1 000 k V特高壓工程直升機吊裝鋼管塔技術的應用研究

喬　軍，趙鳳海，吳　剛

（河北電力工程監理有限公司，石家莊 050000）

專家論壇

1 000 k V特高壓工程直升機吊裝鋼管塔技術的應用研究

喬軍，趙鳳海，吳剛

（河北電力工程監理有限公司，石家莊 050000）

通過介紹國內外電力行業直升機吊裝組塔應用情況，從直升機選型、塔腿、塔身、上下橫擔等關鍵部位吊裝過程，介紹了錫盟-山東1 000 k V特高壓交流輸電線路工程直升機吊裝組塔技術，分析直升機吊裝組塔在該項目應用情況，由應用效果可知，該項技術有利于引領并提升特高壓輸電線路施工機械化水平和建設能力，填補了我國電力特高壓工程鋼管塔組塔技術空白。

直升機；特高壓工程；組塔技術；鋼管塔

0　引言

目前鐵塔組立方法主要包括抱桿組塔、流動式起重機、塔式起重機等多種施工方法［1］。由于特高壓工程鋼管型鐵塔具有塔段重，框架結構幾何尺寸大的特點，利用上述組塔方法組立完成鐵塔耗時較長，急需引進新的施工技術來解決工程建設工期緊的突出問題。而直升機組塔能夠大大縮短工期，此項技術在國外上世紀50年代就開始探索應用，1975年美國69基π型桿被暴風損壞，當時動用埃里克森直升機，只用2個星期就完成了舊塔拆除、新塔吊裝、架設新導線的全部工作［2］。美國華盛頓州的一條230 k V線路改建時，曾在8 h的工作時間內，拆運走62基鐵塔，大大加快了施工速度［3］。

我國于20世紀80年代開始應用直升機完成架空輸電線路施工，然而由于相關技術不夠成熟等原因，經過十年嘗試后一度停滯，隨著空地作業技術不斷成熟，近年來直升機在電力行業的應用又陸續開始研究實施［4-7］，主要在電力巡線、展放導引繩等技術方面應用較多，目前積累的經驗也相對豐富［8-9］，但受制造水平、飛行員技術、專業吊掛機具設備等因素制約，直升機組塔吊裝施工市場一直存在局限，近年來國家電網公司在特高壓交、直流示范工程中進行了直升機組塔施工的探索和試驗工作［10-11］，但對于直升機吊裝組塔整個過程論述較少，下文以錫盟-山東工程直升機組塔工作為依托，介紹整個組塔施工過程，為后續直升機在特高壓工程中實踐應用，提供一定得技術支持。

1　直升機與鐵塔參數

與傳統特高壓采用抱桿或吊車進行分解組塔不同，該項目進行直升機吊裝組塔試點，據前期調查研究，國際上現有直升機型僅有俄羅斯Mi-26T和美國S-64F直升機可滿足特高壓鐵塔吊裝質量要求。經反復論證、比選，最終選定能夠對直升機和吊件進行微調控制的S-64F機型，該機號稱“空中吊車”，吊掛系統具有抗旋轉裝置，如圖1所示。采用直升機吊裝特高壓鐵塔，在世界上尚屬首次，因此該項目是一件極具挑戰性的創新工作。

圖1　S-64F機型尺寸

1.1直升機參數

依據本作業地點海拔高程、作業期內氣溫條件、安全裕度等綜合原因，確定本吊裝項目該機型外載荷工具鉤以下單吊質量上限為9.4 t，其相應的性能參數如下：該機就位精度25.4 mm、有抗旋轉器。機身全長27.90 m，高7.72 m，主翼直徑22.7 m。空載機身質量約9 980 kg，最大巡航速度192 km/h。飛行乘組標準為2個雙重控制，后視觀察站1個。消耗燃油550加侖/h（平均2 082 L）。

1.2桿塔參數

直升機吊裝鐵塔作業項目位于河北遵化市，計劃組立北京送變電公司標段雙回路鋼管塔3基。鐵塔基本參數如表1所示。

表1　直升機吊裝鐵塔基本參數

2　鐵塔吊裝組立流程

鐵塔吊裝前首先需要進行吊裝準備，包括直升機入關組裝、場地平整和工器具加工驗收，該工程使用的工器具分為專用和常規工具兩類。專用工具由通航公司研發，包括導軌（塔腿導軌、塔身導軌、橫擔導軌）、地腳螺栓保護套、定位銷、卡鎖、主柱吊具、法蘭精調裝置、可調硬支撐等7種工器具。常規工具包括但不限于吊繩、掛環等。前期準備就緒后，根據圖紙進行鐵塔地面分段人工組裝，地面組裝的桿件，必須找平墊實，尺寸檢查無誤后方可緊固螺栓，桿件吊裝前進行驗收，然后進行起吊作業，在吊件空中就位后，進行人工對螺栓逐段緊固安裝，每一塔段吊裝完成后，應及時對塔體作垂直度跟蹤檢查，螺栓緊固達標，確保符合規定，方可進行下段組裝，最后進行整塔驗收，完成直升機吊裝組塔施工，作業流程如圖2所示。

