惡劣地形條件下特高壓分體塔設計

段成蔭，張連宏，馬　棟，朱瑞元

（1.華東電力設計院有限公司，上海　200001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南　250021；3.國網山東臨朐縣供電公司，山東　臨朐　262600；4.中國電力規劃設計總院，北京　100120）

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惡劣地形條件下特高壓分體塔設計

段成蔭1，張連宏2，馬棟3，朱瑞元4

（1.華東電力設計院有限公司，上海200001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南250021；3.國網山東臨朐縣供電公司，山東臨朐262600；4.中國電力規劃設計總院，北京100120）

摘要：榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程途經山東淄博地區，多為丘陵、山地，部分塔位地形惡劣，坡度達50°以上，采用常規鐵塔方案存在一定困難。針對13R159號和13L164號兩基位于“刀背山”的單回路鐵塔的實際情況，介紹塔位地形地貌和地質條件，對比常規轉角塔JC30151A方案和特殊分體塔FT3015A兩種方案的根開、塔重、塔腿高差、基礎規格和基礎工程量等方面，確定分體塔FT3015A的設計方案，并從鐵塔設計、塔位布置和基礎配置幾個方面詳細介紹分體塔的設計過程，得出一些有益的結論，為今后山區特高壓工程提供借鑒。

關鍵詞：特高壓；輸電線路；分體塔；惡劣地形；鐵塔設計

0　引言

榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程是國家電網特高壓骨干網架的重要組成部分，起自榆橫1 000 kV開關站，經晉中1 000 kV變電站、石家莊1 000 kV變電站、濟南1 000 kV變電站，止于濰坊1 000 kV變電站，途徑陜西、山西、河北、山東4省。線路所經過的山東省淄博市淄川區、博山區為丘陵、低中山及中山地貌，全長約70 km，地形起伏較大，表層的粉質粘土較薄或基巖出露，巖性主要為石灰巖、花崗巖、玄武巖、白云巖和泥巖等。部分塔位所處的“刀背山”坡度達到50°，山梁寬度僅為5～6 m，使塔位選擇和鐵塔設計產生了較大的困難，同時也可能造成施工難度增大，施工安全存在隱患等問題，因此在線路設計中需要根據實際情況進行特殊設計。

針對1 000 kV榆橫—濰坊特高壓交流輸電線路的13R159號和13L164號塔塔位地形陡峭、常規塔型立塔困難的情況，進行不同方案的塔型比選，確定將一基塔分為三基子塔的分體塔方案，從鐵塔設計、塔位布置、基礎設計的角度介紹分體塔FT3015A的設計思路和設計成果，為今后山區特高壓線路工程提供參考。

1　塔位地質情況

1.1地形地貌

13R159號塔位于一山脊斜坡與另一平直山脊交匯處，山脊線坡度約30°，走向約南北方向，大致與線路方向垂直，山脊兩側山坡陡峭，坡度最大達50°以上，脊部平坦區域寬度不超過5m，形成了如圖1所示的“刀背山”，滾石、塊石散落，植被稀疏，為荒草及灌木。

13L164號塔位于山地山脊上，近山頂，山脊線坡度10°～15°，山脊寬15～20 m，山脊兩側均為陡崖，坡角約50°，地形起伏巨大，如圖2所示。山脊上植被發育，雜草灌木叢生。

圖1　13R159號塔位陡坡

圖2　13L164號塔位陡坡

1.2地質條件

13R159號塔位處覆蓋層較薄，基巖裸露。上覆層厚度一般約0.2～0.3 m，為粉質粘土夾碎石；基巖為中風化灰巖，中厚層狀，節理裂隙發育，巖層產狀為325°∠13°，節理產狀為335°∠80°、245°∠70°。由于節理發育，將巖體切割成塊狀，長期風化等作用局部形成危巖并發生崩塌，形成了局部的巖石陡坎，特別是斜坡與山脊東西兩側發育陡崖，距東側陡崖約18 m，距西側陡崖約12 m。地質條件如表1所示。

表1　13R159號塔位地質條件

表2　13L164號塔位地質條件

13L164號塔位處上覆層厚度為0～0.6 m，基巖大量裸露。上覆層為坡積為灰黃色粉質粘土夾碎石，含植物根莖和腐殖質；基巖為中風化灰巖，隱晶質結構，薄至中厚層狀，屬較硬巖。地質條件如表2所示。

2　鐵塔設計

2.1塔型選擇

13R159號和13L164號塔屬于本線單回路段、30 m/s風區、15 mm冰區，轉角分別為左轉11°01′10″和0°，考慮兩種塔型方案：①按工程統一規劃的15 mm冰區單回路轉角塔JC30151A，呼高范圍45～ 57 m，根開為16.23～19.11 m，高低腿0～-15.0 m，級差1.5 m；②采用特殊設計的分體塔FT3015A，分為3個子塔，呼高范圍36～55.5 m，根開為7.65～10.38 m，高低腿0～-8.0 m，級差1.0 m。根據塔位地形情況，比較兩種方案，結果如表3所示。

