白鶴灘—江蘇特高壓直流輸電工程無人區(qū)段施工運(yùn)輸方案

周 唯，李育兵，曹立偉，郭 銳

(中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

白鶴灘—江蘇±800 kV特高壓直流輸電工程(以下簡稱“白江線”)線路起于四川省涼山州的布拖換流站，止于江蘇省蘇州市的常熟換流站，直流線路總長度約2080 km，途經(jīng)四川、重慶、湖北、安徽、江蘇共5省(直轄市)，全線按單回雙極架設(shè)。

四川段線路翻越了涼山州美姑縣井葉特西鄉(xiāng)—雷波縣大谷堆—馬邊縣永紅鄉(xiāng)段大山區(qū)，該段路徑方案為了減少對地方規(guī)劃和自然環(huán)境的影響，盡量壓縮輸電線路的走廊通道，采取了平行已建城沐I、II回500 kV線路東側(cè)的線路走廊方案。該段山區(qū)線路僅有X163縣道和零星機(jī)耕道可以利用，其中雷波縣大谷堆—馬邊縣永紅鄉(xiāng)段途經(jīng)15 km無人區(qū)，且全線均為重覆冰區(qū)段，植被茂密，地形高差起伏大，工程材料及施工器具運(yùn)輸異常困難。

為保證白江線的順利建設(shè)，針對該段無人區(qū)的惡劣環(huán)境，本文提出了人力運(yùn)輸、道路改造配合中型索道運(yùn)輸和重型索道運(yùn)輸?shù)热N施工運(yùn)輸方案，并開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析。其中，人力運(yùn)輸方案是通過雇用工人和騾馬托運(yùn)，具備靈活多變、便于組織和安全風(fēng)險(xiǎn)低等優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)輸時(shí)間長，運(yùn)輸費(fèi)用較高，對大型材料運(yùn)輸困難；道路改造配合中型索道運(yùn)輸方案，是根據(jù)工程現(xiàn)場情況，將已有道路拓寬加固以便車輛運(yùn)輸，再結(jié)合2噸級循環(huán)式中型索道運(yùn)輸工程材料，運(yùn)輸效率高、安全風(fēng)險(xiǎn)較低，運(yùn)載能力剛好能滿足特高壓直流線路大件材料的要求，缺點(diǎn)是需提前進(jìn)場架設(shè)索道；重型索道運(yùn)輸方案，全部工程材料均采取4噸級循環(huán)式重型索道進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)載能力強(qiáng)，單次運(yùn)輸效率高，但安全風(fēng)險(xiǎn)高，重型索道分段架設(shè)長度和架設(shè)高度均有限制。

通過對運(yùn)輸總量、施工周期、運(yùn)輸效率、建設(shè)安全性和可實(shí)施性等方面的詳細(xì)比選，結(jié)合運(yùn)輸費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性比較，提出了合理可行的施工運(yùn)輸方案，為后續(xù)推進(jìn)建設(shè)工期和保障施工安全做好了前期準(zhǔn)備。

1 無人區(qū)段概況

白江線無人區(qū)段位于涼山州雷波縣谷堆鄉(xiāng)大谷堆村—樂山市馬邊縣永紅鄉(xiāng)大院子村，包含N550-N601塔位區(qū)段，涉及桿塔49基，其中轉(zhuǎn)角塔28基(占比57%)，直線塔21基。基礎(chǔ)方量共7988 m3(平均單基方量為163 m3)，鐵塔總重量7234 t (平均鐵塔重量為148 t，鐵塔單件重量在2 t以下)，絕緣子及金具總重量1960 t。

N550-N601塔位無人區(qū)段全景地形影像如圖1所示，線路海拔高度為1310～2985 m，地勢起伏較大，線路最高點(diǎn)塔位至最低點(diǎn)塔位高差達(dá)1675 m。該段立體氣候明顯，冬季長而寒冷，夏季短而濕熱多雨，四季分明。全年雨日多達(dá)240 d左右，年降水量1800～2000 mm，雷雨大風(fēng)天氣多出現(xiàn)在4～9月，最大風(fēng)力達(dá)8級以上。

圖1 N550-N601塔位無人區(qū)段全景地形影像

N550-N601塔位區(qū)段無人區(qū)，氣候環(huán)境惡劣，地形及地質(zhì)條件復(fù)雜，冬季覆冰期長達(dá) 3個(gè)半月(第一年11月中旬至第二年2月)，年有效施工時(shí)間僅8個(gè)半月。

鄰近的城沐I、II回500 kV線路于2013年7月13日正式投運(yùn)，其施工運(yùn)輸主要采用了修筑施工便道和架設(shè)索道的方式。永紅鄉(xiāng)大院子村側(cè)原有施工便道由于距今已有7年時(shí)間沒有維護(hù)修整，在雨水和冰雪消融的影響下，多處塌方和損壞，僅作為人工運(yùn)維便道，無法直接作為白江線的運(yùn)輸?shù)缆肥褂谩?/p>

