斜線式施工升降機在輸電線路大跨越工程施工中的應(yīng)用

江蘇省送變電有限公司 陳 彬

江蘇鳳城至梅里500kV線路長江大跨越工程是江蘇境內(nèi)第六條跨江高等級電力通道。工程建成后將能消納風(fēng)電、光伏、特高壓直流等新能源電能，為長三角“碳達峰”“碳中和”提供支撐，提升蘇南受電能力，對于服務(wù)蘇南負荷中心需求、助力長三角一體化戰(zhàn)略具有重要意義。工程采用“耐—直—直—耐”跨越方式，線路全長4055m，跨越檔檔距為2550m。跨越塔全高385m，建成后為世界最高輸電鐵塔?？缭剿捎娩摴?內(nèi)配環(huán)狀鋼骨構(gòu)件+高強自密實混凝土結(jié)構(gòu)，單基跨越塔重量近6500t，填充混凝土約2300m3，灌注高度200m，為同類型工程之最。

大跨越鐵塔施工過程中人員豎直上下的效率及安全性，是直接影響工程建設(shè)進度的關(guān)鍵因素，大跨越鐵塔施工垂直機械化運輸體系已經(jīng)成為工程施工過程中的重要技術(shù)之一。本工程首次在大跨越工程組塔及架線施工過程中應(yīng)用斜線式施工升降機施工技術(shù)，安全可靠，施工效率高，有效解決了大跨越鐵塔工程施工過程中人員垂直上下運輸?shù)碾y題。

1 斜線式施工升降機在大跨越工程鐵塔上應(yīng)用技術(shù)難點

一是輸電線路大跨越鐵塔不同于一般的建筑物，鐵塔四條主管朝向鐵塔中心有一定的傾斜度，一般民用建筑上使用的升降機是沿軌道垂直上下運行的，如果升降機要在輸電線路大跨越鐵塔上運行，需要研究設(shè)計一種與鐵塔主管傾斜度近似平行的運行軌道。

二是傳統(tǒng)民用建筑的升降機吊籠是垂直安裝在運行軌道上運行的，由于大跨越鐵塔主管有一定的傾斜度，因此需要設(shè)計出一種傾斜式吊籠，不僅要保證吊籠能夠在傾斜軌道上運行，而且還要保證吊籠轎廂是沿垂直方向軌跡上行駛。

三是大跨越鐵塔為鋼管結(jié)構(gòu)，主管從上到下的管徑不一致，但斜線式施工升降機的運行軌道必須與鐵塔主管保持近似平行，因此需要設(shè)計一種附墻架，附墻架能夠滿足主管從上到下管徑不一致而使升降運行軌道與主管保持近似平行。

四是輸電線路大跨越工程主要位于長江岸邊及海島上，環(huán)境惡劣，尤其是在臺風(fēng)季節(jié)期間，受大風(fēng)大雨影響比較嚴(yán)重。在惡劣環(huán)境下若使用常規(guī)的電纜線方式對升降機供電，電纜線容易被大風(fēng)吹刮，存在很大的安全隱患，需要設(shè)計一種無電纜線的斜線式施工升降機供電方式，避免惡劣環(huán)境的影響，同時滿足現(xiàn)場使用需求。

五是在大跨越鐵塔組立的過程中可以使用組塔用的雙平臂抱桿進行斜線式施工升降機的安裝工作，升降機一直要工作至導(dǎo)地線架設(shè)完成后才能拆除，此時雙平臂抱桿已拆除完畢無法進行升降機拆除作業(yè)，需要設(shè)計一種斜線式施工升降機拆除系統(tǒng)。

2 技術(shù)原理

2.1 斜線式施工升降機布置方案

斜線式施工升降機導(dǎo)軌架沿著特大型輸電線路大跨越線路跨越塔一根主管從下往上布置，呈一定傾斜角，導(dǎo)軌架通過附墻架與主管上預(yù)留的連接耳板采用銷釘連接，導(dǎo)軌架中心與主管中心線保持平行，傾斜角度與主管傾斜角近似相等。斜線式施工升降機具體布置方案如圖1所示。

