直升機吊裝大型輸電角鋼塔施工關鍵技術應用研究

程雋瀚，王 霖，丁鵬杰

（浙江省送變電工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

直升機吊裝組立輸電鐵塔具有施工效率高、不受地理條件制約、環保效應好、節約人力等優點[1]，因而在歐洲、南美洲等地區被廣泛應用于輸電線路新建、技術改造和災后快速重建等電力工程。 我國直升機組塔施工技術研究雖然起步較晚，但從20 世紀80 年代起，先后在多條輸電線路施工中進行了嘗試[2-4]，尤其是近些年特高壓鋼管塔直升機分段吊裝技術的應用取得了較好的示范作用。隨著全球經濟的發展以及人工成本逐年增加，直升機組塔施工技術逐步取代傳統施工工藝將是必然趨勢。

受直升機行業發展及適用機型的限制，使用直升機組塔施工分為物料運輸、塔材吊裝、鐵塔整體吊裝以及鐵塔分段吊裝4 個應用階段。從適用性角度分析，物料運輸常用于山川、沼澤等運輸條件較差的地區；塔材吊裝多用于輸電線路檢修和技改工程；鐵塔整體吊裝則適用于電壓等級不高、整塔重量較輕的小型鐵塔吊裝；而鐵塔分段吊裝不受電壓等級和鐵塔重量的限制，因而適用范圍更為廣泛。

目前，角鋼塔在輸電線路中應用最為普遍。使用直升機組立角鋼塔因其空間衍架結構復雜、吊裝時跟開尺寸不易控制，所以施工難度大。黃克信[5]對小型單肢角鋼塔吊裝技術進行了研究。孫竹森等人[6]依托工程綜合分析了影響直升機組塔施工的重要因素。夏擁軍等人[7-8]對直升機組立GE1 型角鋼塔對接輔助系統進行了研究與應用。在上述研究成果中，角鋼塔塔腿和塔頭均采用整體吊裝方案。但對于大型角鋼塔而言，由于段重增加，直升機無法滿足整體吊裝要求。本文結合舟山500 kV 聯網輸變電工程對直升機組塔關鍵施工技術進行研究和探討。

1 直升機組塔施工工藝

為規范直升機組塔施工，結合舟山500 kV聯網輸變電工程，給出了直升機組塔施工工藝及基本原則，為電網建設中其他類型輸電線路鐵塔的直升機組立提供參考。直升機組塔施工工藝流程包括鐵塔分段、吊段預處理、塔段吊裝就位以及補裝與拆除，如圖1 所示。

圖1 直升機組塔施工工藝流程

1.1 鐵塔分段

輸電線路施工鐵塔開斷設計難以充分體現直升機組塔作業效率。因此，在工程準備階段應根據直升機吊裝能力對鐵塔開斷進行重新設計。鐵塔分段則是在此基礎上將整基鐵塔分解為若干個幾何形狀規則且具有一定自穩性的塔段，同時應遵循以下原則：

（1）盡量采用整段吊裝。

（2）充分體現直升機施工效率。

（3）滿足高空對接就位要求。

（4）對于特殊塔段采取穩固支撐或補強措施。

1.2 吊裝預處理

為滿足直升機吊裝要求，應在吊裝前對塔段結構強度、吊裝重量、對接平面以及對接輔助系統進行預處理，具體內容如下：

（1）核算塔段結構強度，對不滿足吊裝要求的塔段補裝支撐性強度構件。

（2）在不影響塔段整體穩定性和結構強度的條件下，拆除超重塔段部分輔助性塔材，并臨時綁扎在相鄰未超重塔段上進行攜帶。

（3）為避免影響就位，塔段對接平面上、下800～1000 mm 內不能有除主材和輔助系統外的其他塔材。

（4）根據塔段結構形式安裝對接輔助系統，并在跟開尺寸較大、易變形的塔段內側安裝對角十字拉線。

1.3 塔段吊裝就位

輸電線路鐵塔通常為對稱式結構，因此在吊裝時采用四點起吊法，可以有效避免直升機吊裝飛行過程中產生的鐘擺現象[9]，從而提高就位精度。在就位過程中，直升機懸停于塔段正上方，并通過塔段對接輔助系統引導塔段就位，在此過程中直升機始終保持承受一定荷載。當塔段就位完成后，由高空人員在塔段對接點兩側分別安裝3～5 顆螺栓，塔段自穩后直升機方可脫鉤離開。

1.4 補裝與拆除

塔段完成就位后，由高空作業人員對就位塔段進行螺栓補裝和輔材安裝，并拆除對接輔助系統和支撐性強度構件。在補裝和拆除過程中應按照對角吊裝的原則。

1.5 返回料場

直升機脫鉤返回料場，由料場專職人員對直升機吊裝作業進行常規檢查，隨后實施下一吊次吊裝。

2 關鍵施工技術研究

2.1 塔腿段安裝就位技術

塔腿段由塔腳板、塔腿和塔身部分結構組合而成，常規輸電線路角鋼塔塔腿段單線圖如圖2所示。

塔腿段采用整體吊裝方式起吊后塔段根開尺寸相比設計值偏大，隨著不同塔型塔腿段重的增加上述偏差將愈加明顯，進而影響就位精度，甚至無法完成就位。且塔腳板螺栓孔位與基礎地腳螺栓對接點較多，同樣增加了施工難度。 因此，塔腿段吊裝采用1/4 塔腿分解吊裝的方法，如圖3 所示。

