通過兩起事故受力計算分析，淺談確保施工關(guān)鍵點安全可控的舉措

國網(wǎng)湖南電力 周明珠 張恒武 郭達明

通過對“5·7”“5·14”兩起線路工程安全事故的反思分析，鐵塔地腳螺栓反向臨時拉線施工中存在的問題是導(dǎo)致發(fā)生事故的主要原因。如何保證現(xiàn)場重要工序、關(guān)鍵作業(yè)點安全可控，是值得在后續(xù)基建施工中思考的重要問題。通過對事故的技術(shù)分析，找到杜絕類似事故的主觀因素，通過運用科學(xué)的手段和完善的管理措施，在根本上杜絕現(xiàn)場人員認知模糊、材料缺陷、違章作業(yè)導(dǎo)致的群傷群亡事故。

一、對兩起事故的深入剖析

（一）“5·14”事故分析

輸電線路耐張塔在設(shè)計時，為補償緊掛線后鐵塔向內(nèi)角側(cè)撓傾，設(shè)計已經(jīng)對基礎(chǔ)內(nèi)角頂面進行升高處理，在鐵塔構(gòu)件連接可靠的情況下（包括地腳螺栓緊固到位），允許承受鐵塔兩側(cè)導(dǎo)地線在內(nèi)角的合力。因此，在緊線過程中，不需要在耐張塔外角設(shè)置臨時拉線。

根據(jù)事故經(jīng)過描述，9號耐張塔為轉(zhuǎn)角塔，事故發(fā)生時，正在對內(nèi)角側(cè)光纜進行緊線操作，按照現(xiàn)場的布置情況，在對光纜緊線操作時，9號塔兩側(cè)光纜已經(jīng)架設(shè)，緊線時鐵塔受力合力方向是9號塔內(nèi)側(cè)，即9號塔內(nèi)角橫擔(dān)方向，現(xiàn)場情況如圖1所示。

事故分析中，9號耐張塔地腳螺母型號錯誤，不能緊固，造成基礎(chǔ)外角地腳螺栓承受的上拔力失效。內(nèi)角光纜緊線施工時，兩側(cè)光纜在塔頭部分的合力使鐵塔向內(nèi)側(cè)傾斜，外角地腳螺栓受上拔力，由于9號地腳螺母型號錯誤，外角側(cè)塔腳上拔，塔腳板會離開基礎(chǔ)面，并對地腳螺栓產(chǎn)生彎矩，如圖2所示。

圖1 線路路徑示意圖

圖2 鐵塔內(nèi)角受力地腳螺母失效情況

地腳螺栓鋼材抗彎強度公式：

式中 σ——一般地腳螺栓鋼材的抗彎強度（兆帕），Q235，取值為215；

P——地腳螺栓承受抗彎點的集中載荷（牛）；

L——地腳螺栓抗彎力臂（毫米）根據(jù)現(xiàn)場情況，可取值為50毫米；

d——地腳螺栓直徑（毫米），可取值為42毫米。

根據(jù)以上公式，可計算地腳螺栓在5毫米高度，地腳螺栓的集中載荷P為125.4千牛時，將發(fā)生彎曲變形。地腳螺栓抗上拔力失效時，如圖3所示。

圖3 地腳螺母失效地腳螺栓抗彎情況

根據(jù)圖2分析，鐵塔高24米，光纜緊線時，向內(nèi)角合力取10千牛，不考慮鐵塔自重因素，鐵塔向內(nèi)角傾斜的力矩為：A=24 000毫米×10千牛，平衡該力矩時，地腳螺栓需承受相同的抗彎矩。地腳螺栓彎矩力臂為50毫米時，計算的地腳螺栓承受的集中橫向載荷為：P=24 000毫米×10千牛÷50毫米=4 800千牛。發(fā)生事故時，考慮8根地腳螺栓同時承受抗彎力矩，P3=4 800/8=600千牛，已經(jīng)遠超過地腳螺栓的抗彎極限強度值（125.4千牛）。

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，光纜對內(nèi)側(cè)地線支架的張力產(chǎn)生的力臂為L1，塔越高，力矩越大，而地腳螺栓的抗上拔力因地腳螺母無法緊固，鐵塔傾斜時，轉(zhuǎn)化為地腳螺栓自身的抗彎力。根據(jù)杠桿原理，地腳螺栓在承受不了自身抗彎變形時，開始彎曲，塔腳板脫出，發(fā)生倒塔事故。

（二）“5·7”事故分析

根據(jù)事故經(jīng)過描述，181號耐張塔為轉(zhuǎn)角塔，與“5·14”事故中的地腳螺母型號錯誤、數(shù)量缺少、地腳螺栓未緊固情況相似。因此一定程度上，此次事故也是地腳螺栓原因造成的倒塔事故。事故現(xiàn)場地腳螺栓如圖4所示。

