輸電線路全過程機械化施工評價分析及工程應用

邵冬亮，王 龍，李 志，何春暉，孫永鑫

（國網山東省電力公司經濟技術研究院，山東 濟南 250021）

0 引言

全過程機械化施工是電力線路工程的重點發展方向，目的在于改變以人力作業為主的傳統施工模式，提高施工過程中機械化作業的比重和智能程度，降低人力作業強度，減小周邊環境影響，將線路工程施工由勞動密集型作業轉向技術密集型工程。其優勢在于使線路施工標準化、模塊化、技術專業化，對于提高線路工程安全質量、效率效益、工藝水平具有重要意義。

2013年初，“輸電線路全過程機械化施工”由國家電網公司主持開展試點研究推廣工作。在現有施工模式基礎上，考慮沿線地質地貌條件、交通情況及人文環境，尋找施工過程中的改進點和關鍵點，研制全面化、多功能、標準化、系列化的施工設備，為道路修建、物料運輸、基礎施工、組塔、架線等施工過程提供全面有效的機械化技術支持，配合全過程機械化施工的發展和關鍵設備研發[1]。

根據線路路徑方案設計、基礎設計、桿塔設計和接地設計過程，對輸電線路進行全過程機械化施工可行性及優化分析，評價各個工程因素對機械化施工的影響和限制條件，提出較為完整的輸電線路機械化施工評價標準和原則，對關鍵施工機械的研發提出進一步規劃和要求，并介紹了全過程機械化施工在線路工程設計中的實際應用。

1 全過程機械化施工的設計原則和分析評價

全過程機械化施工關鍵在于從方案設計起始階段，針對機械化施工目標，根據工程條件對設計方案不斷改進，結合現有施工機械水平和施工組織水平，一方面保證方案設計滿足技術功能指標，另一方面要盡量提高施工機械適用性，積極研發新型專用施工機械。

1.1 全過程機械化施工的設計原則

安全、經濟、快速、環保。人力作業不確定風險因素較多，不可控條件會制約人力施工技術的發展，采用全過程機械化施工可以減少人力勞動危險程度，降低人力成本。機械化施工的標準化和快速化大大提高機械施工在安全、經濟、快速和環保方面的優勢。

提高施工設備的適用性。長距離輸電線路建設具有點多、面廣、山高、路險等特點[2－3]，施工設備需適應多種地質環境和施工條件。因此，研制多功能、可組裝、體積小、便于轉場的施工機械對全面持續化施工有著重要意義。

減少周邊環境影響。施工過程環境友好是今后工程建設的發展方向。在方案設計時，要充分考慮當地地質條件和人文環境，盡量減少對地表植被環境和當地居民生活設施的影響。

推行設計施工一體化的標準化體系。輸電線路工程參與方多，建設單位、設計單位、施工單位、設備研發單位、機械租賃方等都需要全面參與工程設計。需要綜合考慮各方需求和條件，總結已有工程經驗，建立各個工程環節的標準化施工準則，加強合作單位之間的相互交流。

1.2 全過程機械化施工的評價分析

全面評價分析全過程機械化施工的可行性，重點在于從定性的關系討論各個工程條件對機械化施工的影響和方案選擇，找出可以利用機械化施工替代人力作業的環節，從概念設計的角度建立系統性評價過程，如圖1所示。

圖1 機械化施工影響因素綜合評價

地質地貌條件。輸電線路距離長，可能需要穿越多個地區，地形條件差異較大。平坦、地形開闊的地區會給機械化施工帶來很大便利，方便架設施工平臺，并節約地基處理投資。考慮到地質地貌條件，在選線過程中要避開險惡地形及不良地質地段，特別是高海拔、嚴重覆冰、高雷暴區和風口地帶以及其他嚴重影響安全運行的地區，避免大檔距、大高差、相鄰檔距相差懸殊地段[2]。

