熱帶雨林環(huán)境中輸電線路工程重難點(diǎn)分析與應(yīng)對
——以非洲熱帶雨林氣候環(huán)境為例

李東輝

(中國水利水電第十六工程局有限公司 福建福州 350003)

0 引言

隨著社會發(fā)展，電能已是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生的主要依靠，輸電線路的建設(shè)也因此成為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所必備基礎(chǔ)設(shè)施之一。目前，隨著一帶一路倡議得到世界大多數(shù)國家的響應(yīng)，中國建筑企業(yè)響應(yīng)號召，積極走出國門，足跡遍及非洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后地區(qū)。

非洲中部地帶為熱帶雨林氣候，地形復(fù)雜、水網(wǎng)沼澤密布、植被茂盛、降雨頻率高、雨量大、交通基礎(chǔ)條件差、當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)建筑物資匱乏等，導(dǎo)致建筑企業(yè)施工難度增大，如果前期施工策劃考慮不足，容易造成施工成本增加，甚至難以按期履約。

面對非洲地區(qū)復(fù)雜多變的氣候環(huán)境，如何確保工程建設(shè)正常進(jìn)行，有必要針對該地區(qū)特殊環(huán)境下的施工中重難點(diǎn)問題進(jìn)行研究，以規(guī)避工程建設(shè)過程中發(fā)生成本風(fēng)險和履約風(fēng)險。基此，本文擬探討非洲地區(qū)熱帶雨林環(huán)境中輸電線路工程建設(shè)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及其應(yīng)對措施。

1 熱帶雨林地區(qū)氣候環(huán)境

熱帶雨林地區(qū)主要分布在非洲大陸約南北緯10°之間，位于非洲剛果河流域、南美亞馬孫河流域和亞洲印度尼西亞等。終年受赤道低壓控制，對流旺盛，具有終年高溫多雨等特點(diǎn)。全年平均氣溫24～30℃之間，常年濕潤，空氣相對濕度95%以上，無明顯季候特征，一年可分為大雨季、大旱季、小雨季、小旱季，其季節(jié)變化隨太陽直射的改變而變化，不同維度的旱雨季的起止時間也不相同。

雨林地區(qū)地形復(fù)雜多樣，從散布巖石小山的低地平原，到溪流縱橫的高原峽谷，地貌形態(tài)萬千。池塘、沼澤、河流、瀑布眾多，植被茂盛，喬木、灌木、藤本植物交錯競生。

非洲地區(qū)熱帶雨林，主要分布在加蓬、喀麥隆、赤道幾內(nèi)亞、中非、剛果(金)、剛果(布)、烏干達(dá)、肯尼亞、坦桑尼亞等國家和地區(qū)境內(nèi)，靠近赤道附近的區(qū)域。年降雨量由赤道向兩側(cè)維度高的地區(qū)遞減。

2 輸電線路工程主要施工技術(shù)

2.1 主要施工工藝及流程

輸電線路施工的主要工作內(nèi)容，包括基礎(chǔ)工程施工、桿塔工程施工、放緊線工程施工和接地工程施工。

2.1.1塔基基礎(chǔ)施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量定位→分坑→基礎(chǔ)開挖→基底找平→墊層砼澆筑→鋼筋綁扎→預(yù)埋件安裝→模板安裝→砼澆筑→拆?！硼B(yǎng)護(hù)→回填至設(shè)計高程。

2.1.2桿塔組裝施工工藝流程

桿塔施工分為抱桿法施工和吊車吊裝法施工。抱桿法施工的工藝流程：現(xiàn)場布置→塔腿組裝→抱桿組立→塔材吊裝→抱桿提升→塔材吊裝(循環(huán))→塔身螺栓緊固；吊車吊裝法施工工藝流程：現(xiàn)場布置→塔片地面組裝→吊車就位→吊裝→塔身螺栓緊固。

2.1.3放緊線施工工藝流程

施工設(shè)備進(jìn)場→安裝絕緣子串→安放滑車→展放牽引繩→展放導(dǎo)線、地線和通訊光纜→緊線→回收滑車→間隔棒安裝→附件安裝→安裝跳線。

2.1.4接地工程施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→接地線溝槽開挖→鋪設(shè)、連接接地線→連接接地電阻模塊(如有)→接地線溝槽回填。

2.2 主要施工技術(shù)