表3　JC30151A和FT3015A方案比較

對比表3結果。JC30151A方案：鐵塔根開較大，陡峭地形下造成塔腿高差較大，不利于接腿配置；塔重較大；基礎工程量大，由于所受荷載和基礎懸挑長度均較大，導致樁徑和埋深過大，不夠經濟且對施工造成了很大困難；塔腿處坡度較大，加之塔腿較長，導致塔腿上方需要較大的開方量，亦不利于下邊坡穩定。FT3015A方案：鐵塔根開比JC30151A小、塔重也較輕；塔腿高差較小，有利于高低腿設計和布置；基礎樁徑和埋深均較小，雖樁數增加，但總的基礎工程量仍較JC30151A方案為小；塔腿處坡度略小于JC30151A方案，但由于本方案接腿長度和根開均較小，上邊坡開方量不大。可知，JC30151A方案由于鐵塔根開較大，在13R159號和13L164號塔位處難以適應劇烈變化的地形，而且可調節的余地也很小。FT3015A方案基本可以滿足地形變化要求，且將一基塔分解為三基子塔的方法使得該方案具有一定的調節空間，因此本工程采用FT3015A方案。

2.2鐵塔設計原則

根據鐵塔設計規程規范［1-5］，FT3015A按耐張塔設計，允許轉角為0°～20°，設計風速30 m/s，導線覆冰15 mm，地線覆冰20 mm。全塔采用角鋼，L125×10以上主材使用Q420。呼高范圍36 m、39 m、42 m、43.5 m、48 m、55.5 m，高低腿為0～-8.0 m，級差1.0 m。導線采用雙掛點，耐張金具采用GD-84/100-40/170 （L=170 mm，M=52 mm），聯間距600；地線耐張金具采用GD-21/32-60/112（L=112 mm，M=30 mm）；跳線采用單掛點，金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）；避雷線金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）。

2.3單線圖

FT3015A塔單線圖如圖3所示，塔身頂部開口寬度為1.4 m，變坡寬度為3.4 m，塔腿主材單坡坡度0.07，塔腿最大主材Q420B220×24，橫擔主材Q420B160×10。

圖3　FT3015A塔單線

3　塔基配置

3.1塔位布置

如圖4所示，FT3015A塔位依據電氣要求和地形條件設置，左塔由于地形較低采用較大呼高，右塔采用較小呼高，3個子塔之間的橫向距離為27 m，縱向可前后適當調整以適應地形變化。

圖4　塔位布置

表4　13R159號塔基礎設計

表5　13L164號塔基礎設計

3.2基礎設計

依據基礎設計的技術規定［6］，根據塔位地形和地質條件，設計13R159號塔和13L164號塔基礎分別如表4、表5所示，基礎型式為人工挖孔基礎，基礎直徑為1.6 m，設計埋深為8 m，基礎全長為8.5～10.5 m，主筋為HRB400-48Φ28，外箍筋為HPB300螺旋筋Φ8，內箍筋為HPB300-Φ16。

4　結語

根據1 000 kV榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程線路工程13R159號塔和13L164號塔的實際情況，介紹了塔位地形地貌和地質條件，通過與常規單回路轉角塔JC30151A的比較確定了上述兩基塔的塔型，從鐵塔設計、基礎配置等角度闡述了惡劣地形條件下的分體塔設計思路、設計原則和設計過程，得出結論：與常規單回路轉角塔JC30151A相比，分體塔FT3015A方案根開較小，更能適應陡峭地形條件；FT3015A方案塔重較輕、基礎直徑較小、埋深較淺、基礎工程量較小，適合13R159號塔和13L164號塔的實際情況；FT3015A 3基子塔依據電氣要求和地形條件平行設置，橫向距離為27 m，縱向可前后適當調整以適應地形變化。

參考文獻

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空輸電線路設計規范［S］.

［2］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.

［3］GB/Z 24842—2009 1 000 kV特高壓交流輸變電工程過電壓和絕緣配合［S］.

［4］GB 50009—2012建筑結構荷載規范［S］.

［5］DL/T 5154—2012架空送電線路桿塔結構設計技術規定［S］.

［6］DL/T 5219—2005架空送電線路基礎設計技術規定［S］.

Design of UHV Split Tower Under Harsh Terrain Condition

DUAN Chengyin1，ZHANG Lianhong2，MA Dong3，ZHU Ruiyuan4
（1. East China Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200001，China；2. Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China；3. State Grid Linqu Power Supply Company，Linqu 262600，China；4. Electric Power Planning & Engineering Institute，Beijing 100120，China）

Abstract:Yuheng-Weifang ultra-high voltage（UHV）transmission line project crosses through Zibo，where the physiognomy is mainly hill and mountain. The terrain condition of some towers is such unfavorable with slope up to 50 degree that normal tower is not adaptable. Aiming at actual conditions of No. 13R159 and No. 13L164 foundations，their physiognomy and topography are introduced. The normal planning of single circuit tower JC30151A and the particular planning of split tower FT3015A are compared with respect to base width，tower weight，altitude difference，foundation planning and foundation quantities，and the planning of split tower FT3015A is adopted. The design process of split tower is presented with respect to tower design，tower arrangement and foundation allocation. Some useful conclusions are obtained as references for UHV projects.

Key words:UHV；transmission line；split tower；unfavorable terrain；design of tower

中圖分類號：TM753；TU753

文獻標志碼：A

文章編號：1007－9904（2016）05－0010－04

收稿日期：2016-03-15

作者簡介：

段成蔭（1987），男，工程師，從事輸電線路設計工作。