圖2　直升機組塔施工作業流程

3　鐵塔吊裝組立方法

該項目主要采取人工地面整段組裝完成后，由直升機分段吊裝與人工輔助配合的施工模式，逐段完成各段和橫擔的吊裝、就位任務，現以3S061號塔為例介紹其關鍵部位組立方法，其結構如圖3所示，其中1號至26號為桿塔吊裝節點序號。

3.1關鍵部位吊裝過程

3.1.1塔腿26號+24號吊裝

塔腿設計質量為29.88 t，超過直升機最大荷載，將其分解后，1/4塔腿段預估吊裝質量為7.47 t，附加物質量0.2 t，合計約7.67 t。采用分解吊裝加人工組合的方式，來完成塔腿整段的組裝工作，其吊裝示意如圖4所示。

圖3　3S061桿塔結構（單位：m）

圖4　塔腿吊裝示意

吊運安裝步驟：

a.直升機飛抵料場吊件上方，下降至工作鉤接近地面，施工人員對吊件進行吊掛，其中塔腿段在料場組裝時，頂部安裝導軌與定位銷，附著在法蘭盤下筋板上預設的安裝孔內。

b.指揮直升機上升，攜吊件飛至施工點，在塔腿基礎上安裝塔腿導軌和地腳螺栓保護套，地腳導軌每腿3個，1個安裝塔腿對角線內側，其余2個與其成90°布置，在地腳螺栓上做與法蘭盤對應的記號，地腳螺栓的保護通過在螺栓上預裝螺栓保護帽的方式，該螺栓保護帽兼有導向功能。

c.直升機攜掛吊件至塔位上空懸停，由地面指揮直升機下降至吊件接近基礎面時，施工人員將綁扎在吊件上的臨時拉線解開，拉至與地面已準備好的拉線進行連接。

d.施工人員采用推拉方式轉動塔腿主柱，令地腳法蘭盤眼孔對準地腳螺栓，由飛行方地面負責人通知直升機下降，吊段借助基礎上設置的外擋導軌，下落穿入地腳螺栓。

e.塔腿就位穩妥后，迅速將拉線固定好。

f.直升機脫開工作鉤，返回料場。

3.1.2塔腿上方最重段23號塔身吊裝

該段質量為9.16 t，段高6.5 m，此段是全塔最大質量段之一，對直升機吊重考驗最大，吊裝時不安裝休息平臺，可安裝腳釘、爬梯等附屬設施。在此基礎上增加導軌0.4 t、吊點繩及X拉線等0.5 t，合計0.9 t，預估起吊質量為9.40 t。塔身段導軌布置在鐵塔的4個角上，每付導軌分為兩部分：導軌和限位裝置。塔身段導軌的作用是引導上下塔段進行對接，實現初步定位。導軌斜面部分和垂直線的角度為23°該段采取整段吊裝方式。吊點繩選4根，?22 mm鋼絲繩，長度定為5.0 m，吊裝示意如圖5所示。其他塔身6號、8號及10-17號吊裝與23號塔身吊裝類似采用地面組裝，直升機整體吊裝方法。

圖5　塔腿上方最重段吊裝示意

3.1.3下橫擔吊裝

分解橫擔4號段，內側段②與9號組合吊裝，塔身下橫擔9號質量為6.83 t，段高4.3 m，加兩內側段②后質量約8.4 t，在此基礎上，增加導軌0.4 t、吊點繩0.4 t，預估起吊質量為9.2 t。吊裝時，除走道、扶手外，其它9號構件包括爬梯、腳釘等附屬設施均一起直升機吊裝。起吊時吊點繩用?22mm，長1.5 m，吊點繩掛點在9號段主柱。9段主材上方安裝導軌，對角線法蘭盤上安裝4個自動式卡鎖，并在塔身上部平面打交叉拉線。

外側下橫擔吊裝：4號外側段部分單獨起吊，2個吊裝段均由直升機吊裝。該吊裝段質量約為2.20 t，在此基礎上，增加導軌0.4 t、吊點繩0.2 t，預估起吊質量為2.80 t。直升機在吊裝過程中，緩緩下降，使橫擔上主材先就位，然后以此為中心點，緩緩放下塔段，使下主材以旋轉方式與塔身橫向對接，完成就位。在此過程中如出現一側掛鉤入位而另一側遲遲未能入位時，為確保在5 min內完成就位此時需人工輔助掛鉤入位。中橫擔7號與3號吊裝方法與下橫擔類似。