圖1 升降機布置示意圖

2.2 工作原理

斜線式施工升降機系統(tǒng)傾斜布置安裝在跨越塔單腿主管上，通過調(diào)節(jié)底座使升降機導(dǎo)軌架與鐵塔主管平行。升降機導(dǎo)軌架通過連接附墻與主管連接，吊籠通過滾輪安裝在導(dǎo)軌架上，通過電機驅(qū)動使吊籠在導(dǎo)軌架上上下運行。具體工作原理包括：一是采用齒輪齒條傳動方式，傳動系統(tǒng)與吊籠采用銷軸連接。二是傳動立柱與地面法向呈一定傾角，與吊籠銷軸鉸接，上部采用調(diào)節(jié)桿形式與吊籠頂部連接，整個吊籠箱體可實現(xiàn)角度調(diào)整（0～10°），滿足不同角度的主支腿工況。三是附墻架采用萬向節(jié)式調(diào)節(jié)桿，可實現(xiàn)上下左右調(diào)節(jié)；附墻連接底座焊接于跨越塔單腿主管上。四是采用變頻控制，電機采用S1連續(xù)工作制，滿足輸電線路300m以上高塔連續(xù)運行使用。五是采用滑觸線無電纜線供電方式，底籠電控接過渡電纜至滑觸線，滑觸線安裝在導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，集電器隨吊籠上下運動在滑觸線內(nèi)在滑動。六是通過電機驅(qū)動齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條嚙合，驅(qū)動吊籠上下運行。

3 施工升降機安裝

升降機安裝包括底籠安裝、導(dǎo)軌架安裝、附墻連接件安裝、吊籠安裝、傳動系統(tǒng)安裝、供電系統(tǒng)安裝、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)加高、系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)。

3.1 底籠設(shè)置

底籠主要包括底架和防護圍欄兩部分。一是底架由底架主架和大、小H型架連接而成，四周與地面防護圍欄相聯(lián)接，中央?yún)^(qū)域為導(dǎo)軌架連接底座。主要是承受由導(dǎo)軌架傳遞的軸向載荷。安裝時，底架通過地腳螺栓與升降機的基礎(chǔ)錨固在一起。二是防護圍欄由角鋼、鋼板等焊接而成，將升降機主機部分包圍起來，形成一個封閉區(qū)域，使升降機工作時人員不得進入該區(qū)域。防護圍欄上安裝有底籠門并且設(shè)置機械電氣聯(lián)鎖裝置，只有當(dāng)?shù)趸\在地面靜止時，底籠門才能打開，如底籠門未關(guān)，吊籠將不能啟動，形成有效的安全防護措施，保證施工升降機安全運行。

3.2 導(dǎo)軌架設(shè)置

導(dǎo)軌架是升降機的運行軌道，分為導(dǎo)軌架基礎(chǔ)座和導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。由于輸電線路大跨越鐵塔不同于常規(guī)建筑物，升降機附著在大跨越鐵塔一根主管上，主管呈一定的傾斜角度，創(chuàng)新設(shè)計出一種可調(diào)角度的導(dǎo)軌架基礎(chǔ)座通過鉸接形式來滿足鐵塔主管傾斜度要求。導(dǎo)軌架基礎(chǔ)座由非標(biāo)基礎(chǔ)節(jié)和調(diào)節(jié)桿組成，調(diào)節(jié)螺桿使調(diào)節(jié)桿長度滿足傾斜角度要求[1]。基礎(chǔ)座通過鉸接形式與底架連接。

