通過兩起事故受力計算分析，淺談確保施工關鍵點安全可控的舉措

國網湖南電力 周明珠 張恒武 郭達明

通過對“5·7”“5·14”兩起線路工程安全事故的反思分析，鐵塔地腳螺栓反向臨時拉線施工中存在的問題是導致發生事故的主要原因。如何保證現場重要工序、關鍵作業點安全可控，是值得在后續基建施工中思考的重要問題。通過對事故的技術分析，找到杜絕類似事故的主觀因素，通過運用科學的手段和完善的管理措施，在根本上杜絕現場人員認知模糊、材料缺陷、違章作業導致的群傷群亡事故。

一、對兩起事故的深入剖析

（一）“5·14”事故分析

輸電線路耐張塔在設計時，為補償緊掛線后鐵塔向內角側撓傾，設計已經對基礎內角頂面進行升高處理，在鐵塔構件連接可靠的情況下（包括地腳螺栓緊固到位），允許承受鐵塔兩側導地線在內角的合力。因此，在緊線過程中，不需要在耐張塔外角設置臨時拉線。

根據事故經過描述，9號耐張塔為轉角塔，事故發生時，正在對內角側光纜進行緊線操作，按照現場的布置情況，在對光纜緊線操作時，9號塔兩側光纜已經架設，緊線時鐵塔受力合力方向是9號塔內側，即9號塔內角橫擔方向，現場情況如圖1所示。

事故分析中，9號耐張塔地腳螺母型號錯誤，不能緊固，造成基礎外角地腳螺栓承受的上拔力失效。內角光纜緊線施工時，兩側光纜在塔頭部分的合力使鐵塔向內側傾斜，外角地腳螺栓受上拔力，由于9號地腳螺母型號錯誤，外角側塔腳上拔，塔腳板會離開基礎面，并對地腳螺栓產生彎矩，如圖2所示。

圖1 線路路徑示意圖

圖2 鐵塔內角受力地腳螺母失效情況

地腳螺栓鋼材抗彎強度公式：

式中 σ——一般地腳螺栓鋼材的抗彎強度（兆帕），Q235，取值為215；

P——地腳螺栓承受抗彎點的集中載荷（牛）；

L——地腳螺栓抗彎力臂（毫米）根據現場情況，可取值為50毫米；

d——地腳螺栓直徑（毫米），可取值為42毫米。

根據以上公式，可計算地腳螺栓在5毫米高度，地腳螺栓的集中載荷P為125.4千牛時，將發生彎曲變形。地腳螺栓抗上拔力失效時，如圖3所示。

圖3 地腳螺母失效地腳螺栓抗彎情況

根據圖2分析，鐵塔高24米，光纜緊線時，向內角合力取10千牛，不考慮鐵塔自重因素，鐵塔向內角傾斜的力矩為：A=24 000毫米×10千牛，平衡該力矩時，地腳螺栓需承受相同的抗彎矩。地腳螺栓彎矩力臂為50毫米時，計算的地腳螺栓承受的集中橫向載荷為：P=24 000毫米×10千牛÷50毫米=4 800千牛。發生事故時，考慮8根地腳螺栓同時承受抗彎力矩，P3=4 800/8=600千牛，已經遠超過地腳螺栓的抗彎極限強度值（125.4千牛）。

從圖2中可以發現，光纜對內側地線支架的張力產生的力臂為L1，塔越高，力矩越大，而地腳螺栓的抗上拔力因地腳螺母無法緊固，鐵塔傾斜時，轉化為地腳螺栓自身的抗彎力。根據杠桿原理，地腳螺栓在承受不了自身抗彎變形時，開始彎曲，塔腳板脫出，發生倒塔事故。

（二）“5·7”事故分析

根據事故經過描述，181號耐張塔為轉角塔，與“5·14”事故中的地腳螺母型號錯誤、數量缺少、地腳螺栓未緊固情況相似。因此一定程度上，此次事故也是地腳螺栓原因造成的倒塔事故。事故現場地腳螺栓如圖4所示。