2 人力運(yùn)輸方案

結(jié)合已建500 kV城沐線的施工經(jīng)驗(yàn)，N550-N601塔位區(qū)段線路遠(yuǎn)離公路且沿線無可以利用的車輛運(yùn)輸?shù)缆罚瑫r(shí)地形高差大，施工運(yùn)輸條件極端惡劣。人力運(yùn)輸方案利用原城沐線施工便道。考慮從兩端步行進(jìn)入，采用人力和騾馬的運(yùn)輸方式進(jìn)行工程建設(shè)材料和施工器具的運(yùn)輸。

根據(jù)架空輸電線路工程常規(guī)人力運(yùn)輸?shù)挠?jì)算經(jīng)驗(yàn)，人力運(yùn)距計(jì)算式如下：

式中：Yj為平均運(yùn)距，km；Lj為各段線路材料量，t；Rj為各段線路材料的人力運(yùn)輸直線距離，km；K人力運(yùn)輸?shù)缆窂澢禂?shù)[1]。

各段線路材料量預(yù)算中以各段線路長度為代表；彎曲系數(shù)指受地形、地勢和地面障礙物等影響，運(yùn)輸路徑中發(fā)生彎曲，包括上坡、下坡、盤山道路以及一處卸料向數(shù)基桿塔分運(yùn)等，是運(yùn)輸實(shí)際距離與直線距離之比[2]。

彎曲系數(shù)不等同于地形增加系數(shù)，地形增加系數(shù)是指線路沿線地形地貌非平地發(fā)生變化，引起施工難度增加而調(diào)整的系數(shù)。一般位于平地、河網(wǎng)地形工程的人力運(yùn)輸路徑，大多數(shù)是從公路或者河流向線路橫向運(yùn)輸，運(yùn)輸路徑常為平地和相對便于運(yùn)輸?shù)牡匦?，平地的人力運(yùn)輸彎曲系數(shù)是根據(jù)運(yùn)輸路徑情況取值相對較小[3]。

無人區(qū)段地形的海拔起伏大(圖2)，運(yùn)輸難度大。對于地勢陡峭、坡度較大的塔位，涉及到大件、重件(如塔腳板、地腳螺栓、主材)的運(yùn)輸，為保證運(yùn)輸可行性和安全性，需繞行更遠(yuǎn)，彎曲系數(shù)更大。通過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，在材料運(yùn)輸通道區(qū)域內(nèi)，廣泛分布了溝壑、沖溝、斷崖等特殊地形，嚴(yán)重影響運(yùn)輸路徑長度，因此，無人區(qū)段的人力運(yùn)輸彎曲系數(shù)取值1.3～1.5[4]。

圖2 無人區(qū)段海拔變化趨勢圖

通過衛(wèi)星航片地形圖的整體規(guī)劃，再結(jié)合逐基塔位現(xiàn)場實(shí)地勘測和統(tǒng)計(jì)，無人區(qū)段人力運(yùn)輸距離約為4.38～5.06 km，人力運(yùn)距匯總統(tǒng)計(jì)情況見表1所列。無人區(qū)段人力運(yùn)輸距離取小值4.38 km，按照《電力建設(shè)工程預(yù)算定額》(2018版)[5]定額計(jì)算運(yùn)輸費(fèi)用約為10264萬元。

表1 N550-N601段人力運(yùn)輸實(shí)測表

續(xù)表

由于該段無人區(qū)每年近3個(gè)半月的冰凍天氣，實(shí)際施工時(shí)間只有8個(gè)半月，人力運(yùn)輸方案全靠人力和騾馬托運(yùn)，運(yùn)輸效率極低，需要近6個(gè)月才能完成常規(guī)物料的運(yùn)輸，無法運(yùn)輸1.7 t的塔腳板和1.2 t的大件塔材，如圖3所示。因此，該方案不能滿足施工材料運(yùn)輸和建設(shè)工期的要求，且增加工程投資較多。

圖3 無人區(qū)段施工原人力運(yùn)輸便道

3 道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案

為便于施工材料運(yùn)輸，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，擬對無人區(qū)兩端的局部機(jī)耕道進(jìn)行加固拓寬改造。涼山州雷波縣大谷堆一側(cè)改造進(jìn)山車輛運(yùn)輸?shù)缆?.0 km；馬邊縣永紅鄉(xiāng)大院村一側(cè)改造車輛運(yùn)輸?shù)缆?.1 km，如圖4所示。

圖4 無人區(qū)段改造車輛運(yùn)輸?shù)缆肥疽鈭D

施工運(yùn)輸便道的改造及修筑要求：路基寬4.5 m，路面寬3.5 m，左右路肩寬各0.5 m。道路等級為等外級；路面類型為泥結(jié)碎石路面；交通等級為輕型交通。道路改造包括對既有道路的拓寬、加固、彎道拓寬、鋪筑泥結(jié)碎石面層等。參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)村道路修筑的普遍計(jì)費(fèi)情況，該區(qū)段道路改造的修筑費(fèi)用估算為111.7萬元。

道路改造后，從改造道路終點(diǎn)向無人區(qū)段的49基塔位，采用標(biāo)準(zhǔn)的2噸級中型索道，開展后續(xù)的施工物資運(yùn)輸，2噸級中型索道架設(shè)方案如圖5所示。道路改造后索道架設(shè)總長度為 41.266 km，中型索道具體架設(shè)明細(xì)詳見表3 所列。