導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)由長度為1508mm、截面尺寸為 650mm×450mm的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過M24高強度螺栓連接組成，螺栓擰緊力不小于700N·m。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)由鋼管、角鋼等焊接而成，其上裝有齒條，通過三個內(nèi)六角螺釘緊固，齒條可拆換。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)四根主弦桿下端焊有錐套，齒條下端設(shè)有定位銷，以便標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝時準(zhǔn)確定位。導(dǎo)軌架通過附墻架與鐵塔主管聯(lián)接。在安全方面，導(dǎo)軌架的頂部和底部均裝有限位裝置，當(dāng)它們與吊籠上的限位開關(guān)相碰時，會使吊籠自動停車或減速，一旦常用的上、下限位開關(guān)發(fā)生故障，三相極限開關(guān)就會切斷總電源使吊籠停車。

3.3 附墻架設(shè)置

附墻架是導(dǎo)軌架與鐵塔主管之間的聯(lián)接部件。由于鐵塔主管由上至下管徑不一致，導(dǎo)致升降機導(dǎo)軌架與主管之間的間距在不斷變化，為此創(chuàng)新設(shè)計出一種可調(diào)節(jié)長度的附墻架結(jié)構(gòu)。附墻架的一端用螺栓安裝在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的框架角鋼上，另一端用銷釘安裝在鐵塔主管的耳板上，中間采用螺紋可調(diào)拉桿連接。該結(jié)構(gòu)有效解決了導(dǎo)軌架與主管之間間距不一致的問題，占用的安裝空間小，與鐵塔主管上的其他構(gòu)件互不影響，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全可靠。

3.4 吊籠設(shè)置

吊籠是升降機用于人員上下的籠狀裝置，是用型鋼、沖孔鋁板及鋼板等焊接而成的全封閉式結(jié)構(gòu)，上下底面均為花紋鋼板，在吊籠內(nèi)部安裝有操作臺，用以控制升降機的上下運動。

為了保證吊籠載人后在斜線式導(dǎo)軌架上運行，該裝置設(shè)計了一種可調(diào)角度的吊籠結(jié)構(gòu)。在吊籠本體和吊籠立柱的上部設(shè)置調(diào)整桿，通過調(diào)節(jié)拉桿長度來匹配吊籠與導(dǎo)軌架的傾斜角度。同時，在吊籠與傳動立柱之間還設(shè)有吊鏈保護，以保障吊籠在調(diào)節(jié)拉桿失效時，吊籠不傾倒。另外，吊籠立柱上設(shè)有安全鉤以防止吊籠脫離導(dǎo)軌架。

在吊籠上分別設(shè)置單開門和翻板門，且裝有電器連鎖裝置，當(dāng)任何一扇門開啟時吊籠均停止工作，確保吊籠內(nèi)人員的安全。在吊籠頂部設(shè)置由安全欄桿圍住的檢修操作平臺，由吊籠內(nèi)部爬梯通過頂部天窗可到達檢修平臺，天窗上裝有電氣聯(lián)鎖裝置，打開天窗蓋時，吊籠停止工作，只有天窗蓋關(guān)閉時，吊籠才可工作。為了便于高空供電系統(tǒng)滑觸線安裝，在吊籠頂部專門設(shè)計了滑觸線安拆平臺，便于高空安裝作業(yè)。

3.5 傳動系統(tǒng)設(shè)置

傳動系統(tǒng)是施工升降機的重要傳力構(gòu)件，由起重用盤式制動電動機，斜齒傘齒減速器及傳動齒輪等組成，通過自身輸出小齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條嚙合，驅(qū)動吊籠上下運行。齒輪減速器（減速比1：16.6），傳動效率高達95%，電機采用S1連續(xù)工作制，速度在0～60 m/min，滿足輸電線路300m以上大跨越鐵塔連續(xù)運行使用。該系統(tǒng)上安裝了超載限制器，當(dāng)載重量超過設(shè)計值時，電動機無法啟動。整個傳動系統(tǒng)通過銷軸與吊籠立柱鉸接相連。