交通運輸條件。路徑選擇宜靠近現有國道、省道、縣道及鄉鎮公路，應充分利用現有交通條件，方便施工和運輸。對原路徑遠離主干公路而無鄉村公路、交通條件較差處進行線路調整，盡量保證大部分塔位修建較短臨時道路即可使施工機械到塔位。必要時，可以配合該地區的長期交通規劃進行輸電線路選線。

施工機械設備。高效、專用、標準化的輸電工程施工裝備，是全過程機械化施工的重要組成部分，會大大提高線路建設的安全性和經濟性。輸電工程施工裝備要根據不同的地質條件和線路要求，配置與研發相應功能的施工設備，配合全過程機械化施工的發展。

人文環境保護。充分考慮地方政府和有關部門對線路路徑的規劃意見，協調地方城鎮規劃與線路建設之間的矛盾，避開城鎮規劃區、工業區、軍事設施、文物遺址、大型廠礦企業及重要通信設施，減少線路工程建設對地方經濟發展以及對群眾生產、生活的影響。當線路必須穿越農作物、樹林及居民區時，應制定相關措施減少對人文環境的影響。

施工組織水平。完整有效、統籌得當的施工組織設計對于施工機械能否發揮其最大效益具有決定性作用。施工過程需要從技術、裝備方面適應機械化施工的要求，并根據已有的機械化施工線路工程經驗，考慮到工程各個特殊條件，不斷總結出更高水平的標準化施工組織設計。

1.3 全過程機械化施工優化分析

輸電線路工程全方位優化過程貫穿線路施工的各個環節，重點從路徑選擇、塔位選取、基礎選型、桿塔設計等方面全面優化改進設計方案，滿足全過程機械化施工要求，盡量協助提高施工的機械化水平，減少人工勞動強度。

線路優化、塔位選取設計。盡可能縮短線路長度、減少轉角個數，降低工程造價，合理選擇交叉跨越點，連續牽張長度不宜過大。綜合協調擬建路徑與沿線已建成線路及其他設施的矛盾，既保證擬建工程線路的經濟合理，同時應兼顧同期或遠期其他線路路徑的走向[4]。

機械化施工基礎設計優化。主要考慮充分利用基礎受力體系的特點，改善基礎結構形式，節約材料消耗，力求造價經濟。在同等地質條件和工程條件下，原狀土基礎相較其他基礎形式具有更好的性價比，避免基礎開挖對周邊環境的影響和破壞，且造價上更具有經濟優勢。可選用旋挖機進行機械化施工，達到技術經濟的最優模式。

機械化施工桿塔設計優化。機械化施工桿塔位置選擇應以環境影響最小為原則，盡量避開因周邊建筑物造成機械化施工困難的場地。從桿塔選型、材料選擇、節點構造等方面進行桿塔設計優化，有效降低桿塔耗鋼量、基礎作用力和基礎工程量，從而減輕物料運輸重量，減小基礎施工機械，降低施工難度，為機械組塔提供有利條件，縮短施工周期。

2 施工機械的研發現狀及標準化施工

2.1 輸電線路工程的機械化施工設備

在試點工程建設中，已研制出專用塔式起重機、旋挖鉆機、重型貨運索道，無人駕駛直升機等重大施工裝備，新型機械具有自動化程度高，針對性強、專業配套等優點。尤其是重型貨運索道能夠滿足絕大部分地形條件下的建設物資運輸通道建設，解決了高山丘陵地區無交通線路帶來的全機械化施工難題。

現階段機械施工設備的發展情況如表1所示。目前山區線路的施工機械研發明顯不足，需要根據其自身的工程需求大力研發巖石基礎施工機械、山區貨運索道以及無人機架線機械，并總結工程經驗，加強特殊地區施工機械研發的投入，推動全網范圍內的全過程機械化施工進程。