圖4 事故現場地腳螺栓情況

與“5·14”事故所不同的是，181號鐵塔緊線不是平衡掛線，是單邊緊掛線，但反向臨時拉線設置錯誤。設計規定中，要求耐張塔在緊線操作時，必須設置受力反向拉線，反向拉線應承受緊線張力50%以上的不平衡張力，且鐵塔需通過地腳螺栓完全固定在基礎上。在倒塔時，鐵塔受力如圖5所示。

圖5 事故時現場拉線布置情況

二、如何杜絕事故發生的探討

（一）技術層面

1.反向臨時拉線及地錨

（1）對緊線塔臨時拉線設置成模塊化形式。通過對現有輸電線路導線型號數據，及對不同分裂數、不同導線型號的輸電線路，根據單根導線拉斷力推薦值，按設計允許使用應力取2.5安全系數，形成一系列臨時拉線選用推薦型號，即推薦標準。在現場施工時，根據實際情況進行實地校核，保證臨時拉線選型的正確性。部分導線型號臨時拉線推薦選型如表1所示。

緊線操作時，181號塔反向臨時拉線沒有每相設置，在邊相緊線后，由于地腳螺栓未緊固，鐵塔塔腳板上翹，對地腳螺栓產生彎矩。內角反向拉線方向為沿受力反向設置。中相緊線時，超出鐵塔及拉線能承受的極限張力，拉線斷裂，鐵塔傾倒。

受力分析：導線受力，按LGJ—400/50計算，單根緊線張力約26千牛。發生事故時，已有6根導線緊完，作用在鐵塔上的水平張力約156千牛。鐵塔內角側拉線方向錯誤，主要張力由外角側一根拉線平衡，地腳螺栓未緊固，鐵塔向小號側傾斜，單根拉線拉斷力為151千牛，拉線對地角度按45°計算，此時拉線所承受的張力為F=1.414×156千牛=220.6千牛，超出拉線所能承受的極限拉斷力。

由于地腳螺母沒有緊固，無法將鐵塔固定在基礎上，此時鐵塔是活動的，不能達到承受50%的緊線不平衡張力的設計要求。

在以上兩項關鍵因素的作用下，致使鐵塔無法承受不平衡張力而倒塌。

表1 部分導線型號臨時拉線推薦選型

（2）通過上述選型原則，可明確固定拉線的地錨受力推薦值，對地錨的選用再根據現場地質情況核算地錨深度，從而使錨固環節得到安全保障。

地錨抗拔力的受力分析，如圖6所示。

地錨抗拔力計算公式：

(2) 考慮環境變量的曲線擬合預測方法[16-19]。該方法也是用數學模型進行位移時序擬合預測，但在擬合過程中，考慮了影響滑坡穩定性的環境變量。

圖6 地錨受力分析圖

重點注意事項：

a.反向臨時拉線設置的方向必須經現場測量確定，方向保持在受力反向；拉線對地角度一般不超過45°，可根據地形情況，適當減小對地夾角，提高拉線系統的可靠性。土壤容積和上拔角取值表，如表2所示。

b.反向臨時拉線設置好后，在緊線操作過程中，現場負責人或安全員必須觀察拉線、地錨受力后有無異樣，包括鐵塔（混凝土桿）橫擔是否傾斜，地錨是否脫位，如果有應立即停止，馬上整改。常見土質地錨實際受力計算數據表，如表3所示。

c.在埋設地錨時，若遇軟塑黏土及亞黏土（水田），需選用加大一級的鋼地錨。

表2 土壤容積和上拔角取值表

表3 常見土質地錨實際受力計算數據表

2.地腳螺栓

（1）針對地腳螺栓屢次暴露出的問題，解決地腳螺栓型號與地腳螺母型號正確性和地腳螺栓及時緊固到位，是杜絕事故發生的關鍵。

（2）如何確保地腳螺栓型號與地腳螺母配套，在技術角度上，地腳螺栓加工和制作時，引入一種技術，將配套的地腳螺母通過一套軟質裝置與螺桿連接，在施工時保證螺母與螺桿“不分家”，從根本上杜絕地腳螺母丟失或用錯地腳螺母的情況。

