:四柱桿全高最小值為59.5 m，最大值為83 m；除21G4SSDJ69桿型最下一段主桿件為7.77 t外，其余構件單件重量均小于5 t，且主要分布在桿身下部；橫擔的單次最大吊重為2.17 t。

表1的統(tǒng)計數(shù)據對于起重機選型有著積極的指導意義，考慮到吊重、工作幅度、起升高度等關鍵參數(shù)，結合起重機相關參數(shù)，選擇某起重機廠出產的25 t級、50 t級、130 t級汽車起重機及180 t級全路面起重機，可滿足施工需求。

四柱桿總體結構分為桿身及橫擔，桿身由主桿件 (正十六邊形)、接頭 (正十六邊形)、水平橫梁 (正八邊形)組成，如圖2所示。為便于高處作業(yè)人員登塔及移動，主桿身4個主柱上均設置有爬梯，水平橫梁上部0.8 m處設置有水平拉索 (U－10，JK－2，1×19-11.0-1250鋼絞線及 NUT－2)，橫擔上設置有走道。

圖2 四柱桿局部結構

3 四柱桿吊裝方式

3.1 吊點繩選擇及專用吊具

按照表1中統(tǒng)計的起吊重量，結合文獻 〔2〕的相關參數(shù)，對于桿身部分，除桿型21G4SSDJ69最底部4根主材單吊重量為7.77 t外，其他桿型的起吊件及桿型21G4SSDJ69的剩余吊件的單次起吊重量均可控制在小于5.1 t的范圍內。

對于重量為7.77 t的主材，吊點繩長度為2.5 m，2根吊點繩的夾角為18°，則單根吊點繩在理想情況下的受力為 7.77×9.8÷cos9°÷2＝38.6 (kN)，考慮鋼絲繩的安全系數(shù)4.5以及2根吊點繩受力不平衡系數(shù)1.2及起吊過程中的動荷系數(shù)1.3，計算得到的單根吊點繩的破斷拉力不應小于271.0 kN，故吊點繩選用Φ24鋼絲繩套，6×37S＋FC結構，公稱抗拉強度1 670 MPa的纖維芯鋼絲繩，破斷拉力317 kN，安全系數(shù)取7.0〔3〕，許用荷載45.3 kN；對于其他吊件，選擇最大吊重5.1 t予以計算，2根吊點繩的夾角為16°～68°，則承受最大受力時，單根吊點繩在理想情況下的受力為5.1 ×9.8÷cos34°÷2＝30.1(kN)?？紤]上述的相關系數(shù)，則單根吊點繩的破斷拉力不應小于211.3 kN，故吊點繩選用Φ20鋼絲繩套，6×37S＋FC結構，公稱抗拉強度1 670 MPa的纖維芯鋼絲繩，破斷拉力220 kN，安全系數(shù)取7.0〔3〕，許用荷載31.4 kN。

吊點繩與法蘭盤連接處采用專用吊具〔4〕。根據法蘭盤螺栓孔直徑及法蘭盤厚度，考慮起吊件重量，加工30 kN級、50 kN級及80 kN級3種規(guī)格的專用吊具 (如圖3所示)，專用吊具絲桿處需使用雙螺母。

圖3 法蘭盤專用吊具

3.2 起吊方式

為確保吊裝安全，且便于被吊件順利就位，采取2吊點繩組合的平衡起吊方式。2根吊點繩懸吊于同一吊鉤內，吊鉤封口彈簧片須有效，防止吊件振動造成吊點繩自吊鉤中脫落。

對于被起吊件而言，吊點的選擇至關重要，就理論知識而言，被吊件的重心坐標 (xc，yc，zc)可通過計算公式 (1)計算獲得。

式中 Gi為吊件中第i部分的重量；xi，yi，zi分別為吊件中第i部分的重心坐標。

對于實際施工而言，吊件的組合方式多樣，在理論計算結果的基礎上，采取試吊法確定打點的準確位置，在地面組裝后，利用25 t級起重機試吊，觀察吊件的狀態(tài)，若在某種狀態(tài)下，吊件就位簡單，則此時的打點方式便為推薦方式。

在吊裝施工中，起吊件的構成應綜合考慮如下因素:

1)組合件的重量應在起重機某種工況 (起升高度、工作幅度等)下的允許起吊重量范圍內。

2)起吊件就位點數(shù)不超過2處，超過2處時法蘭盤就位連接難度極大，嚴重者甚至無法就位。

3)組合件中的法蘭盤連接，螺栓略微帶緊，待法蘭盤就位后再行緊固。

4)組合件便于設置起吊點，使其在起吊過程中，就位法蘭盤呈水平狀態(tài)或垂直狀態(tài)。

3.2.1 單件起吊方式

若單件的起吊重量較大，且法蘭盤孔徑所適用的吊具只允許單件起吊，或單件起吊方式比其他起吊方式更便于就位安裝時，一般采取單件起吊。

單件起吊方式較適用于主鋼管及接頭，圖4及圖5為典型的單件起吊方式的示意圖。水平橫梁單件重量輕，數(shù)量多，就工效和就位難度而言，不適宜單吊。

圖4 主鋼管單件起吊

圖5 接頭單件起吊

3.2.2 組合件起吊方式

根據四柱鋼管桿的結構，組合起吊方式以3件組合起吊方式最為適宜，根據吊裝經驗，就位面為1處或2處時，就位簡易、快捷，而當就位面超過3處時，就位難度較大。

圖6顯示了較為典型的3件組合起吊方式之一，該組合件包括1個接頭＋2個水平橫梁，該起吊方式的吊裝順序為:

第1步，先以3件組合起吊方式吊裝其中1處接頭及相應橫梁，例如吊裝A腿接頭，附帶AB面及AD面橫梁；第2步，再以3件組合起吊方式吊裝對角側接頭及相應橫梁，例如吊裝C腿接頭，附帶BC面及CD面橫梁；第3步，吊裝剩余2個接頭，先后順序不限，如先B后D或先D后B。

圖6 接頭＋橫梁×2組合起吊

應當說明，在該組合起吊方式下，接頭與兩水平橫梁的螺栓不能完全緊固，只能略微帶緊，待該段4個接頭及4個水平衡梁的螺栓全部安裝后，在經緯儀的監(jiān)視下進行螺栓的交替緊固。

圖7給出了另外一種3件組合起吊方式，該起吊方式的缺點在于最后2處橫梁就位較為困難。若略有根開的差異，就位難度便增大很多。

圖7 接頭×2＋橫梁組合起吊

此外，橫擔的吊裝同樣屬于組合件起吊，一般采用3處打點的整體起吊方式，見圖8，采用該起吊方式，僅塔身與橫擔連接的法蘭盤2處就位。

圖8 橫擔起吊方式

3.3 螺栓緊固順序

四柱桿桿身段為等根開布置，每一段水平橫梁就位均受根開限制，若吊裝一處便緊固一處的螺栓，勢必造成橫梁及斜水平材無法就位，因此，根據實踐經驗，螺栓緊固順序為:最下一段桿身塔腳板安裝后，尚不能緊固地腳螺帽，只能略微帶緊，待第2層 (自地面起算)水平橫梁與接頭的法蘭盤就位后，調整鐵塔的整體扭轉，然后緊固地腳螺栓的螺帽。此時，第1層水平橫梁及接頭的法蘭盤螺栓尚不能緊固，待第3層水平橫梁就位后方可緊固，依次類推，即待次上一段橫梁就位后，方可緊固本段橫梁及接頭的法蘭盤螺栓，上一段橫梁及接頭的法蘭盤螺栓暫不可緊固。

在進行吊裝過程中，除上一段及次上一段的水平橫梁及接頭螺栓不能緊固外，剩余螺栓必須緊固到位。

4 輪胎式起重機選型及作業(yè)流程

結合表1中四柱桿全高及單件吊重數(shù)據，考慮吊裝施工成本及施工效率，結合輪胎式起重機、全路面起重機 (簡稱 “起重機”)參數(shù)，選擇25 t級、50 t級、130 t級、180 t級，系為滿足提升高度而選用其中130 t級、180 t級起重機，采取流水循環(huán)作業(yè)方式，作業(yè)流程如下:

現(xiàn)場調查→25 t級起重機就位→塔材下車及地面組裝→組裝18 m以下桿身→50 t級起重機就位→組裝18～30 m部分桿身 (橫擔)→130 t級起重機就位及附臂安裝→組裝30～65 m部分桿身 (橫擔)→130 t級起重機附臂拆除并退場→180 t級起重機就位及附臂安裝→組裝65～83 m部分桿身(橫擔)→180 t級起重機附臂拆除及退場→四柱桿檢修。

4.1 25 t級起重機

因呼稱高度不同，一基四柱鋼管桿，利用六橋13 m貨車運輸需要7—11車。25 t級輪胎式起重機主要用于鋼管桿卸車及地面組裝。

此外，若吊車座腳能夠滿足工作幅度要求允許的情況下，將底部18 m組立完成，包括桿身及水平橫梁吊裝。

因130 t級起重機及180 t級起重機需要安裝附臂才能具備足夠吊裝高度，其中附臂的安裝輔助工作主要由25 t級 (或50 t級)起重機完成。

4.2 50 t級起重機

50 t級起重機主要吊裝18～30 m部分。

4.3 130 t級起重機

130 t級起重機主要吊裝30～65 m之間部分。若四柱桿全高不超過65 m，則130 t起重機可完成全部吊裝任務，含主桿身、水平橫梁、導線橫擔及地線支架。

4.4 180 t級起重機

180 t級起重機主要吊裝65～83 m部分，主要為主桿身、水平橫梁、導線橫擔及地線支架。

應當說明，因與新建線路平行走線的有110 kV及220 kV輸電線路，且導線橫擔尖與運行電力線路的最近距離不超過16 m，故四柱鋼管桿在吊裝施工前，起重機操作人員須對現(xiàn)場實地考察后，確定起重機的座腳位置及吊裝方案，進行單基策劃，采用 “一基一方案”。根據文獻〔5〕的要求，起重機與輸電線路的最小距離不小于4 m(與110 kV線路)和6 m(與220 kV線路)，施工過程中，利用絕緣繩及彩旗設置限位警示，并設專職安全員予以監(jiān)護。

5 四柱桿加工質量對安裝質量的影響

5.1 法蘭盤螺栓孔裝配間隙

文獻 〔6〕第9.1.5條指出 “錨栓的孔徑宜為錨栓直徑的1.1倍，螺栓的孔徑宜比螺栓直徑大1.5 mm”。在桿塔加工前組織的鐵塔圖紙審查時，經施工單位提議、設計單位論證，主鋼管的法蘭盤螺栓裝配裕度 (即鍍鋅后的螺栓孔直徑與設計螺栓外徑的差值)為3 mm，塔腳板的法蘭盤螺栓眼孔裝配裕度為15 mm。實際安裝結果表明，推薦的裝配裕度能夠保證安裝的順利實施，且對于調整基鐵塔的整體扭轉有保障。

5.2 構件的不可替換性

所謂構件的不可替換性，系指由于加工誤差導致原本結構相同、可互換的構件，互換后無法安裝的情形。因采用的四柱桿加工精度要求高、難度大，故要求每基桿在發(fā)貨前都必須進行黑件試組裝，在試組裝過程中出現(xiàn)影響安裝的因素，在加工車間內部消除。

試組裝完成后，應做位置信息的詳細記錄后方可進行鍍鋅，記錄隨鐵塔一起發(fā)送至安裝現(xiàn)場。對桿身主鋼管及接頭位置標示，例如可標示為構件1201－A腿。對水平橫梁位置標示，例如可標示為構件1609，本側連接B腿，對側連接C腿。

從某種意義上講，黑件試組裝完成后的鍍鋅成品，現(xiàn)場組裝時按照廠家試組裝順序來進行，不得隨意調整安裝位置。

5.3 主桿身長度誤差

設計圖紙指出:發(fā)運管段長度偏差的允許值為±2 mm。若各段主桿件長度誤差不斷累計，極端情形下，某一條腿的桿件長度始終為正誤差，而相臨腿的桿件長度始終為負誤差，累計10段后 (即高度約為60 m)，累計腿間高差值將達40 mm，加之基礎施工時頂面高差的允許誤差4 mm，兩水平法蘭盤高差值可能為44 mm，足以使水平橫梁無法安裝。