3.6 供電系統(tǒng)設(shè)置

供電系統(tǒng)是施工升降機電力輸送的裝置，采用變頻控制。供電系統(tǒng)采用無電纜滑觸線形式，滑觸線外殼采用優(yōu)質(zhì)絕緣材料，不受風(fēng)雨等惡劣天氣影響，安全可靠，經(jīng)濟適用；滑觸線可隨升降機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的高度加高，與傳統(tǒng)電纜線相比使用壽命長，連接更牢固?；|線為35 m2，底籠電控箱與滑觸線通過電纜線連接，滑觸線安裝在導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上，集電器隨吊籠上下運動在滑觸線內(nèi)在滑動。單根滑觸線長度3m。

3.7 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)加高

隨著鐵塔組立高度的不斷提升，升降機的起升高度也需要不斷提高。在地面將升降機標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組裝好，利用組塔施工期間的起重設(shè)備吊裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，與事先安裝在塔身主管上的附墻連接，至所需高度后，安裝導(dǎo)軌架限位碰塊。安裝過程中應(yīng)按時檢查其垂直度，并及時進行調(diào)整。然后進行滑觸線安裝，通電后進行調(diào)試，調(diào)試完成后方可進行正常施工運行。

3.8 系統(tǒng)調(diào)試

安裝完成后，對升降機系統(tǒng)進行整體聯(lián)機聯(lián)調(diào)。調(diào)試內(nèi)容包括：一是檢查導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的垂直度是否符合要求；二是檢查導(dǎo)向滑輪的間隙、背輪與齒條的間隙、齒輪與齒條的嚙合間隙是否符合要求；三是檢查上下限位開關(guān)是否靈敏可靠；四是檢查滑觸線集電器運行通暢性；五是調(diào)整吊籠與驅(qū)動裝置的對稱度；六是調(diào)整齒輪齒條的黏合間隙和平面度；七是調(diào)整吊籠和驅(qū)動裝置的耳板位置。

4 施工升降機型式試驗

施工升降機型式試驗項目主要有：載荷檢驗、墜落試驗、安全裝置檢驗，型式試驗如圖2所示。

一是載荷檢驗。載荷試驗分為空載試驗、額定載荷試驗、超載試驗?？蛰d試驗規(guī)定要求為：全程不少于三次循環(huán)，安全裝置應(yīng)靈活可靠，起、制動正常，無瞬時滑移現(xiàn)象，運行平穩(wěn)，無異常響聲。額定載荷試驗規(guī)定要求為：在運行試驗中，吊籠內(nèi)裝額定載荷，外偏、內(nèi)偏按樣機接電持續(xù)率全程各連續(xù)運行30min，每個循環(huán)升降過程不少于一次制動。運行平穩(wěn)，無振顫、沖擊現(xiàn)象，起、制動正常。超載試驗規(guī)定要求為：125%額載均布，全程不少于三個循環(huán)運行試驗，應(yīng)運行平穩(wěn)，起、制動正常，無異常響聲。

二是墜落試驗。吊籠以額定速度上升3～10m，按墜落試驗按鈕，吊籠可靠制停。制停距離0.20～1.60m。其電氣聯(lián)鎖開關(guān)應(yīng)動作，升降機結(jié)構(gòu)無任何損壞。

三是安全裝置檢驗。安全裝置檢驗項目主要有：防護圍欄及圍欄門聯(lián)鎖保護、吊籠頂部防護、吊籠頂部天窗安全保護裝置、吊籠門聯(lián)鎖保護裝置、吊籠安全鉤、超載保護、上下限位開關(guān)、極限開關(guān)、防沖頂開關(guān)、機械防沖頂措施等。

