1 000 k V交流特高壓輸電線路山區(qū)鐵塔組立方案分析

韓啟云,童 鑫,張鵬程,王 杰

(安徽送變電工程有限公司,安徽 合肥 230022)

國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目張北-雄安1 000 k V特高壓交流輸電線路工程5標(biāo)段位于河北省保定市淶源縣境內(nèi),線路長(zhǎng)度2×30.5 k m(單回路2×25.9 k m,雙回路4.6 k m),地形包括一般山地和高山大嶺,山勢(shì)陡峻、連綿起伏、溝谷深切,海拔500～1 700 m。桿位所處地理位置坡度較大,其中4S004桿位周圍筑有3處擋墻,現(xiàn)場(chǎng)坡度超過30°;4S005桿位地形坡度超過40°,不宜筑造擋土墻,在桿位山脊梁兩側(cè)搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)。全線路運(yùn)輸主要利用國(guó)道及鄉(xiāng)間道路,桿位位于一般山地需修筑進(jìn)場(chǎng)道路,高山大嶺需采用索道運(yùn)輸,運(yùn)輸條件非常差。一般線路段,直線塔76基,單回路直線塔72基,雙回路直線塔4基,其中直線轉(zhuǎn)角塔5基;耐張塔21基,單回路耐張塔17基,雙回路耐張塔4基,其中分支塔2基;合計(jì)97基。全線共20種塔型,含直線塔13種,其中單回路直線酒杯塔11種,雙回路直線鼓形塔2種;含耐張塔7種,其中單回路干字形耐張塔4種,雙回路鼓形塔3種,其中分支塔2種。單回路鐵塔采用角鋼塔,雙回路采用鋼管塔,根據(jù)鐵塔特點(diǎn),研究采用3種組塔施工方案,保障了鐵塔組立施工。

1 山區(qū)施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

1.1 施工特點(diǎn)

山區(qū)1 000 k V特高壓交流輸電線路工程組塔施工,塔位高低不平,施工區(qū)域狹窄,桿塔均采用全方位高低腿,堆料、立塔難度極大,需解決塔材質(zhì)量大、山區(qū)道路狹窄、運(yùn)輸條件惡劣、桿位堆料困難等方面問題[1]。

1.2 組塔難點(diǎn)

(1)本工程單回路鐵塔呼高42～105 m,全高5 2.8～112.8 m,平均塔高80 m,塔重69～238t;雙回路一般鐵塔呼高48～63 m,全高104～119 m,塔重69～300 t。

(2)本工程單回直線塔采用酒杯塔,橫擔(dān)長(zhǎng)、重量大,單側(cè)橫擔(dān)長(zhǎng)度15.7～21 m,地線橫擔(dān)長(zhǎng)17.2～19.7 m,地線支架高10.7 m,酒杯塔上下曲臂高度23.2～25 m,起吊及就位難度大。單回路耐張干字形塔橫擔(dān)長(zhǎng)度15.1～20.5 m,地線支架長(zhǎng)度15.7～23.9 m。雙回路鼓形塔橫擔(dān)長(zhǎng)度14～23.4 m。

(3)鐵塔根開大,鐵塔組立變形控制難度大;山區(qū)高差大高低腿組立困難。

(4)山區(qū)地質(zhì)為巖石,施工錨樁采用開挖預(yù)埋地錨和預(yù)埋錨桿,施工前做好策劃,施工中做好檢查坑深、排水、回填夯實(shí)、防水沖覆蓋。