2.2 標準化施工的建立

高效適用的施工機械裝備是實現全過程機械化施工的有利基礎。在各建設單位技術水平參差不齊、地區經濟社會發展不均的形勢下，設計、技術裝備、市場化租賃與合作交流等方面的標準化為電網機械化建設提供了專業、高效的保障和途徑，以便全過程機械化可以快速有效發展。標準化包括施工裝備設計、制造標準化，輸電線路設計方法、基礎選型與適用范圍、接地型式、質量控制要求標準化，也包含施工裝備配置、施工方案、作業指導書以及施工組織標準化。

在現有施工裝備的基礎上，根據不同的地質、地形條件和施工目的，建立“全過程機械化施工標準體系”，按照線路施工工序分類，針對各個施工環節，研發系列化、模塊化施工機械，并提出適合機械化施工的基礎型式設計技術標準，進一步指導工程設計、施工方案、裝備購置等工作。

3 線路工程實際應用

3.1 工程概況及線路優化

某線路工程線路所經地區全部為平地，沿線地貌成因類型為沖積平原，土層主要為粉土與黏土，土體強度較高，工程地質條件較好，交通條件良好。工程包含3條線路工程，路徑如圖2所示，根據現場工程條件分析[5]，3條線路的機械化施工適用性分析如表2所示。

表1 全過程施工機械設備的介紹與選擇

表2 線路工程全過程機械化施工適用性評價分析

圖2 工程路徑

3.2 基礎設計優化

針對本工程地質條件，通過經濟技術比較分析，地下水位較淺時，考慮到施工降水費用，樁基礎經濟優勢明顯。綜合考慮施工效率、交通運輸條件、綠化帶植被恢復、機械化程度等因素，本工程優先選用適宜機械化施工的鉆孔樁基礎，施工方便，提高了施工效率[4]。

考慮到流水線作業及綜合效益指標分析，基礎樁徑角鋼直線塔直徑為0.8 m，耐張塔直徑為1.2 m，直線鋼管桿和小轉角耐張桿直徑為2.2 m，大轉角和終端桿直徑為2.6 m。

3.3 塔桿優化設計

桿塔設計主要從桿塔選型、材料選擇、節點構造等方面進行設計優化，降低施工難度，縮短施工周期，提高機械化施工效率。采用Q420高強鋼，改善鐵塔受力性能，簡化鐵塔結構構造，減輕單根構件的重量，減少運輸、安裝等費用。

針對鐵塔組立及架線特點，工程在鐵塔設計階段優化節點構造，按照功能要求預留施工孔，與施工進行接口配合，滿足施工要求。預留的施工孔在總圖中標明其用途，并注明各施工孔荷載限制。

3.4 接地優化設計

為減少水平接地方式對基礎周圍植被破壞的影響，加入了垂直接地型式的設計比選。根據工程土壤電阻率，通過對接地型式計算分析，垂直接地方案在滿足工頻接地電阻要求的前提下，在占地面積與材料用量明顯優于常規水平接地，并且垂直接地可以全面配合機械化施工過程。

3.5 機械化施工設備選擇

根據工程實際工程地質與環境條件，為全面配合全過程機械化施工進程，各個施工環節的施工設備選擇如表3所示。

表3 全過程機械化施工設備選擇

4 結語

推進全過程機械化施工建設，有利于實現輸電線路工程全過程安全、質量、建設效率提升，有利于保護施工建設環境、提升工程建設水平。

全過程機械化施工的設計應充分考慮安全、經濟、快速、環保的因素，提高施工設備的適用性，減少對周邊環境的影響，推行設計施工一體化的標準化體系。

建立以地質地貌條件、交通運輸條件、施工機械設備、人文環境保護、施工組織水平作為影響因素的全過程機械化施工的評價分析過程。

總結施工機械的研發現狀，并提出全過程機械化施工優化可從線路優化及塔位選取設計優化、機械化施工基礎設計優化、機械化施工桿塔設計優化著手，以滿足全過程機械化施工要求，盡量協助提高施工的機械化水平，減少人工勞動強度。

線路全過程機械化施工的實際應用驗證了所提方法的有效性和可行性，為相關工程的全過程機械化施工提供參考。