3.1.4上橫擔外側吊裝

a.橫擔2號外側段與1號地線支架組合，分2次吊裝。每個吊段質量約為1.85t。在此基礎上，增加導軌0.4 t、吊點繩0.2 t，預估起吊質量為2.45 t。

b.橫擔對接就位導軌形式，采取用掛鉤式導軌吊裝1號+2號段。

c.2號外側段與1號吊點繩長塔段內側吊點繩長1.5 m，塔段外側吊點繩長1.0 m。此段直升機將使用四方架進行吊裝。

3.2直升機吊裝作業特點分析

本次吊裝項目具有“兩多、一難、一少”的突出特點，既“技術難點多、協調單位多、施工難度大、可參考經驗少”。與傳統特高壓線路鐵塔組立方式有較大區別，主要表現在：

多作業面模式：不同于以往線路工程單基鐵塔組立時只有一處作業面，直升機吊裝鐵塔（特別是3S062、3S064兩基流水作業）有地面組料場、吊裝塔位等多個施工作業面。

施工工藝復雜：由于直升機吊裝鐵塔采取分塔段整體吊裝方式，為減少塔段形變，確保塔段順利對接，需在部分塔段安裝導軌、定位銷、拉線等附件，且安裝精度要求高。同時在每塔段就位后都要對各點根開仔細測量，尺寸校正，整體施工環節較多，工藝較為復雜。

組織管理水平要求高：直升機吊裝鐵塔作業涉及多個專業領域，多個參建單位，通信方式多樣并涉及語言翻譯，要求人員心理素質過硬，作業帶來的噪音、風壓、沙塵等不利因素給登塔人員帶來較大心理壓力。需項目參建各單位統一組織模式，協同配合，提升人機配合作業心理素質。

4　結論

以錫盟-山東工程直升機吊裝組塔的成功實施為例，從機型引進、技術方案、機具研發、空域協調等多個角度闡述了重型直升機吊裝組立特高壓鋼管鐵塔技術，可得出如下結論。

a.該工程針對直升機吊裝組塔方式，研發應用了7種專用工器具，設計根據直升機吊裝能力對現有塔型進行節點優化，在原有普通塔型上加裝吊點、防扭部分，這對后續工程類似鐵塔設計和相關器具最優配備提供可靠的參考性。

b.該項目制定了人員配置、初步青苗試驗占地、航油保障等專項方案，在滿足作業需求的同時，確保精簡最優化，依據本次組立情況，可為規模化開展吊裝、運輸作業提供經濟合理化建議。

c.直升機吊裝組立三基同塔雙回鐵塔共計用時6.65 h，較一般組塔施工技術，大大縮減了時間，直升機組塔施工技術的引進，將為解決工程建設工期壓力緊的問題提供新的突破口。

d.由于直升機參與基建施工橫跨電力與航空兩大領域，且該工程為世界首次特高壓直升機吊裝組塔，其順利實施，將為后續國內電網施工建設提供寶貴參考依據。

［1］ DL/T 5289-2013，1 000 k V架空輸電線路鐵塔組立施工工藝導則［S］.

［2］ 岑阿毛.飛機在國外輸電線路中的使用［J］.電力建設，1984，（3）：77-85.

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［4］ 李國興.我國直升機電力作業的現狀與發展［J］.電力設備，2006，7（3）：41-45.

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［6］ 吳敬儒，徐永禧.我國特高壓交流輸電發展前景［J］.電網技術，2005，29（3）：1-4.

［7］ 孫竹森，李震宇.特高壓交流試驗示范工程現場建設管理機制研究［J］.電網技術，2008，32（13）：5-9.

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［9］ 楊建東.小型無人直升機在特高壓線路架線中的應用探索［J］.中國新技術新產品，2011，19（19）：141-142.

［10］ 繆 謙，黃克信，夏擁軍.直升機組立輸電線路鐵塔施工技術［J］.施工技術，2012，41（24）：96-101.

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本文責任編輯：丁 力

Application Research on Helicopter Tower Hoisting Technology for 1 000 k V Ultra-high Voltage Project

Qiao Jun，Zhao Fenghai，Wu Gang
（Hebei Electric Power Construction Co，Ltd.，Shijiazhuang 050000，China）

This paper analyzes the hoisting tower applications in power industry both home and abroad and gives a detailed description of the helicopter hoisting tower technology used in Ximeng-Shandong 1 000 k V ultra-high voltage（UHV）AC transmission line project from the key aspects such as helicopter selection，tower legs，tower body and upper and lower cross arm，etc.The successful use of helicopter hoisting tower technology in this project can improves the construction mechanization level of UHV transmission lines and building capacity，filling the gaps in the area of steel Tower Hoisting Technology in Ultrahigh Voltage Projects.

helicopter；ultra-high voltage project；tower hoisting technology；steel tower

TM754

A

100-19898（2016）02-0001-04

2016-01-11

喬 軍（1987—），男，工程師，主要從事輸電線路和電力工程自動化方面研究工作。