(5)山區(qū)施工基面不平整,桿位周邊坡度較大,抱桿無法進(jìn)行整立。

(6)施工范圍內(nèi)多凸起巖石,巖石多強(qiáng)、中風(fēng)化,立塔過程沒有可靠錨固點(diǎn)。

(7)山區(qū)施工常遇到陣風(fēng)天氣,且陣風(fēng)的瞬時(shí)風(fēng)速較大,對(duì)抱桿的穩(wěn)定性影響較大。

1.3 運(yùn)輸現(xiàn)狀

張北-雄安1 000 k V特高壓交流輸電線路工程5標(biāo)段地形情況復(fù)雜,山地占比81.97%,高山大嶺占比18.03%。施工前對(duì)每基基礎(chǔ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè),通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查和分析,塔位多數(shù)位于山上,運(yùn)輸條件極其困難。塔材運(yùn)輸施工前對(duì)每基桿塔的運(yùn)輸距離,運(yùn)輸?shù)缆返钠露?、寬?道路的最小轉(zhuǎn)彎半徑,路面平整情況和路面土質(zhì)強(qiáng)度等做了認(rèn)真調(diào)查。對(duì)于轉(zhuǎn)彎半徑小于5 m的道路、轉(zhuǎn)彎處道路寬度不能滿足轉(zhuǎn)彎要求的部分、局部坡度超過20°的道路、道路坑凹不平、路基積水的部分以及路面土質(zhì)較差、車輛容易下陷的部分均進(jìn)行了修整。

該項(xiàng)目運(yùn)輸方式主要采用汽車運(yùn)輸與索道運(yùn)輸相結(jié)合的方式。索道架設(shè)過程考慮的因素包括現(xiàn)場(chǎng)地形、現(xiàn)有運(yùn)輸條件、施工組織安排及經(jīng)濟(jì)效益等方面,最后確定采用單跨單索循環(huán)式索道和多跨單索循環(huán)式索道。單跨單索循環(huán)式索道運(yùn)輸具有施工效率高、適用范圍廣、易裝拆、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),適用于總運(yùn)重不超過1 t的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物料運(yùn)輸,跨距不超過1 000 m,相鄰支架最大弦傾角不大于50°。若物料運(yùn)輸為多掛點(diǎn)方式,驗(yàn)算后方能使用。多跨循環(huán)式索道運(yùn)輸具有運(yùn)輸量大、施工效率高、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。在整個(gè)索道系統(tǒng)中同時(shí)累計(jì)運(yùn)輸質(zhì)量不超過2 t,中間支架一般不超過7個(gè),每跨跨度一般不超過600 m,相鄰支架最大弦傾角不大于50°,全長(zhǎng)一般不超過3 000 m。

2 3種常用鐵塔組立方案

根據(jù)鐵塔參數(shù)和地形特征結(jié)合運(yùn)輸條件,綜合考慮組塔施工方案,現(xiàn)場(chǎng)可采用3種常用組塔方案,分別是懸浮抱桿、座地?fù)u臂抱桿、雙平臂抱桿[2]。

2.1 懸浮抱桿組塔

懸浮抱桿一般為送變電施工單位自有設(shè)備,采用外拉線施工,需要有地形打設(shè)外拉線,因不能超出組立塔身2/3的安全要求,只能吊裝超出已組立塔身約25 m以上的塔段,根據(jù)塔型結(jié)構(gòu),單回路直線塔酒杯塔型上下曲臂及橫擔(dān)開口超過26 m,超出懸浮抱桿吊裝高度。因此懸浮抱桿只能用于地形條件滿足外拉線打設(shè)的單回路耐張塔、雙回路塔[3-4]。

單回路耐張塔采用內(nèi)懸浮外拉線單抱桿組塔,利用懸浮抱桿傾斜吊裝,旋轉(zhuǎn)就位吊裝地線支架,旋轉(zhuǎn)就位吊裝導(dǎo)線橫擔(dān)內(nèi)段,利用地線支架轉(zhuǎn)向吊裝導(dǎo)線橫擔(dān)外段,見圖1。

圖1 懸浮抱桿吊裝

2.2 座地?fù)u臂抱桿組塔

座地?fù)u臂抱桿一般為自有設(shè)備,采用座地方式抱桿坐在塔中心;在主抱桿的轉(zhuǎn)軸下方設(shè)置內(nèi)拉線,根據(jù)吊裝施工及地形條件要求設(shè)置上層內(nèi)拉線和腰環(huán);隨塔段吊裝一起自頂升/提升升高,分解組立鐵塔,抱桿采用上部旋轉(zhuǎn)方式,水平覆蓋整個(gè)吊裝范圍,抱桿采用兩側(cè)平衡起吊方式[5]。

