復(fù)雜環(huán)境下一種新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)的應(yīng)用與分析

許瑞慶，鄒 捷

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司建設(shè)分公司，江西 南昌 330043）

0 引言

隨著構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的提出，既重申了新能源發(fā)展對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要作用，也正視了電網(wǎng)建設(shè)的中樞平臺(tái)地位。一直以來(lái)，電網(wǎng)投資體量巨大，產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)效果顯著，一直是電力裝備行業(yè)發(fā)展的核心推動(dòng)力，也是穩(wěn)增長(zhǎng)的重要方式。新能源更大規(guī)模發(fā)展、疊加“十四五”期間國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將趨緩的逆周期調(diào)節(jié)要求，對(duì)電網(wǎng)加大投資需求日益增加。輸電網(wǎng)的快速發(fā)展使得輸電線路相互交叉，跨越鐵路、高速等現(xiàn)象日益增多，使得輸電線路工程建設(shè)施工過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)日益增加。在電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，安全始終是一條不可逾越的紅線，一切應(yīng)以安全為重，保護(hù)作業(yè)人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全是安全生產(chǎn)最根本的內(nèi)涵。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輸變電工程建設(shè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)程》，輸電線路跨越鐵路、高速施工等屬于高度風(fēng)險(xiǎn)，存在高處墜落、倒塌、觸電、鐵路、公路通行中斷等風(fēng)險(xiǎn)，需采取切實(shí)可行高效的施工工藝確保施工作業(yè)的順利進(jìn)行及作業(yè)人員的人身安全。

目前，跨越架線施工技術(shù)可分為無(wú)跨越架跨越和跨越架跨越，跨越架跨越通過(guò)搭建跨越架為絕緣網(wǎng)提供承托，保證架設(shè)線路和被跨越物間的安全距離；無(wú)跨越架跨越將防護(hù)絕緣網(wǎng)懸于鐵塔橫擔(dān)，利用鐵塔支撐，完成對(duì)被跨越物的封網(wǎng)[1-3]?？缭郊芸缭椒绞桨凑湛缭郊懿贾每煞譃殡p側(cè)多排、雙側(cè)雙排；跨越架類型可分為毛竹、鋼管、橫梁跨越架。文獻(xiàn)[4]提出一種迪尼瑪玻璃鋼防護(hù)網(wǎng)跨越施工方法，在呼遼±500 kV直流輸電線路施工時(shí)，采用新建鐵塔上安裝鋼支撐桿，在兩支撐桿間架設(shè)迪尼瑪承力繩及繩間布置玻璃鋼防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行跨越帶電線路施工。文獻(xiàn)[5]在連續(xù)檔跨越帶電線路架線施工中提出通長(zhǎng)無(wú)跨越架帶電局部封網(wǎng)的跨越方式，即兩跨越檔共用一套封網(wǎng)系統(tǒng)承托繩通長(zhǎng)不斷開(kāi)，此方式有效解決了獨(dú)立封網(wǎng)時(shí)承托繩錨固點(diǎn)與相鄰電力線安全距離不足的問(wèn)題，完全滿足連續(xù)檔跨越所需施工條件。文獻(xiàn)[6]提出采用高強(qiáng)輕型落地抱桿做跨越架，將4臺(tái)高強(qiáng)輕型落地抱桿對(duì)稱分布于被跨越物兩側(cè)，相對(duì)抱桿起重臂端頭相連形成承力結(jié)構(gòu)，起重臂之間自動(dòng)封網(wǎng)，提前組裝網(wǎng)體，一次牽引到位。文獻(xiàn)[7]介紹了利用本塔輔助橫擔(dān)封網(wǎng)跨越高速鐵路的施工方法，即在高速鐵路兩側(cè)的線路本身鐵塔上加設(shè)臨時(shí)性質(zhì)的輔助橫擔(dān)，輔助橫擔(dān)結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線橫擔(dān)相似。利用該輔助橫擔(dān)作為封頂網(wǎng)的支承架實(shí)施絕緣網(wǎng)封頂防護(hù)。文獻(xiàn)[8]介紹了1 000 kV榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程線路工程張力架線施工中在12S087-12S088檔跨越青銀高速，首次采用搭設(shè)組合格構(gòu)式跨越架與玻璃鋼封網(wǎng)防護(hù)的跨越施工方式，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

鋼管跨越架跨越施工具有穩(wěn)定性好、搭設(shè)簡(jiǎn)單、架體較輕等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)地形要求較高，且受限于架體高度和占地面積；無(wú)跨越架封網(wǎng)跨越適用于不同電壓等級(jí)的線路，降低了工作強(qiáng)度，工作效率較高，但受限于跨越檔距，當(dāng)檔距較大時(shí)，封網(wǎng)與被跨越物的安全距離較難保證且大幅降低封網(wǎng)效率。文中結(jié)合進(jìn)賢-富山220 kV線路工程97號(hào)-98號(hào)跨越滬昆鐵路、G320國(guó)道施工，受跨越檔距、垂直凈空安全距離、被跨越物長(zhǎng)度高度、交叉角度等復(fù)雜環(huán)境條件影響，首次在江西電網(wǎng)應(yīng)用一種新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)跨越方式，取得了較好的成效，印證了新跨越方式技術(shù)可行、安全可靠。

