輸電線路塔基施工中旋挖鉆機(jī)應(yīng)用研究

張照環(huán)，丁道軍，徐 錸，孫 余，馬云龍，劉永光，耿倩斌，珠海港

（1.江蘇送變電有限公司，江蘇 南京 210028；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210024；3.徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

1 塔基施工特點(diǎn)

隨著基礎(chǔ)建設(shè)腳步的不斷加快，機(jī)械化施工在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，輸電線路建設(shè)由于施工環(huán)境復(fù)雜、塔基分散、交通不便等諸多原因，機(jī)械化施工受到較大局限。傳統(tǒng)施工方式存在施工效率低、勞動程度大等問題，已經(jīng)難以適應(yīng)輸電線路的快速發(fā)展。近年來國家電網(wǎng)公司一直致力于，全過程機(jī)械化施工的研究工作，塔基建設(shè)作為輸電線路的重要組成部分，機(jī)械化施工程度尤為重要。塔基基礎(chǔ)施工主要由以下特點(diǎn)。

1）高壓輸電線路多經(jīng)過山區(qū)、河谷，地形復(fù)雜，塔基基礎(chǔ)位置都很偏僻，不利于大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)場。

2）輸電線路距離長，沿線的地質(zhì)復(fù)雜多變，塔基地質(zhì)條件復(fù)雜多變，且存在不可預(yù)見性，這就要求機(jī)械設(shè)備具備復(fù)雜地層的施工能力。

3）每個塔基基礎(chǔ)一般由4根樁構(gòu)成，塔基之間距離較遠(yuǎn)，且施工區(qū)域極為分散，機(jī)械設(shè)備頻繁移位，難以發(fā)揮高效施工的優(yōu)勢。

目前輸電線路塔基基礎(chǔ)施工多采用沖擊鉆機(jī)、反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工，在進(jìn)場前將設(shè)備拆解，將設(shè)備運(yùn)輸至施工地點(diǎn)進(jìn)行組裝，施工過程中機(jī)械化程度低，需要大量的人力，且設(shè)備成樁質(zhì)量差，施工效率低。

2 旋挖鉆機(jī)的適應(yīng)性改進(jìn)

旋挖鉆機(jī)具有施工速度快、成孔質(zhì)量好、施工安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。如何將旋挖鉆機(jī)成功應(yīng)用到塔基基礎(chǔ)施工中，是本文研究的重點(diǎn)工作。

1）降低運(yùn)輸難度 為降低設(shè)備運(yùn)輸成本、運(yùn)輸難度，我們優(yōu)化了結(jié)構(gòu)布局，選用高強(qiáng)材料，將整機(jī)質(zhì)量比同型號產(chǎn)品降低35%。運(yùn)用有限元分析方法，對主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵位置采用高強(qiáng)度板材，減輕整機(jī)質(zhì)量。

2）提升設(shè)備行走能力 塔基基礎(chǔ)施工地形復(fù)雜多變，對設(shè)備的爬坡能力、通過性有較高的要求，我們通過將鉆機(jī)的爬坡能力由20°提升到3（0°圖1），將行走運(yùn)輸寬度由3.0m縮小到2.6m等措施，提升了設(shè)備在山區(qū)地形的行走能力。在設(shè)備通過危險(xiǎn)區(qū)域時，可搭配無線遙控遠(yuǎn)程操作，確保人身安全（圖2）。在硬化道路行走時，可搭配履帶靴，避免設(shè)備行走過程中破壞道路（圖3）。

圖1 爬坡能力（30°）

圖2 無線遙控控制系統(tǒng)

圖3 履帶靴

3）滿足索道運(yùn)輸要求 在特殊地區(qū)，設(shè)備需要通過索道運(yùn)輸至施工地點(diǎn)，我們通過模塊化設(shè)計(jì)，滿足山區(qū)索道運(yùn)輸要求，專用機(jī)型整機(jī)可拆解為10多個模塊，單模塊質(zhì)量小于5t，每個模塊均設(shè)置獨(dú)立吊裝點(diǎn)，滿足了特殊工況下，索道運(yùn)輸?shù)囊螅▓D4）。