在輸電線路建設(shè)過程中，最重要、最核心、最集中的環(huán)節(jié)是輸電線路的架設(shè)和放緊線施工。隨著科技進(jìn)步，一些新材料、新器具用于輸電線路工程中，大大提高工程質(zhì)量壽命和施工效率。

2.2.1鋼構(gòu)架冷噴鋅技術(shù)

桿塔材料對于輸變電工程的質(zhì)量具有直接的影響。通常情況下，桿塔構(gòu)件都是鋼架結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)，且成本較低。但是，該結(jié)構(gòu)長期暴露在空氣中，鋼架材料很容易受到雨水和不同氣候條件的侵蝕，使用壽命縮短。此時，冷噴鋅技術(shù)的功能則凸現(xiàn)出來，它能夠減少鋼架結(jié)構(gòu)同空氣進(jìn)行直接接觸的概率，從而避免鋼架結(jié)構(gòu)受到空氣的侵蝕，降低環(huán)境以及氣候等因素對輸變電工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)影響[1]。

2.2.2張力架線技術(shù)

人工放線是傳統(tǒng)的輸電線路放線主要方式，該方式在應(yīng)用過程中很容易破壞導(dǎo)線的外包裝，而在損壞導(dǎo)線外包裝過程中，會提升電暈產(chǎn)生的幾率，嚴(yán)重者將導(dǎo)致導(dǎo)線燒毀，且人工放線效率低，質(zhì)量難以保證。張力架線技術(shù)是將輸電線路實(shí)施高空懸浮支架的施工辦法，以最大程度減少輸電線路和地面以及地上的房屋之間存在直接或間接的磨損或接觸，有效減少輸電線路在其運(yùn)行時候和大地之間的耦合電容消耗能量，同時減少無線電或者噪聲等造成的電磁波對輸電線路的影響程度，保證輸變電線施工質(zhì)量[2]。

2.2.3無人機(jī)先導(dǎo)技術(shù)

在輸電線路施工技術(shù)中，無人機(jī)架線技術(shù)屬于一種特殊的針對性技術(shù)，目前主要應(yīng)用在一級牽引繩展放區(qū)域，能夠直接快速地將先導(dǎo)繩投放到目標(biāo)位置，在實(shí)際應(yīng)用中已取得良好效果，但在輸電線路展放過程中，經(jīng)常會遇上一些特殊的地形，如地形復(fù)雜的山區(qū)，普通機(jī)械設(shè)備難以進(jìn)入其中，此時，則可以合理應(yīng)用無人機(jī)，提高輸電線路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，能夠節(jié)約作業(yè)時間，提高工作效率，也不需要機(jī)械設(shè)備進(jìn)入復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行施工，大幅降低施工成本。

2.2.4鋼構(gòu)架桿塔組裝技術(shù)

傳統(tǒng)的鋼構(gòu)架桿塔組裝施工，通常以抱桿法施工為主。該技術(shù)能適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境中的桿塔組裝需要，缺點(diǎn)是施工效率低，周期長，人工費(fèi)用高。隨著社會技術(shù)發(fā)展，不同性能和用途的吊車不斷被開發(fā)出來，在一些交通條件好、汽車吊可以直接到達(dá)、或者通過簡易修筑臨時道路后汽車吊可以到達(dá)的作業(yè)區(qū)，可以采用吊車組裝桿塔。吊車組裝的優(yōu)點(diǎn)是，施工速度快，單級桿塔組裝成本低；缺點(diǎn)是，受地形條件制約影響較大，通用性不強(qiáng)。

3 非洲地區(qū)輸電線路工程施工重難點(diǎn)及對策

輸變電國際工程建設(shè)，受工程所在地資源和條件限制，大多采用EPC或PC模式。這種合同模式可以提高有經(jīng)驗(yàn)的國際承包商的參與積極性，充分發(fā)揮國際承包商的資源優(yōu)勢，提供更先進(jìn)的設(shè)計理念，提供性價比更高的工程材料，提高工程質(zhì)量。但由于地區(qū)環(huán)境復(fù)雜多變，前期調(diào)查不深入，承包商的合同風(fēng)險很大；如何在復(fù)雜的施工環(huán)境中能夠客觀地分析工程建設(shè)過程存在的重難點(diǎn)，則可以降低承包商的履約風(fēng)險和節(jié)約成本。如喀麥隆曼維萊水電站輸變電工程，位于非洲中西部喀麥隆共和國南部，地處熱帶雨林區(qū)，屬于熱帶雨林氣候；該合同工程包含1條長280 km的雙回路225 kV輸電線路、2個新建變電站和1個擴(kuò)建變電站，且該工程為EPC合同項(xiàng)目。該輸電線路承擔(dān)著喀麥隆南部大區(qū)主要電力供應(yīng)，建成后將成為喀麥隆規(guī)模最大的輸電線路。根據(jù)初步設(shè)計成果和勘探情況分析，約有10%的部位受沼澤地影響，受影響的塔基達(dá)60多基。