故考慮主桿身長度誤差，應采取相應的逐段找正措施，例如，通過建設單位、運行單位、設計單位、鐵塔加工單位及施工單位的多次研究，決定加工厚度為1 mm的鍍鋅薄鐵片，在法蘭盤間起補長作用，確保高層水平橫梁安裝順利及四柱桿傾斜率滿足驗收規(guī)范要求〔7〕。

5.4 四柱鋼管桿安裝操作對安裝質量的影響

安裝操作主要體現(xiàn)在吊裝順序、螺栓的逐段緊固，以及桿身傾斜率的逐段找正及調整。

5.5 其他

1)法蘭盤焊接錯誤，包括法蘭盤直徑錯誤、螺栓孔錯誤 (孔徑加工錯誤及螺栓孔方向錯誤)，此類問題說明供貨方未按照要求進行試組裝，唯一解決方案是重新加工供貨。

2)水平拉索在鋼管桿安裝過程中為高處作業(yè)人員水平移動提供有效保護，應與鋼管桿同步(或早于)供貨，如不能及時供貨，將影響鋼管桿的安裝進度。

3)黑件熱處理及鍍鋅，將對某類性質的桿件產生變形干擾，若施焊工藝欠妥，將導致黑件試組裝時可順利安裝，但鍍鋅完成后無法安裝的問題，該問題主要出現(xiàn)在橫擔部位。

除上述因素外，基礎頂面預傾斜及高差、基礎根開及地腳螺栓間距同樣是影響安裝質量的主要因素。

6 結論

四柱桿對于城市周邊的走廊狹窄地帶使用，有著積極意義和可行性，但其對加工精度的要求較高，安裝難度大。通過在安裝中的具體探討，積累了豐富的經驗，推薦了吊裝工藝、施工流程，并根據理論分析，結合實際安裝中存在的問題，給出了影響安裝質量的因素，有助于后續(xù)施工中借鑒。

1)不同級別的起重機交替進行作業(yè)，有效降低了機械租賃費，屬于較為合理的方案。

2)正確使用專用吊具，代替卸扣 (橫向受力吊裝)，從安全角度講，值得推廣應用。

3)探索出的吊裝順序、螺栓緊固順序，有效確保了四柱桿的安裝質量。

4)經過現(xiàn)場實施，總結各種不同的吊件組合方式的優(yōu)缺點，可根據實際情況采用單件起吊、3件組合起吊、多件組合起吊方式。

5)塔廠內部進行的黑件四柱桿的試組裝及其相關記錄，對于現(xiàn)場安裝有著積極的指導意義，建議后期繼續(xù)保持。

6)四柱耐張桿基礎頂面的預傾斜施工是四柱桿能否順利安裝的關鍵，在進行基礎施工時，屬于絕對重點控制項目。

〔1〕練振輝.鋼管桿的設計與使用 〔J〕.廣東輸電與變電技術，2007(4):62-64.

〔2〕中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會.GB/T 20118—2006一般用途鋼絲繩 〔S〕.北京:中國標準出版社，2006.

〔3〕中國電力企業(yè)聯(lián)合會.DL 5009.2—2013電力建設安全工作規(guī)程 〔S〕.北京:中國電力出版社，2013.

〔4〕吳寶平，馮佃選，童慶望.鋼管桿法蘭盤專用吊具強度驗算〔J〕.湖北電力，2010，34(6):54-55.

〔5〕中國機械工業(yè)聯(lián)合會.GB 6067.1—2010起重機械安全規(guī)程〔S〕.北京:中國標準出版社，2011.

〔6〕電力行業(yè)電力規(guī)劃設計標準化技術委員會.DL/T 5130—2001架空送電線路鋼管桿設計技術規(guī)定 〔S〕.北京:中國電力出版社，2001.

〔7〕中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB 50233—2005 110～500 kV架空送電線路施工及驗收規(guī)范 〔S〕.北京:中國計劃出版社，2005.

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.014

TM752

B

1008-0198(2015)01-0051-05

孫德新 (1981)，男，漢族，工學碩士，工程師，山東濟南人，主要從事送電線路技術及施工管理工作。

2014-06-05 改回日期:2014-08-11