圖4 索道運(yùn)輸

4）施工工法適應(yīng)性研究 塔基樁孔特點(diǎn)可歸結(jié)為兩大類，大孔軟土、小孔硬巖，大直徑樁孔主要以軟土施工為主，小直徑樁孔主要以入巖鉆進(jìn)為主，樁深普遍在20m以內(nèi)。考慮到塔基樁不深，我們通過弱化鉆機(jī)鉆深能力，大幅提升了鉆機(jī)的穩(wěn)定性的同時，提升鉆機(jī)輸出扭矩及加壓壓力，使鉆機(jī)具備了較強(qiáng)的巖石施工能力。在大直徑鉆進(jìn)時，通過分級鉆進(jìn)的應(yīng)用，即先完成小孔鉆進(jìn)，再進(jìn)行逐級擴(kuò)孔，降低施工難度，滿足大直徑施工要求。塔基基礎(chǔ)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為了確保孔壁穩(wěn)定性，往往需要涉及多種施工工藝，如：泥漿護(hù)壁、套管護(hù)壁，考慮到現(xiàn)場惡劣施工條件，需提出一種優(yōu)簡施工工藝，滿足各類地質(zhì)條件施工，為此我們制定了套管與泥漿護(hù)壁相結(jié)合的施工工藝，施工中使用鉆機(jī)動力頭下放2～8m長度套管，然后注入泥漿繼續(xù)鉆進(jìn)施工（圖5）。

3 工程應(yīng)用案例及效果

3.1 工程情況

1）圖6為220kV萬盛-蘆北送電線路工程，該線路起自220kV萬盛變電站，止于220kV盧北變電站，線路全長29.2km。鐵塔采用角鋼塔，共計(jì)89基，其中11基采用全機(jī)械化施工。塔基設(shè)計(jì)樁深25m，孔徑1.2m，采用定制旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，施工中使用泥漿護(hù)壁，單樁成孔時間2h，與傳統(tǒng)施工工藝相比，塔基基礎(chǔ)施工效率提升5倍。

圖6 萬盛-蘆北送電線路工程現(xiàn)場

2）圖7為漁陽支線110kV天津薊縣段工程，該工程設(shè)計(jì)樁孔直徑1.0m，深度17.5m，每個塔基設(shè)計(jì)樁孔4個，上覆地層主要為粘土地層，12m以下為中風(fēng)化灰?guī)r地層。采用定制旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，單樁成孔時間5h，與傳統(tǒng)觀施工工藝相比，塔基基礎(chǔ)施工效率提升6倍。

圖7 漁陽支線110kV天津薊縣段工程現(xiàn)場

3.2 應(yīng)用效果

旋挖鉆機(jī)在塔基施工中，施工效率高，一般為傳統(tǒng)施工工藝的6倍左右。且成樁質(zhì)量高，設(shè)備具有垂直度實(shí)時監(jiān)測，成孔后孔壁規(guī)則，孔底沉渣少。傳統(tǒng)施工成孔效果和旋挖成孔效果如圖8、圖9所示。

圖8 傳統(tǒng)施工成孔效果

圖9 旋挖成孔效果

另外設(shè)備自動化程度高，在降低人員勞動強(qiáng)度的同時，大大提升了人員安全。旋挖鉆機(jī)在搭配套管施工時，可不使用泥漿，從而避免泥漿對環(huán)境的污染。

4 結(jié) 語

塔基建設(shè)中采用旋挖鉆機(jī)施工，是輸電線路推進(jìn)全套化機(jī)械施工的重要組成部分，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，旋挖鉆機(jī)在塔基基礎(chǔ)施工中，充分發(fā)揮出了高效、安全、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的施工優(yōu)勢。為了進(jìn)一步發(fā)揮旋挖鉆機(jī)在塔基基礎(chǔ)施工中的優(yōu)勢，仍需解決一下問題。

1）旋挖鉆機(jī)施工不同于傳統(tǒng)工藝，施工節(jié)奏較快，工序間需緊密結(jié)合，應(yīng)對現(xiàn)有施工流程進(jìn)行梳理，一方面在旋挖鉆機(jī)施工過程中，確保工序流程，如：確保鋼筋籠、混凝土及時的供應(yīng)，避免設(shè)備在塔基樁與樁施工中閑置過長。另一方面應(yīng)注重塔基建設(shè)中的平行流水作業(yè)，即完成當(dāng)前樁基基礎(chǔ)后，迅速將設(shè)備移動至下一塔基進(jìn)行施工作業(yè)。

2）旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)相對傳統(tǒng)工藝較為復(fù)雜，特別是在不同鉆具的選用，不同施工工藝的選擇上，應(yīng)多組織相關(guān)培訓(xùn)，快速提升現(xiàn)場施工人員施工技術(shù)水平，才能將旋挖鉆機(jī)的施工優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

3）旋挖鉆機(jī)在適應(yīng)性改進(jìn)上應(yīng)做進(jìn)一步提升，特別是在一機(jī)多用領(lǐng)域，最大程度減少現(xiàn)場大型設(shè)備的投入，盡可能的將輔助設(shè)備集成到旋挖鉆機(jī)上，如水泵、發(fā)電機(jī)、電焊機(jī)、風(fēng)槍等等。