廈門220kV李西線臺風(fēng)倒塔分析研究

池金明 鄭家松 翁蘭溪 鄢慶錳 尹元 鄭鳳林 李揚(yáng)森 江能明

（1中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司2國網(wǎng)福建省電力有限公司 福建福州 350003）

2016年9月15日凌晨2點(diǎn)左右，1614號臺風(fēng)莫蘭蒂正式登陸廈門，為建國以來登陸閩南的最強(qiáng)臺風(fēng)，中心附近最大風(fēng)力17級。五緣灣大橋?qū)崪y陣風(fēng)達(dá)64.2m/s，平均風(fēng)49.6m/s，遠(yuǎn)超出廈門地區(qū)歷100年一遇風(fēng)速值。本文結(jié)合220kV廈李線莫蘭蒂臺風(fēng)倒桿事故情況，分析臺風(fēng)荷載特性，旨在提高臺風(fēng)頻發(fā)地區(qū)輸電線路抵御臺風(fēng)災(zāi)害的能力。

1 研究對象

莫蘭蒂臺風(fēng)造成李西線 #3、#5～#9、#21、#22、#27 倒塔以及相應(yīng)導(dǎo)線、地線、光纜破斷。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地核實(shí)，#3、#21、#27直線塔貓頭曲臂位置主材失穩(wěn)破壞；#5塔腿位置主材采用外包角鋼連接，連接位置包角鋼斷裂，塔腿附近斜材嚴(yán)重扭曲破壞；其余5基塔發(fā)生鐵塔整體破壞，鐵塔主材和身部斜材均有不同程度失穩(wěn)破壞。倒塔或塔頭失穩(wěn)方向大致沿垂直線路方向，與臺風(fēng)行徑方向一致，詳見圖1、表1。

表1 220kV李西線路受損統(tǒng)計(jì)表

李西線受損塔型分別為ZM1、ZM2，采用扁塔設(shè)計(jì) （見表2），執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（SDGJ94-1990），重現(xiàn)期 15 年，設(shè)計(jì)風(fēng)速 35m/s（15 年一遇，離地高度15m）。塔身主材材質(zhì)16Mn鋼或Q235鋼，其他角鋼構(gòu)件材質(zhì)Q235鋼。

表2 ZM1、ZM2原設(shè)計(jì)使用條件

2 氣象條件論證

通過對我省氣象部門的資料收集，此次臺風(fēng)“莫蘭蒂”登陸廈門時風(fēng)力強(qiáng)度為15級（50m/s），陣風(fēng)最大達(dá)到17級（70m/s）。從倒塔周邊的氣象站探測情況看，6個探測站在臺風(fēng)登陸期間（15 日 3∶00-6∶00），測得極大風(fēng)速（3s平均值）基本在 40m/s以上，10min平均最大風(fēng)速達(dá)到了20m/s左右。特別強(qiáng)調(diào)的是，在距220kV李西線倒塔最近的杏林站，在4∶00-5∶00測得的極大風(fēng)速（3s平均風(fēng)速最大值）為46.8m/s，10min平均風(fēng)速最大值達(dá)到了24.3m/s，2min平均最大風(fēng)速值達(dá)到了30.4m/s。圖2為李西線塔位與臺風(fēng)路徑示意圖。倒塔周邊氣象站探測數(shù)據(jù)見表3。

表3 倒塔周邊氣象站探測數(shù)據(jù) m/s

3 桿塔應(yīng)力分析

根據(jù)上節(jié)的論述，在距220kV李西線倒塔最近的杏林站，在4∶00-5∶00測得的極大風(fēng)速為46.8m/s。選擇ZM2貓頭塔，分別以設(shè)計(jì)風(fēng)速35m/s、風(fēng)速最大值46.8m/s進(jìn)行有限元分析。

分析表明：正常大風(fēng)（35m/s）情況下，構(gòu)件應(yīng)力比都小于100%，滿足正常使用。在臺風(fēng)42.9m/s風(fēng)速下，桿塔塔身多段主材滿應(yīng)力超限，主要分布在塔頭頂部、變坡處和塔腿隔面附近位置。3者為全塔桿件最薄弱位置，在強(qiáng)臺風(fēng)作用下，將最先發(fā)生屈服破壞，從而引發(fā)其他相連構(gòu)件連續(xù)屈服。該結(jié)論與現(xiàn)場倒塔屈曲或塔頭局部破壞情況是一致的。大風(fēng)工況下桿件應(yīng)力圖見圖3。

4 線路抗風(fēng)搶修

“莫蘭蒂”強(qiáng)臺風(fēng)造成廈門市桿塔事故共有27基，破壞形態(tài)包括桿塔傾倒、塔頭變形和橫擔(dān)彎曲等。傳統(tǒng)的現(xiàn)澆基礎(chǔ)無法在短時間內(nèi)滿足搶修需求，裝配式基礎(chǔ)在工期、經(jīng)濟(jì)、人員等方面可發(fā)揮很好的作用。

裝配式基礎(chǔ)以其工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)輸電線路桿塔基礎(chǔ)工廠化加工，減少現(xiàn)場人工作業(yè)量和作業(yè)工序，適用于缺水或現(xiàn)場澆注混凝土困難等地區(qū)，有利于機(jī)械化施工，可促進(jìn)輸電線路全過程機(jī)械化施工體系中的基礎(chǔ)建設(shè)，提高輸電線路建設(shè)技術(shù)水平，降低全壽命周期成本。對于輸電線路緊急搶修工程，建議優(yōu)先考慮裝配式基礎(chǔ)。圖4為李西線#7桿塔裝配式基礎(chǔ)施工現(xiàn)場。

5 結(jié)論

（1）李西線 ZM1/ZM2 鐵塔采用扁塔設(shè)計(jì)，剛度分布不均，抗風(fēng)過載能力較低，在強(qiáng)臺風(fēng)作用下易發(fā)生整體倒塔屈服或塔頭局部破壞。

（2）對于福建沿海已建鐵塔可適當(dāng)增加鐵塔頭部及變坡處剛度，提高鐵塔抗臺風(fēng)能力。

（3）裝配式基礎(chǔ)在經(jīng)濟(jì)性、工期、人員等方面可發(fā)揮很好的作用，建議在今后電力輸電線路緊急搶修中采用裝配式基礎(chǔ)。