3.1 線路通道環(huán)境調(diào)查與地形測量

在非洲熱帶雨林地區(qū)，原始森林覆蓋率高，人口密度小，當(dāng)?shù)鼐用翊迓湟话惴植荚诠穬蓚?cè)，公路兩側(cè)500 m之外大多是無人跡活動區(qū)域，且雨林地區(qū)植被茂盛、生長速度快，周邊地形資料獲得困難。輸電線路路線初步設(shè)計完成后，復(fù)核線路路線周邊環(huán)境，與初設(shè)階段地形地貌出現(xiàn)較大偏離，需及時修正線路路徑。根據(jù)詳設(shè)需要，需提供線路通道范圍內(nèi)的地形、地貌數(shù)據(jù)，但在人口分布稀疏、遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、GPS信號差的熱帶原始森林中，獲得基本的地形測量數(shù)據(jù)則是工程設(shè)計階段的重點(diǎn)難點(diǎn)之一。沒有精準(zhǔn)的測量資料則難以提高設(shè)計精準(zhǔn)度，增添設(shè)計變更，勢必為施工階段的順利實(shí)施增擴(kuò)難度。

采取的措施：采用航拍測量技術(shù)采集地面地形數(shù)據(jù)，為設(shè)計研究和排桿提供數(shù)據(jù)支撐。通過航拍飛機(jī)的測量飛行，可以獲得大于300 m寬的走廊數(shù)據(jù)，通過專業(yè)技術(shù)處理得到數(shù)字地面模型(DTM)、數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字表面模型(DSM)和分辨率可高達(dá)0.15m～0.3m的數(shù)字正射影像照片，空間平面坐標(biāo)誤差小于±5cm，高程誤差小于±20cm，能夠滿足線路布設(shè)、塔位排桿和地形圖繪制的要求。但需要注意的是，航拍測量技術(shù)雖為專業(yè)測量技術(shù)，但需委托專業(yè)的航拍機(jī)構(gòu)實(shí)施，并根據(jù)當(dāng)?shù)胤赊k理飛行許可。其次，由于地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，季節(jié)性河流、沼澤、湖泊眾多，根據(jù)設(shè)計的進(jìn)一步要求，需對小范圍的局部區(qū)域地貌進(jìn)行核查，才能大大降低核查工作量，提高設(shè)計的準(zhǔn)確度和工作效率。

3.2 塔位地質(zhì)勘察

地質(zhì)資料是塔基基礎(chǔ)設(shè)計的必備資料，設(shè)計圖中的塔位實(shí)際地質(zhì)地貌，如果不滿足設(shè)計要求，則需要調(diào)整塔位，甚至增加桿塔。而在熱帶原始森林中，地質(zhì)資料無法通過航拍獲得，只能依靠實(shí)地查勘獲取。這對在植被茂密、無人員活動和鉆探設(shè)備無法到達(dá)的原始叢林中，如何定位塔位和揭露地質(zhì)條件，是前期施工又一重點(diǎn)、難點(diǎn)。

采取的措施：通過之前航拍測量數(shù)據(jù)和Google衛(wèi)星地圖，先進(jìn)入到塔位附近區(qū)域，再通過高精度手持GPS定位(精度可達(dá)0.2m)塔位的具體位置；然后，按照設(shè)計要求，分別對4個塔腳的地質(zhì)情況進(jìn)行勘探。由于前期大中型鉆探設(shè)備無法進(jìn)入，通過采用人工挖探坑+輕型觸探儀相結(jié)合的方式，獲得塔位附近的地質(zhì)情況，對每桿塔布置一個探坑，位置位于4個塔腳對角線中心點(diǎn)處，探坑口徑為1m×0.5m。先采用人工挖探坑，深度1.5m左右，再采用10kg輕型觸探儀觸探坑底以下2.5m～3.0m區(qū)間的土壤承載力情況(輕型觸探儀最大觸探深度達(dá)3.0m～3.5m)。因此，以獲得地表以下深度4.5m～5.0m左右的地質(zhì)資料及土壤承載力數(shù)據(jù)，減少探坑對基礎(chǔ)的影響，最大限度地揭示基礎(chǔ)附近的地質(zhì)情況。