采用座地?fù)u臂抱桿吊裝時(shí),需考慮地形限制組裝,用鐵塊作為配重,方便塔材轉(zhuǎn)運(yùn)和組裝。按照鐵塔參數(shù)及地形條件判斷,單回路直線塔適合使用座地?fù)u臂抱桿配合人字抱桿組塔,利用搖臂抱桿吊裝塔身、下曲臂、上曲臂、中橫擔(dān),在中橫擔(dān)上加裝人字抱桿,利用搖臂抱桿作為人字抱桿變幅拉線,利用人字抱桿輔助吊裝地線支架、導(dǎo)線外橫擔(dān)。單回路耐張塔橫擔(dān)重心吊裝水平距離滿足搖臂抱桿吊裝要求,可直接吊裝或采用地線支架輔助吊裝。雙回路塔可采用搖臂抱桿吊裝[6],見圖2。

圖2 座地雙搖臂抱桿吊裝

對(duì)單回干字形耐張塔、雙回鼓形塔,進(jìn)行分解吊裝時(shí),可將橫擔(dān)分為近塔身段和遠(yuǎn)塔身段,近塔身段可根據(jù)橫擔(dān)與塔身連接方式采用旋轉(zhuǎn)法整體吊裝,也可分片吊裝。橫擔(dān)吊裝順序宜采取由下向上順序吊裝。吊裝上層橫擔(dān)時(shí),需組裝在順線路方向上,當(dāng)?shù)跫叨瘸^下層橫擔(dān)后再旋轉(zhuǎn)至橫線路方向;吊裝橫擔(dān)時(shí),吊點(diǎn)繩宜綁扎在吊件重心偏外的位置;起吊時(shí),橫擔(dān)外端略上翹,就位時(shí)先連接上平面兩主材螺栓,后連接下平面兩主材螺栓。

2.3 雙平臂抱桿組塔

雙平臂抱桿組塔需要從特高壓租賃平臺(tái)租賃,采用座地方式,液壓下頂升,集中控制吊裝,最大吊裝能力可達(dá)8 t,平臂最長(zhǎng)15～24 m,能滿足構(gòu)件重心距塔中心水平距離15～24 m的構(gòu)件垂直平衡吊裝,如地形不允許兩側(cè)平衡吊裝,需要單獨(dú)增加配重塊[7]。根據(jù)塔型特點(diǎn),雙平臂抱桿適合所有塔型組塔,但是雙平臂抱桿受地形和運(yùn)輸條件限制,適用范圍較小。單回路直線塔中橫擔(dān)寬度最小為2 000 mm,超出平臂抱桿回轉(zhuǎn)體寬度,但是中橫擔(dān)為寬扁結(jié)構(gòu),當(dāng)平臂收臂后與橫擔(dān)方向一致時(shí),能夠滿足抱桿拆除要求。因此單回路直線塔和耐張塔可使用雙平臂抱桿作為備選方案。但是需注意,雙平臂抱桿回轉(zhuǎn)體總質(zhì)量近3 t,超出輕型索道運(yùn)輸能力,利用輕型索道運(yùn)輸時(shí)需拆開回轉(zhuǎn)體分段運(yùn)輸。

用平臂抱桿吊裝,考慮地形條件,需配置□800斷面單抱桿吊裝平臂抱桿5節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及抱桿頭部所有構(gòu)件(抱桿塔頂最高22.8 m),利用雙平臂抱桿吊裝塔材,對(duì)于地形限制的塔位使用鐵塊作為配重吊裝,見圖3。

圖3 雙平臂抱桿吊裝

對(duì)雙回鼓形塔、單回耐張塔,可采用兩側(cè)平衡整吊或分解吊裝。分解吊裝時(shí),可將橫擔(dān)分為近塔身段和遠(yuǎn)塔身段,也可分片吊裝。橫擔(dān)吊裝順序宜采取由下向上順序吊裝,即先吊裝下層橫擔(dān),再吊裝上層橫擔(dān)。吊裝上層橫擔(dān)時(shí),需組裝在順線路方向上,當(dāng)?shù)跫叨瘸^下層橫擔(dān)后再旋轉(zhuǎn)至橫線路方向;吊裝橫擔(dān)時(shí),吊點(diǎn)繩宜綁扎在吊件重心偏外的位置;起吊時(shí),橫擔(dān)外端略上翹,就位時(shí)先連接上平面兩主材螺栓,后連接下平面兩主材螺栓。