圖2 施工升降機型式試驗

5 升降機拆除

當(dāng)施工作業(yè)結(jié)束后需要進行施工升降機拆除，拆卸的方式和順序基本上與安裝的方式和順序相反。施工結(jié)束，現(xiàn)場組塔的大型起重設(shè)備已經(jīng)拆除完畢，無法利用其進行升降機拆除作業(yè)。該升降機系統(tǒng)設(shè)置有自拆除的吊桿裝置，由吊桿底架、微型電動葫蘆及吊臂結(jié)構(gòu)組成，使用時吊桿安裝在吊籠頂上的吊桿插孔座中，采用電動方式控制被吊物的起升和下降。

將加節(jié)按鈕盒接線接至吊籠內(nèi)電控箱的相應(yīng)接線端上，并將電控箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換開關(guān)處至“檢修”位置，再將加節(jié)按鈕盒置于吊籠頂部，完成了在吊籠頂部操縱吊籠上下運行的準(zhǔn)備。在吊籠頂部裝上吊桿，完成接線工作。自上而下同步與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆除附墻架、滑觸線和固定鐵件。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)剩余高度不超過40m，利用汽車吊拆除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及其附件。導(dǎo)軌架應(yīng)保留3～4節(jié)最后拆除。然后使用汽車吊依次吊離傳動系統(tǒng)、吊籠、底架圍欄、底架、剩余標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，完成升降機拆除工作。

6 社會效益和經(jīng)濟效益分析

斜線式施工升降機作為大跨越組塔及架線施工過程中的人員運輸?shù)氖┕ぱb備，現(xiàn)場安裝及操作方便，極大地降低了工人的勞動強度，節(jié)約時間，提高了施工作業(yè)工效，有力地推進了全過程機械化施工，減少高空移動風(fēng)險，保證人身安全。采用輸電線路大跨越塔斜線式施工升降機進行大跨越工程組塔及架線施工過程中的人員垂直運輸可以作為一種標(biāo)準(zhǔn)化、實用化的作業(yè)方法加以推廣應(yīng)用，具有較高的應(yīng)用價值。

采用斜線式施工升降機進行人員上下鐵塔垂直運輸作業(yè)，極大地減少了施工作業(yè)工期，施工升降機安裝高度按照330m考慮，節(jié)約工人上下登塔約1.5h /趟（往返），每天約3h，立塔架線按210天有效工期計算，節(jié)省出630h作業(yè)時間，節(jié)省工期近2個月。

7 工程應(yīng)用

江蘇鳳城至梅里500kV線路長江大跨越工程北岸跨越點，位于靖江市新橋鎮(zhèn)孝化村財神圩附近，南岸跨越點位于江陰市利港鎮(zhèn)黃丹村同興圩附近，采用“耐—直—直—耐”跨越方式，耐張段長度為4.055km，檔距分布為755m、2550m、750m，共新建6基鐵塔，跨越塔2基，錨塔4基，按同壓雙回路架設(shè)。工程跨越塔全高385m，斜線式施工升降機安裝于跨越塔B腿主管，傾斜角7.4°，工作高度332m。

南陽—荊門—長沙1000kV特高壓交流輸變電工程螺山長江大跨越左岸位于洪湖市螺山鎮(zhèn)東側(cè)，右岸位于湖南省臨湘市江南鎮(zhèn)西側(cè)，主跨檔檔距2415m，兩岸采用相同的雙回路直線跨越塔。跨越塔為雙回路三層橫擔(dān)垂直排列鼓型塔，全高371m。斜線式施工升降機安裝于跨越塔B腿主管，工作高度291.5m。

8 結(jié)語

斜線式施工升降機成功應(yīng)用于江蘇鳳城至梅里500kV長江大跨越工程及南陽—荊門—長沙1000kV特高壓交流輸變電工程螺山長江大跨越工程，證明了該系統(tǒng)的可行性，解決了人員垂直運輸?shù)氖┕るy題，不僅節(jié)約了時間，還降低了作業(yè)人員的體力消耗，減少高空移動風(fēng)險，安全性高，安裝及操作簡單，工作效率高，為后續(xù)同類型大跨越工程施工提供了很好的應(yīng)用經(jīng)驗。