1 工程跨越處概況

進(jìn)賢—富山220 kV線路工程起點(diǎn)進(jìn)賢500 kV變電站，終點(diǎn)220 kV富山變電站，全線新建雙回路鐵塔111基，導(dǎo)線采用2×JL3/G1A-400/35鋼芯鋁絞線，地線采用2根48芯OPGW-120-1（48.G652）光纜。在97號(hào)-98號(hào)檔中，跨越滬昆鐵路K769+280 m、G320國(guó)道，2條10 kV線路，跨越錯(cuò)綜復(fù)雜?？缭蕉螠ヨF路為左右行通車(chē)即雙軌，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)鐵路防護(hù)欄兩邊順線路距74 m，路基高6 m，接觸網(wǎng)高出軌面7.8 m，跨越處數(shù)據(jù)參數(shù)如圖1、圖2所示。

圖1 跨越處平面圖

圖2 跨越處斷面圖

2 施工方案選擇

2.1 常規(guī)跨越施工方式分析

省內(nèi)架空輸電線路跨越鐵路施工常采用搭設(shè)鋼管跨越架封網(wǎng)和無(wú)跨越架整檔封網(wǎng)跨越方式，以下分別進(jìn)行可行性分析。

方式一：搭設(shè)鋼管跨越架封網(wǎng)。為避開(kāi)2條10 kV線路，跨越架體間距在200 m。按照封頂網(wǎng)需與鐵路接觸網(wǎng)保持5 m的安全距離，考慮封頂網(wǎng)自身弧垂2 m，鋼管跨越架高度至少需要21 m。跨越點(diǎn)為水田，土質(zhì)較為松軟，地基承載力不足，跨越架易下層失穩(wěn)，安全風(fēng)險(xiǎn)大，且搭設(shè)跨越架時(shí)間較長(zhǎng)，效率低，此方式不可行。

方式二：無(wú)跨越架整檔封網(wǎng)。無(wú)跨越架整檔封網(wǎng)是指在97號(hào)、98號(hào)鐵塔上固定臨時(shí)抱桿，封頂網(wǎng)通過(guò)臨時(shí)抱桿支撐后落地錨固?？紤]到封網(wǎng)檔距達(dá)390 m，封網(wǎng)弧垂至少2 m、架線過(guò)程中導(dǎo)線弧垂至少2 m，以及導(dǎo)線走板，無(wú)法保證鐵路接觸網(wǎng)的安全距離。封網(wǎng)檔距太長(zhǎng)增加封網(wǎng)施工時(shí)間，增加天窗期，安全風(fēng)險(xiǎn)大，故此方式不可行。

綜上所述，省內(nèi)常規(guī)的封網(wǎng)方式在該工況下均不可行。

2.2 新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)方式

鑒于常規(guī)跨越方式無(wú)法滿足本次跨越鐵路施工需求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)查勘，并查閱相關(guān)技術(shù)資料，創(chuàng)新性地提出并應(yīng)用一種新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)方式，通過(guò)新型跨越架支撐封網(wǎng)裝置，以達(dá)到導(dǎo)地線架設(shè)過(guò)程中保護(hù)被跨越物。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了該新型跨越架的有效性與優(yōu)勢(shì)。

3 新型格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)系統(tǒng)

本工程采用的格構(gòu)式跨越架由可調(diào)底座、升降導(dǎo)向套、水平及豎立桁架（2 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)）、橫梁、縱梁組裝而成，如圖3、圖4所示。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)自帶螺栓，重約25 kg，具有安裝簡(jiǎn)便、快速的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 格構(gòu)式跨越架模型圖

圖4 套箍與桁架連接模型圖

為滿足施工安全要求，需搭設(shè)兩座高24 m、長(zhǎng)18 m，寬7.6 m的跨越架，跨越架間距離為140 m。底座上豎立若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)豎立桁架構(gòu)件。豎立桁架上套裝升降導(dǎo)向框，升降導(dǎo)向框之間連接水平桁架，構(gòu)成水平拼聯(lián)框架。兩組跨越架搭設(shè)好后，在兩組跨越架頂部拉線封網(wǎng)，構(gòu)成高空防護(hù)網(wǎng)體系，如圖5所示。