對(duì)單回路酒杯形塔,根據(jù)抱桿承載能力、橫擔(dān)質(zhì)量、橫擔(dān)結(jié)構(gòu)分段和塔位場(chǎng)地條件,應(yīng)采用橫擔(dān)分段、分片或相互組合的方式對(duì)稱同步吊裝。首先吊裝中橫擔(dān),中橫擔(dān)接近就位高度時(shí),應(yīng)緩慢松出控制繩,使橫擔(dān)下平面緩慢進(jìn)入上曲臂平口上方。當(dāng)兩端都進(jìn)入上曲臂上口后,先低后高,對(duì)空就位。兩側(cè)曲臂間水平距離應(yīng)通過落地拉線及兩曲臂間的水平拉線調(diào)整,滿足就位要求。抱桿最大吊裝幅度不能滿足邊橫擔(dān)、橫擔(dān)頂架吊裝時(shí),可采用輔助抱桿進(jìn)行吊裝。

3 相同工序優(yōu)化分析

山區(qū)鐵塔組立最大的難題是抱桿站立過程,主要考慮受山區(qū)地形限制,拉線及動(dòng)力牽引位置不好選擇。山區(qū)立塔采用懸浮抱桿時(shí)通常采用內(nèi)拉線的方式,針對(duì)座地式抱桿在該特高壓的應(yīng)用,考慮到地理因素、塔材重量等因素采用“倒裝”方式通過提升井架組立抱桿。

3.1 井架組裝

研制專用提升井架,提升架高度為9 m,重量2 t,截面為1 750 mm×1 750 mm,主材為φ102 mm鋼管結(jié)構(gòu),單件重量為100 kg,單面開口,且伸出軌道,用于組立抱桿時(shí)人力填裝抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。提升架的額定提升荷載為12 t。在提升架的頂端四角設(shè)置4根外拉線,外拉線采用φ15.5 mm鋼絲繩,拉線夾角與水平地面不超過45°。提升井架必須結(jié)構(gòu)完整,斜材及附屬結(jié)構(gòu)必須全部安裝。

3.2 預(yù)埋拉棒

山區(qū)地形復(fù)雜,地質(zhì)結(jié)構(gòu)大部分為強(qiáng)、中風(fēng)化,地錨和鉆樁都不方便埋設(shè)。為了解決這個(gè)難題,可在澆制基礎(chǔ)時(shí),預(yù)先在基礎(chǔ)頂部處埋設(shè)拉棒,作為后續(xù)立塔施工時(shí)的受力構(gòu)件。拉棒埋設(shè)必須經(jīng)設(shè)計(jì)院同意并通過受力計(jì)算,方可進(jìn)行埋設(shè)。

3.3 井架組立抱桿

井架頂端和底部設(shè)置好拉線,固定提升井架,并掛好提升滑車及走繩。提升架頂端各有一個(gè)單輪滑車,抱桿底部設(shè)置有2個(gè)雙輪滑車(實(shí)際為2個(gè)并排的單輪滑車,寬度同抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié))。提升系統(tǒng)為一根φ15.5鋼絲繩,從井架頂端一頭固定,繞經(jīng)井架內(nèi)抱桿底部的滑車組,再繞過井架頂部滑車、底部滑車、頂部滑車及地面轉(zhuǎn)向,進(jìn)入絞磨。

當(dāng)桅桿高度露出提升井架的時(shí)候在桅桿頭部的外拉線掛點(diǎn)打上四根臨時(shí)拉線,臨時(shí)拉線為φ12.5鋼絲繩,通過緩松器連接至地錨上。臨時(shí)拉線和井架拉線均連接至塔腿埋設(shè)的拉棒。

3.4 抱桿搖臂安裝

待抱桿提升至回轉(zhuǎn)體高度為15～20 m(根據(jù)已立塔腿段高度確定),在地面整體組裝搖臂。在桅桿頭部設(shè)置滑輪組用以吊裝搖臂。吊裝時(shí)吊帶捆綁點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在搖臂頭部以下適當(dāng)位置。把搖臂的鉸接位置與抱桿桿身連接好后,此時(shí)為搖臂收攏狀態(tài),固定在桅桿上。