圖4 事故現(xiàn)場地腳螺栓情況

與“5·14”事故所不同的是，181號鐵塔緊線不是平衡掛線，是單邊緊掛線，但反向臨時拉線設(shè)置錯誤。設(shè)計規(guī)定中，要求耐張塔在緊線操作時，必須設(shè)置受力反向拉線，反向拉線應(yīng)承受緊線張力50%以上的不平衡張力，且鐵塔需通過地腳螺栓完全固定在基礎(chǔ)上。在倒塔時，鐵塔受力如圖5所示。

圖5 事故時現(xiàn)場拉線布置情況

二、如何杜絕事故發(fā)生的探討

（一）技術(shù)層面

1.反向臨時拉線及地錨

（1）對緊線塔臨時拉線設(shè)置成模塊化形式。通過對現(xiàn)有輸電線路導(dǎo)線型號數(shù)據(jù)，及對不同分裂數(shù)、不同導(dǎo)線型號的輸電線路，根據(jù)單根導(dǎo)線拉斷力推薦值，按設(shè)計允許使用應(yīng)力取2.5安全系數(shù)，形成一系列臨時拉線選用推薦型號，即推薦標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)場施工時，根據(jù)實際情況進行實地校核，保證臨時拉線選型的正確性。部分導(dǎo)線型號臨時拉線推薦選型如表1所示。

緊線操作時，181號塔反向臨時拉線沒有每相設(shè)置，在邊相緊線后，由于地腳螺栓未緊固，鐵塔塔腳板上翹，對地腳螺栓產(chǎn)生彎矩。內(nèi)角反向拉線方向為沿受力反向設(shè)置。中相緊線時，超出鐵塔及拉線能承受的極限張力，拉線斷裂，鐵塔傾倒。

受力分析：導(dǎo)線受力，按LGJ—400/50計算，單根緊線張力約26千牛。發(fā)生事故時，已有6根導(dǎo)線緊完，作用在鐵塔上的水平張力約156千牛。鐵塔內(nèi)角側(cè)拉線方向錯誤，主要張力由外角側(cè)一根拉線平衡，地腳螺栓未緊固，鐵塔向小號側(cè)傾斜，單根拉線拉斷力為151千牛，拉線對地角度按45°計算，此時拉線所承受的張力為F=1.414×156千牛=220.6千牛，超出拉線所能承受的極限拉斷力。

由于地腳螺母沒有緊固，無法將鐵塔固定在基礎(chǔ)上，此時鐵塔是活動的，不能達到承受50%的緊線不平衡張力的設(shè)計要求。

在以上兩項關(guān)鍵因素的作用下，致使鐵塔無法承受不平衡張力而倒塌。

表1 部分導(dǎo)線型號臨時拉線推薦選型

（2）通過上述選型原則，可明確固定拉線的地錨受力推薦值，對地錨的選用再根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況核算地錨深度，從而使錨固環(huán)節(jié)得到安全保障。

地錨抗拔力的受力分析，如圖6所示。

地錨抗拔力計算公式：

(2) 考慮環(huán)境變量的曲線擬合預(yù)測方法[16-19]。該方法也是用數(shù)學(xué)模型進行位移時序擬合預(yù)測，但在擬合過程中，考慮了影響滑坡穩(wěn)定性的環(huán)境變量。

圖6 地錨受力分析圖

重點注意事項：

a.反向臨時拉線設(shè)置的方向必須經(jīng)現(xiàn)場測量確定，方向保持在受力反向；拉線對地角度一般不超過45°，可根據(jù)地形情況，適當(dāng)減小對地夾角，提高拉線系統(tǒng)的可靠性。土壤容積和上拔角取值表，如表2所示。

b.反向臨時拉線設(shè)置好后，在緊線操作過程中，現(xiàn)場負責(zé)人或安全員必須觀察拉線、地錨受力后有無異樣，包括鐵塔（混凝土桿）橫擔(dān)是否傾斜，地錨是否脫位，如果有應(yīng)立即停止，馬上整改。常見土質(zhì)地錨實際受力計算數(shù)據(jù)表，如表3所示。

c.在埋設(shè)地錨時，若遇軟塑黏土及亞黏土（水田），需選用加大一級的鋼地錨。

表2 土壤容積和上拔角取值表

表3 常見土質(zhì)地錨實際受力計算數(shù)據(jù)表

2.地腳螺栓

（1）針對地腳螺栓屢次暴露出的問題，解決地腳螺栓型號與地腳螺母型號正確性和地腳螺栓及時緊固到位，是杜絕事故發(fā)生的關(guān)鍵。

（2）如何確保地腳螺栓型號與地腳螺母配套，在技術(shù)角度上，地腳螺栓加工和制作時，引入一種技術(shù)，將配套的地腳螺母通過一套軟質(zhì)裝置與螺桿連接，在施工時保證螺母與螺桿“不分家”，從根本上杜絕地腳螺母丟失或用錯地腳螺母的情況。