圖5 格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)施工圖

地面安裝階段：

1）底座擺放在預(yù)選定位置，抄平。調(diào)節(jié)支腿升降螺桿，使得底座上部安裝面水平。

2）底座上各安裝升降導(dǎo)向套，在升降導(dǎo)向套之間通過(guò)螺栓安裝預(yù)拼裝好的水平桁架；各支座上插入1節(jié)豎立桁架（2 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)），再各自套入2節(jié)升降導(dǎo)向套，作為第2-3層水平框架安裝節(jié)點(diǎn)。將預(yù)拼裝好的水平桁架安裝在第2、第3節(jié)升降導(dǎo)向套之間，完成第2、第3層水平框架安裝。如此反復(fù)，直至安裝完第4、第5層水平框架。

3）地面已在6個(gè)底座上各安裝好2節(jié)豎立桁架。豎立桁架間安裝好5層水平框架。各層水平框架縱向桁架8節(jié)，橫向桁架3節(jié)。

高空安裝階段：

1）以2人為1組，3個(gè)高空作業(yè)小組在豎立桁架頂部再完成3節(jié)豎立桁架安裝工作，高度達(dá)到10 m。

2）在第5節(jié)豎立桁架的頂部搭設(shè)第一層臨時(shí)拉線，保證架體穩(wěn)固。此后再繼續(xù)安裝三節(jié)豎立桁架，高度達(dá)到16 m，搭設(shè)第二層臨時(shí)拉線。拆除第一層臨時(shí)拉線，避免影響提升水平框架。

3）6名高空同時(shí)提升第5-3層水平框架，此時(shí)跨越架高16 m，第1層水平框架在地面，第2層離地6 m，第3-5層離地12 m，在第3層平臺(tái)對(duì)應(yīng)豎立桁架處搭設(shè)第一層固定拉線。

4）按照此前的方式，安裝豎立桁架后相應(yīng)提升各層水平框架并搭設(shè)拉線系統(tǒng)。到最后一層水平框架提升至最高點(diǎn)，所有水平框架均已安裝到位，拉線完成后，跨越架安裝完成，可進(jìn)入封網(wǎng)施工階段。

4 跨越架受力分析

4.1 有限元模型建立

通過(guò)采用通用有限元MIDAS建立支架的有限元計(jì)算模型，有限元模型節(jié)點(diǎn)共5 746個(gè)、單元共9 788個(gè)。模型中采用梁?jiǎn)卧M鋁合金桁架、以及鋼筋連接。桁架單元模擬精軋螺紋拉力桿。鋼材采用Q235鋼，鋁合金采用材質(zhì)6061-T6。橫梁與立柱間采用套箍加以固定。

4.2 計(jì)算工況

考慮施工因素，在跨越架中部施加約束位移3 mm模擬施工因素造成套箍偏移。同時(shí)考慮跨越架自重、風(fēng)荷載、導(dǎo)線、作業(yè)人員的荷載情況，其中風(fēng)荷載按風(fēng)速15 m/s（7級(jí)風(fēng)速）考慮。作業(yè)人員荷載以節(jié)點(diǎn)荷載代替，設(shè)置為2.1 kN，導(dǎo)線掉落荷載設(shè)置為9.36 kN，以上荷載作用位置均取與風(fēng)荷載作用相結(jié)合的最不利位置。

4.3 計(jì)算結(jié)果

按照導(dǎo)線掉落在跨越架中心位置、跨越架左側(cè)距中心線1 m、跨越架右側(cè)距中心線1 m三種工況分別計(jì)算底座受力、架體壓強(qiáng)、水平位移、豎向位移等數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 跨越架底座受力情況

圖7 跨越架除底座外上部結(jié)構(gòu)受力情況

圖8 跨越架水平位移情況

圖9 跨越架豎向位移情況

三種工況下計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 三種工況下受力計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可以看出，跨越架最大受力壓強(qiáng)為187.92 MPa，鋁合金材質(zhì)的桁架滿足要求。跨越架底座應(yīng)設(shè)置120 cm×120 cm剛性墊塊上并將荷載有效傳遞到地基上，地基承載能力不低于150 kPa，地基最大沉降量不得大于5 mm。現(xiàn)場(chǎng)兩層臨時(shí)拉線對(duì)跨越架進(jìn)行加固能有效防止荷載過(guò)大倒塌。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，封頂網(wǎng)完成后，與鐵路接觸網(wǎng)垂直距離達(dá)6.2 m，滿足施工安全要求。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際跨越環(huán)境，為保障施工安全，提出了一種新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架封網(wǎng)方式，通過(guò)仿真計(jì)算，驗(yàn)證了跨越架滿足極端工況下的各項(xiàng)安全要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了在保證安全距離的情況下不僅縮短了跨越封網(wǎng)的距離；單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重量只有25 kg，在施工搬運(yùn)方便，還提高了搭設(shè)跨越架的效率。

工程格構(gòu)式跨越架搭設(shè)完成后，在省公司、各地市公司專家的檢查中獲得一致好評(píng)。這是江西電網(wǎng)主網(wǎng)基建工程首次在重要跨越施工采用格構(gòu)式跨越架，該工程成功應(yīng)用，對(duì)新型跨越施工技術(shù)積累優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)。