3.3 雨季工程材料運(yùn)輸

熱帶雨林地區(qū)，雨季周期長、降雨頻率高、雨量大、降雨對工期影響較大，只能充分利用非下雨時段施工，保證足夠的施工時長；但雨后道路泥濘，運(yùn)輸車輛難以甚至無法通行，影響工程材料進(jìn)場。如何保證在雨季將工程材料和施工材料順利運(yùn)抵施工現(xiàn)場，是保證工期的難點(diǎn)之一。

采取的措施：根據(jù)熱帶雨林氣候環(huán)境特點(diǎn)，在一般運(yùn)輸車輛無法行駛的路段內(nèi)，使用履帶運(yùn)輸車轉(zhuǎn)運(yùn)。履帶運(yùn)輸車的車廂長度和寬度，可根據(jù)工程實(shí)際需要在廠家定制，車廂可根據(jù)需要自行更換。履帶運(yùn)輸車的履帶寬度可達(dá)500 mm，載重量大于5t,時速大于5 km/h，行駛在25%以下坡度的道路上，尤其是在泥濘路面和軟基路面上，更能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備性能，極大提高工作效率，確保足夠的施工時間。

3.4 沼澤區(qū)軟土地基處理

熱帶雨林中存在眾多季節(jié)性的沼澤、河流，在前期勘察和設(shè)計階段，無法將所有塔位全部避開上述地段，經(jīng)常會遇到開挖后才發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)持力層是軟土地基，不滿足承載力要求，而此時又不能通過變更調(diào)整塔位。因此，如何處理沼澤區(qū)軟土地基是輸電線路在熱帶雨林中常見現(xiàn)象，也是施工的難點(diǎn)之一。

應(yīng)對的措施：沼澤區(qū)軟土地基，主要有基底透水性不高和基底透水性高的軟基，且易二次軟化的地基。軟土地基的處理形式，主要有：換填法、沉降法、井點(diǎn)降水法、預(yù)制樁或高壓旋噴樁、塊石換填等。換填法是最常用、成本最低的軟土地基處理方法，如果無法通過換填達(dá)到設(shè)計要求的，則可以選擇其他處理方式。對于基底透水性不高的軟土地基，則采用深挖換填的方式進(jìn)行處理，換填后的基底承載力需滿足設(shè)計要求，換填材料采用碎石或塊石；如果持力層土壤軟化嚴(yán)重，采用碎石或塊石換填無法滿足要求的，則可以在碎石中加入一定量的水泥膠凝材料，現(xiàn)場摻拌后鋪在基坑底部，厚度不小于50cm，且在水泥膠凝材料終凝前一定要抽排水，確保換填質(zhì)量。若出現(xiàn)滲水性較強(qiáng)的地質(zhì)狀況時，上述換填已無法滿足要求，則需要采用水泥灌漿閉氣方式止水，或者井點(diǎn)降水，然后再換填至設(shè)計基底高程。不過，施工時段，最好選在旱季施工，可以降低施工難度。

3.5 桿塔組裝方案選擇與資源配置

桿塔組裝是輸電線路施工的關(guān)鍵工作之一。目前常用的組塔方案有抱桿法和吊車組裝，兩種方案各有利弊，且對施工進(jìn)度和成本影響都很大。在非洲區(qū)域工程中，由于當(dāng)?shù)卦O(shè)備資源有限，設(shè)備進(jìn)場周期長等弱點(diǎn)，提前制定合理的桿塔組裝方案是其線路施工的重點(diǎn)。