圖7 地腳螺栓采用顏色標(biāo)識

（4）組塔現(xiàn)場，地腳螺栓不能及時緊固，是最常見的通病，作業(yè)人員在組立塔腿段時，需要調(diào)整就位螺栓孔，地腳螺栓不能在安裝踏腳板的同時立即緊固。在組立至水平鐵后，應(yīng)及時進行緊固，但現(xiàn)場地腳螺栓緊固工具為非個人常規(guī)工具，需使用專用緊固扳手或管鉗，往往施工現(xiàn)場疏漏，沒有配備，導(dǎo)致地腳螺栓不能及時緊固。在塔材供貨時，能夠配套提供地腳螺栓緊固簡易扳手，在現(xiàn)場中能在一定程度上消除地腳螺栓不能及時緊固的安全隱患。簡易扳手可采用邊角鋼材余料加工，單基根據(jù)地腳螺栓規(guī)格配送，隨塔材抵達現(xiàn)場，簡易扳手加工圖如圖8所示。

（5）鐵塔組立階段，施工項目部應(yīng)加大對作業(yè)層班組管控力度，對每個組塔班組進行配備管鉗，并使之成為標(biāo)配工具，以便現(xiàn)場能夠及時對地腳螺栓進行緊固。

（6）結(jié)合工程情況，可以適當(dāng)加大插入式角鋼基礎(chǔ)應(yīng)用比例，杜絕地腳螺栓安全隱患。

圖8 簡易地腳螺栓緊固工具

（二）機制管理層面

兩次事故之后，國網(wǎng)公司基建系統(tǒng)各層面大力管控地腳螺栓問題，制定管理制度，采取重點管控手段。

近期，國網(wǎng)公司制定《輸電線路工程地腳螺栓全過程管控辦法（試行）》，進一步完善輸電線路工程地腳螺栓管理。根據(jù)多年輸電線路工程施工情況，人員因素的管控，是解決現(xiàn)場安全施工的關(guān)鍵。

對地腳螺栓管控，應(yīng)大力發(fā)揮“自有人員”職責(zé)，控制鐵塔組立關(guān)鍵環(huán)節(jié)，及時對地腳螺栓進行緊固、檢查。

（1）現(xiàn)場對制度的落實。鐵塔組立階段，將地腳螺栓緊固環(huán)節(jié)列入作業(yè)票，現(xiàn)場管理人員照單執(zhí)行，如發(fā)現(xiàn)未及時緊固，則視為特別嚴(yán)重違章。

（2）設(shè)備型號匹配度。目前，輸電線路工程常規(guī)地腳螺栓加工單位多數(shù)只加工螺桿，螺母采用標(biāo)準(zhǔn)件進行采購，如加工時螺桿的螺紋有偏差或粗絲細絲分辨不清，將造成螺桿與螺母不配套的情況。因此，在地腳螺栓加工供貨環(huán)節(jié)，應(yīng)對廠家要求螺桿、螺母同時加工，保證螺桿與螺母的匹配度。

（3）加強現(xiàn)場地腳螺栓保護。如有生銹、磕碰螺紋損傷等情況，在鐵塔組立時，又缺少專用工具，人力無法將螺母緊固到墊片位置，螺母與塔腳板距離越大，產(chǎn)生的彎矩越大，越容易折彎或折斷。因此，需加強對現(xiàn)場地腳螺栓的保護，防止損壞及生銹。

（4）記錄可控。在“自有人員”制度執(zhí)行中，對地腳螺栓等關(guān)鍵點，應(yīng)通過數(shù)碼照片核對，從而在一定程度上反映地腳螺栓緊固度與匹配度，強化對地腳螺栓的管控。

（5）三級自檢真正到位。我們的自檢工作經(jīng)常缺失或流于形式，施工隊自檢和項目部及施工單位的專檢有時數(shù)據(jù)造假，因此督察要點是檢查自檢原始記錄，不是各種造假的驗收表格，做到各層級驗收真正有效，以確保地腳螺栓緊固到位。

三、結(jié)語

兩次事故的發(fā)生，地腳螺栓施工過程管控不到位是重要原因，因此在線路施工中，如何控制好人、機、料三個因素，是實現(xiàn)每個作業(yè)現(xiàn)場安全可控的關(guān)鍵。

（1）通過管理機制的不斷完善，對人員管理手段已能夠達到實時管控，如通過手機微信等通信手段，加大對相關(guān)人員的管控力度，消除隱患。

（2）逐步完善標(biāo)準(zhǔn)化施工，對現(xiàn)場各工序的工機具定制化，細分鐵塔組立、架線標(biāo)準(zhǔn)化工具，根據(jù)塔型、線型，給出推薦工機具，完善工機具管理。杜絕出現(xiàn)超范圍、超安全系數(shù)使用施工工機具。

（3）建議地腳螺栓納入甲供材料采購范疇，由業(yè)主集中采購，并嚴(yán)格審查生產(chǎn)廠家資質(zhì)，在源頭控制產(chǎn)品加工質(zhì)量。同時，納入到甲供材料開箱管理，保證材料的質(zhì)量可控。