3.5 變幅及起吊系統(tǒng)安裝

待安裝好兩側(cè)搖臂后,安裝起吊系統(tǒng)及走三走三變幅系統(tǒng),起吊系統(tǒng)為5～8 t走二走三滑車組;變幅系統(tǒng)為5～8 t走三走三鋼絲繩滑車組。調(diào)試懸浮搖臂抱桿的拉線、變幅等系統(tǒng),為搖臂抱桿吊裝組立桿塔做好準(zhǔn)備。

3.6 腰環(huán)安裝

此抱桿配有三道腰環(huán),第一道腰環(huán)為加強(qiáng)腰環(huán),在回轉(zhuǎn)體的下面。另兩道腰環(huán)為普通腰環(huán),設(shè)計(jì)工作負(fù)荷3～5 t,腰環(huán)之間間距10～15 m。

按照抱桿的各腰環(huán)間距,先打上最下面一層腰環(huán),然后隨著抱桿的提升,從下往上依次打好各道腰環(huán),抱桿回轉(zhuǎn)體下面的腰環(huán)為加強(qiáng)腰環(huán)。在安裝腰環(huán)時(shí)可以根據(jù)主材的掛板位置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整腰環(huán)間距,各處拉線打好后,開始組塔工作。應(yīng)注意的是,在抱桿提升的過程中,要用經(jīng)緯儀觀察抱桿,用拉線調(diào)整抱桿,使其豎直。提升結(jié)束后固定好四面拉線,四根拉線應(yīng)受力均勻。腰環(huán)在吊裝過程應(yīng)不受力。

4 工效分析及建議

針對(duì)山區(qū)地形差、高低腿情況、吊件長(zhǎng)度及重量較大等特點(diǎn),集中介紹了在本工程山區(qū)組塔過程中的3種鐵塔組立方式以及抱桿的組裝過程。在實(shí)際應(yīng)用過程中,通過橫向和縱向比較,對(duì)不同種類抱桿組裝方式進(jìn)行了工效分析。

4.1 懸浮抱桿可逐步取消

懸浮抱桿在本工程使用量較少,一是因?yàn)榫€路位于山區(qū),外拉線無法打設(shè);二是因?yàn)閼腋”U施工安全風(fēng)險(xiǎn)大,作業(yè)人員高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大。懸浮抱桿施工工效較座地抱桿略高,對(duì)于開闊地帶施工有一定優(yōu)勢(shì),但是隨著社會(huì)發(fā)展和人工費(fèi)用上漲,可逐步取消。

4.2 搖臂抱桿應(yīng)提高機(jī)械化和信息化水平

搖臂抱桿整套質(zhì)量約25 t,較平臂抱桿輕15 t左右,解決了拉線和吊重的問題,同時(shí)因搖臂抱桿單件較輕,更適應(yīng)山區(qū)塔位。搖臂抱桿機(jī)械化、信息化控制差于平臂抱桿,不能集中控制繩索,對(duì)施工班組人數(shù)要求多,需要4套動(dòng)力系統(tǒng)作為起吊及變幅,需要12個(gè)人操作動(dòng)力設(shè)備,平均用時(shí)要超過平臂抱桿2～3 d,整體單基塔工期約30 d。后期在搖臂抱桿升級(jí)時(shí),應(yīng)采用信息化控制,提高作業(yè)效率。

4.3 平臂抱桿組立雙回路塔較經(jīng)濟(jì)

平臂抱桿組塔施工需要修筑運(yùn)輸?shù)缆?兩側(cè)起吊無需拉線。平臂抱桿因臂長(zhǎng)有限,吊裝塔材需控制在臂長(zhǎng)內(nèi),吊裝橫擔(dān)長(zhǎng)度在15～22 m內(nèi)。單基抱桿運(yùn)輸量達(dá)約45 t,特別適合雙回路鼓型鋼管塔,施工工效相對(duì)較高,平均每天可吊裝10～15 t,單基塔施工周期為20～30 d,后期雙回路塔可投入使用。

5 結(jié)束語

本文主要介紹了3種常用組塔方案,主要針對(duì)于山區(qū)組塔工程,集中闡述、分析了山區(qū)組塔方法的優(yōu)劣。同時(shí),結(jié)合實(shí)際工程,有效解決了1 000 k V特高壓交流輸電線路工程山區(qū)超長(zhǎng)、超重角鋼塔、鋼管塔吊裝的難題,為后續(xù)特高壓交流工程組塔施工的順利組建提供了可靠的技術(shù)保障。