表32噸級中型索道索道架設(shè)方案明細(xì)表

根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)，索道運(yùn)輸時(shí)間取決于最長索道的運(yùn)輸量。無人區(qū)最長索道段需運(yùn)輸塔位4基，包含基礎(chǔ)混凝土717 m3、鐵塔鋼材618 t、施工材料物資約2410 t。按照最遠(yuǎn)塔位運(yùn)輸效率10t/d(運(yùn)距2.68 km)，最近塔位運(yùn)輸效率45 t/d(運(yùn)距1.81 km)，平均運(yùn)輸效率能達(dá)到30 t/d，完成無人全部運(yùn)輸塔位約需要80 d(約3個(gè)月)，架設(shè)索道架設(shè)約2個(gè)月時(shí)間。在不考慮索道維護(hù)及繩索更換的情況下，完成基礎(chǔ)及塔材物資的運(yùn)輸需要約7個(gè)月。通過提前安排物資調(diào)運(yùn)，細(xì)化施工工序安排，道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案能保證施工工期和安全要求[6]。

按照《電力建設(shè)工程預(yù)算定額》(2018版)進(jìn)行測算，2噸級中型索道架設(shè)及運(yùn)輸費(fèi)用估算為3601萬。綜合前述道路改造111.7萬元，道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案，合計(jì)預(yù)估費(fèi)用為3712.7萬元。比人力運(yùn)輸方案的費(fèi)用減少了約6551萬元。

圖52噸級中型索道架設(shè)方案示意圖

4 重型索道運(yùn)輸方案

由于特高壓直流輸電線路的工程材料量巨大，為了提高運(yùn)輸效率，考慮架設(shè)現(xiàn)有最大運(yùn)載能力的4噸級循環(huán)式索道進(jìn)行材料運(yùn)輸。4噸級索道提高了運(yùn)輸荷載能力，首先加大了運(yùn)輸能力，降低了山區(qū)塔材運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)；其次在鐵塔組立階段，滿足平臂抱桿組立的塔位，可以采用4噸級索道運(yùn)輸平臂抱桿部件，避免了懸浮抱桿組塔措施，極大程度地減少組塔施工 風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。

通過對無人區(qū)地形情況和施工運(yùn)輸工程量規(guī)劃，共需架設(shè)5條4噸級重型索道，索道架設(shè)總計(jì)長度為26.904 km。每條4噸級重型索道需要分段架設(shè)，為保證運(yùn)輸安全，單段架設(shè)長度不能超過1 km[9]。重型索道架設(shè)明細(xì)詳見 表4所列。

表44噸級重型索道索道架設(shè)方案明細(xì)表

按照《電力建設(shè)工程預(yù)算定額》(2018版)進(jìn)行測算，4噸級重型索道架設(shè)及運(yùn)輸費(fèi)用估算為6366萬。比道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案的3712.7萬元費(fèi)用增加了約2653.3萬元，比人力運(yùn)輸方案的費(fèi)用減少了約3897.7萬元。4噸級重型索道運(yùn)輸費(fèi)用較高的主要原因是重型索道自身設(shè)備單價(jià)較高，同時(shí)重型索道承載支架更多，造成架設(shè)費(fèi)用更高[10]。

最長的重型索道區(qū)段需運(yùn)輸塔位10基，包含基礎(chǔ)混凝土1207 m3、鐵塔鋼材1331 t、施工材料物資約4400 t。按照最遠(yuǎn)塔位運(yùn)輸效率 5 t/d(運(yùn)距8.243 km)，最近塔位運(yùn)輸效率 25 t/d(運(yùn)距4.43 km)，平均運(yùn)輸效率為15 t/d，完成全部基礎(chǔ)及塔材運(yùn)輸塔位約需要293 d(約10個(gè)月)，架設(shè)索道架設(shè)約2個(gè)月時(shí)間[11]。由于現(xiàn)場地形高差較大，限制了重型索道架設(shè)的區(qū)域，使得重型索道架設(shè)條數(shù)受限，在不考慮冬歇期及大雨等惡劣天氣影響和道維護(hù)及繩索更換的情況下，完成基礎(chǔ)及塔材物資的運(yùn)輸至少需要12個(gè)月，不能滿足冬季覆冰前完成施工材料運(yùn)輸?shù)墓て谝蟆?/p>

5 結(jié)語

本文主要對白江線無人區(qū)段開展了人力運(yùn)輸、道路改造配合中型索道運(yùn)輸和重型索道運(yùn)輸?shù)热齻€(gè)運(yùn)輸方案的規(guī)劃分析和投資估算比較，道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案估算費(fèi)用最低，且滿足無人區(qū)段受冬季覆冰影響施工工期較短的特殊要求，具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。

為保證白江線順利建設(shè)，建議無人區(qū)段施工運(yùn)輸方案采用的道路改造配合中型索道的運(yùn)輸方案，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，適當(dāng)增補(bǔ)輕型索道配合施工運(yùn)輸。