圖7 地腳螺栓采用顏色標識

（4）組塔現場，地腳螺栓不能及時緊固，是最常見的通病，作業人員在組立塔腿段時，需要調整就位螺栓孔，地腳螺栓不能在安裝踏腳板的同時立即緊固。在組立至水平鐵后，應及時進行緊固，但現場地腳螺栓緊固工具為非個人常規工具，需使用專用緊固扳手或管鉗，往往施工現場疏漏，沒有配備，導致地腳螺栓不能及時緊固。在塔材供貨時，能夠配套提供地腳螺栓緊固簡易扳手，在現場中能在一定程度上消除地腳螺栓不能及時緊固的安全隱患。簡易扳手可采用邊角鋼材余料加工，單基根據地腳螺栓規格配送，隨塔材抵達現場，簡易扳手加工圖如圖8所示。

（5）鐵塔組立階段，施工項目部應加大對作業層班組管控力度，對每個組塔班組進行配備管鉗，并使之成為標配工具，以便現場能夠及時對地腳螺栓進行緊固。

（6）結合工程情況，可以適當加大插入式角鋼基礎應用比例，杜絕地腳螺栓安全隱患。

圖8 簡易地腳螺栓緊固工具

（二）機制管理層面

兩次事故之后，國網公司基建系統各層面大力管控地腳螺栓問題，制定管理制度，采取重點管控手段。

近期，國網公司制定《輸電線路工程地腳螺栓全過程管控辦法（試行）》，進一步完善輸電線路工程地腳螺栓管理。根據多年輸電線路工程施工情況，人員因素的管控，是解決現場安全施工的關鍵。

對地腳螺栓管控，應大力發揮“自有人員”職責，控制鐵塔組立關鍵環節，及時對地腳螺栓進行緊固、檢查。

（1）現場對制度的落實。鐵塔組立階段，將地腳螺栓緊固環節列入作業票，現場管理人員照單執行，如發現未及時緊固，則視為特別嚴重違章。

（2）設備型號匹配度。目前，輸電線路工程常規地腳螺栓加工單位多數只加工螺桿，螺母采用標準件進行采購，如加工時螺桿的螺紋有偏差或粗絲細絲分辨不清，將造成螺桿與螺母不配套的情況。因此，在地腳螺栓加工供貨環節，應對廠家要求螺桿、螺母同時加工，保證螺桿與螺母的匹配度。

（3）加強現場地腳螺栓保護。如有生銹、磕碰螺紋損傷等情況，在鐵塔組立時，又缺少專用工具，人力無法將螺母緊固到墊片位置，螺母與塔腳板距離越大，產生的彎矩越大，越容易折彎或折斷。因此，需加強對現場地腳螺栓的保護，防止損壞及生銹。

（4）記錄可控。在“自有人員”制度執行中，對地腳螺栓等關鍵點，應通過數碼照片核對，從而在一定程度上反映地腳螺栓緊固度與匹配度，強化對地腳螺栓的管控。

（5）三級自檢真正到位。我們的自檢工作經常缺失或流于形式，施工隊自檢和項目部及施工單位的專檢有時數據造假，因此督察要點是檢查自檢原始記錄，不是各種造假的驗收表格，做到各層級驗收真正有效，以確保地腳螺栓緊固到位。

三、結語

兩次事故的發生，地腳螺栓施工過程管控不到位是重要原因，因此在線路施工中，如何控制好人、機、料三個因素，是實現每個作業現場安全可控的關鍵。

（1）通過管理機制的不斷完善，對人員管理手段已能夠達到實時管控，如通過手機微信等通信手段，加大對相關人員的管控力度，消除隱患。

（2）逐步完善標準化施工，對現場各工序的工機具定制化，細分鐵塔組立、架線標準化工具，根據塔型、線型，給出推薦工機具，完善工機具管理。杜絕出現超范圍、超安全系數使用施工工機具。

（3）建議地腳螺栓納入甲供材料采購范疇，由業主集中采購，并嚴格審查生產廠家資質，在源頭控制產品加工質量。同時，納入到甲供材料開箱管理，保證材料的質量可控。