非洲國家當(dāng)?shù)貏趧恿Ρ阋耍珴M足線路安裝施工的特種作業(yè)工種的人員數(shù)量少、且技術(shù)水平差；如果過多的中國技術(shù)工人則增大施工成本；而且，熱帶雨林地區(qū)河流多、橋梁少，一般鄉(xiāng)道上的橋梁多為危舊木橋，機(jī)械設(shè)備無法通行。因此，在該地區(qū)的桿塔組裝施工，一般應(yīng)選用抱桿法和吊車吊裝相結(jié)合的組合方案，即，在吊車可以直接到達(dá)的區(qū)域，采用吊車組裝；吊車無法到達(dá)的區(qū)域采用抱桿組裝。以15 t/基的桿塔為例，吊車組裝需要2～3 d，抱桿組裝則需要5～7 d，吊車組裝的進(jìn)度優(yōu)勢明顯，但是復(fù)雜的地理環(huán)境，限制了吊車的使用率。因此，需要綜合考慮兩種方案配合進(jìn)行。

3.6 無人機(jī)先導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用

熱帶雨林地區(qū)，溝塘密布、河流與沼澤較多，采用傳統(tǒng)放線方式，施工效率低、成本高。利用高載重?zé)o人機(jī)牽引先導(dǎo)繩，則可以大大提高施工效率，尤其是近幾年無人機(jī)在工程領(lǐng)域上應(yīng)用越來越廣，其技術(shù)也越來越成熟、高效。

具體工作流程為：先用無人機(jī)將質(zhì)量小、強(qiáng)度高的一級牽引繩帶至目標(biāo)塔位，在塔上施工人員的配合下，將牽引繩穿過鐵塔上預(yù)先掛好的滑車，再繼續(xù)攜帶牽引繩往下一基桿塔飛行。施工人員使用無人機(jī)，在一個放緊線施工區(qū)段內(nèi)，每基桿塔之間完成一級牽引繩的展放后，再逐級置換為規(guī)格更高、直徑更大的牽引繩，直至把導(dǎo)地線牽放至各塔位上。

3.7 登高作業(yè)人員配置

在非洲地區(qū)的國家，勞動力便宜、技能水平低、建筑技術(shù)工種僅限于常規(guī)的土木工程方面，桿塔組裝、放緊線和金具安裝等登高作業(yè)的人員更少，當(dāng)?shù)貏趧恿Y源無法滿足工程建設(shè)需要。中國在輸電線路安裝方面的工人技術(shù)水平較為成熟、工作效率高、便于溝通，但用工成本高。如何合理配置登高作業(yè)的中方技術(shù)工人與當(dāng)?shù)丶夹g(shù)工人，是輸變電工程建設(shè)的工程策劃重點(diǎn)之一。

以筆者所在工程的經(jīng)驗(yàn)，桿塔安裝工作可分為蹬塔作業(yè)人員和地面保障人員。蹬塔作業(yè)人員，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的中國工人和少量的技術(shù)水平成熟的當(dāng)?shù)毓と素?fù)責(zé)，每基桿塔的人員數(shù)量5～7人為宜；地面保障人員，則應(yīng)由1名溝通能力較強(qiáng)的中國人員帶領(lǐng)10名左右的當(dāng)?shù)厝藛T負(fù)責(zé)，中外員工配比為1∶2；放緊線工作的登高安裝人員，以中方人員為主，當(dāng)?shù)厝藛T地面配合，螺栓緊固、壓接及材料供應(yīng)等工作可由當(dāng)?shù)毓と素?fù)責(zé)，中外員工配比為1∶2。個別當(dāng)?shù)丶夹g(shù)工人成熟的地區(qū)和國家，則可以適當(dāng)減少中國技術(shù)工人用量，但應(yīng)充分確?，F(xiàn)場中外員工之間的交流順暢、配合默契。

4 結(jié)語

當(dāng)前，中國的輸變電工程技術(shù)已經(jīng)非常成熟，處于世界領(lǐng)先水平。工程建設(shè)順利實(shí)施，除了要有成熟的工藝技術(shù)外，還需有充足的資源做保障。在國際工程建設(shè)中，輸電線路工程建設(shè)仍面臨著很大的挑戰(zhàn)，尤其是熱帶雨林地區(qū)，氣候環(huán)境獨(dú)特，中國承包商缺少該環(huán)境下的施工經(jīng)驗(yàn)。本文總結(jié)了非洲地區(qū)已建項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，旨在提高中國企業(yè)在該氣候環(huán)境下的應(yīng)對能力，助力提高我國企業(yè)在非洲地區(qū)乃至更廣泛的區(qū)域的抗風(fēng)險能力，提升中國企業(yè)信譽(yù)。