圖2 角鋼塔塔腿段單線圖

圖3 角鋼塔塔腿段安裝就位示意

1/4 塔腿分解吊裝是以塔腿中間聯板為界將塔腿段分解為4 個單肢塔腿進行吊裝。其中，單肢塔腿稱為1/4 塔腿段。吊裝時按照對角吊裝原則，即按照1 號腿和3 號腿→2 號腿和4 號腿或2 號腿和4 號腿→1 號腿和3 號腿的吊裝順序。

在1/4 塔腿段就位后，由地面人員迅速將塔腿兩側拉線收緊，并向塔中心外側施加一定預偏，防止塔腿段上口根開尺寸偏小影響后續相鄰1/4塔腿段安裝就位。

2.2 雙肢主材塔段安裝就位技術

雙肢結構角鋼塔在輸電線路中的應用十分普遍[10]。通常，角鋼塔雙肢主材開斷點上下兩側通過段間十字聯板進行連接。而使用直升機吊裝雙肢結構角鋼塔塔段，由于安裝段間十字聯板上下塔段根開尺寸不一，造成就位困難。因此，在雙肢主材塔段安裝就位時采取如下技術措施：

（1）吊裝塔段。將段間十字聯板上移至雙肢主材開斷點上方，通過2～3 顆螺栓固定。上移后不能影響對接輔助系統安裝。同時，為便于人工輔助安裝，用棕繩將段間十字聯板固定在上方塔段斜材螺栓孔處，并確保棕繩始終承受一定荷載。最后，將主材十字板同步上移且用螺栓固定，如圖4 所示。

圖4 雙肢主材吊裝塔段對接移位示意

（2）就位塔段。通過2～3 顆螺栓將塔段內外包角鋼與內外主材分別連接固定，且為便于塔段就位，外包角鋼下移至外主材上平面以下。 最后，在內包角鋼和內主材上分別安裝對接輔助系統，如圖5 所示。

圖5 雙肢主材就位塔段對接移位示意

2.3 橫擔安裝就位技術

直升機吊裝角鋼塔橫擔施工難度大，目前國內外直升機組塔施工一般采用橫擔和塔身段組合整體吊裝的方式。而對于大型角鋼塔而言，鐵塔橫擔和塔身整體段重有可能會超出現有直升機吊裝能力。而使用直升機單獨吊裝橫擔施工工序復雜，對直升機懸停作業時間要求較高。考慮到直升機作業安全和施工效率，本文提出了一種直升機吊裝角鋼塔橫擔橫向快速對接的施工方法，具體步驟如下：

（1）用手拉葫蘆或鋼絲繩套將角鋼塔橫擔上、下平面主材適當收緊，確保根開尺寸小于設計值。同時，調整橫擔吊裝姿態使橫擔端部比橫擔根部略低。

（2）吊裝時先就位橫擔下平面，再就位橫擔上平面。當橫擔下平面主材吊裝至對接平面后，直升機保持在塔位上方懸停。高空人員使用尖扳手同時穿入橫擔和塔身對接螺栓孔位，進行引導橫擔就位。

（3）以橫擔下平面穿入的尖扳手為軸，緩慢向上提升橫擔高度，直至橫擔上平面主材插入塔段對接平面，然后采用上述相同的方式引導橫擔上平面就位。

（4）橫擔兩側主材分別安裝3～5 顆螺栓后，直升機方可脫鉤返航。最后，由高空人員補裝其余螺栓。

3 工程實例

舟山500 kV 聯網輸變電工程是保障浙江舟山群島新區發展、滿足區域社會經濟發展用電需求的重要輸變電工程，本工程采用S-64F 重型直升機組立了2 基SJC1Z 型耐張角鋼塔和1 基SZC2Z 型直線角鋼塔。以其中1 基耐張塔為例，其全高57.5 m，呼高27 m，塔全重73.53 t，其塔型單線圖如圖6 所示。

圖6 SJC1Z 型耐張角鋼塔單線圖

直升機組塔施工于2018 年10 月28 日開始實施，在本工程作業條件下，S-64F 型直升機允許的最大起吊重量為9 100 kg。根據直升機的吊裝能力對角鋼塔進行分段。由于篇幅限制，現給出本工程使用直升機組立角鋼塔的部分分段情況，如表1 所示。

表1 SJC1Z 型耐張塔直升機吊裝分段情況

3.1 塔腿吊裝

SJC1Z 型角鋼塔塔腿由塔段23、塔段17 和塔段10 組成，受直升機吊裝能力的限制，本段采用1/4 塔腿分解吊裝的施工方法（見圖7），并按照1 號腿→3 號腿→2 號腿→4 號腿的吊裝順序，平均1/4 塔腿段安裝就位耗時約9 min。

圖7 1/4 塔腿段吊裝施工現場

3.2 雙肢主材塔段吊裝

SJC1Z 型耐張塔為雙肢角鋼塔，其中雙肢結構9A 塔段和9B 塔段進行對接時，采用上文雙肢主材塔段安裝就位技術，通過對接輔助系統進行輔助就位，整個安裝就位過程耗時約6 min（不含補裝及拆除時間），如圖8 所示。

3.3 橫擔吊裝

SJC1Z 型耐張塔塔段8 和塔段4 的重量分別為8 350 kg 和3 580 kg，采用兩段組合整體吊裝超出了本工程中S-64F 直升機吊裝能力。

因此，塔段4 采用橫擔橫向快速對接的施工方法，如圖9 所示。整個安裝就位過程耗時約8 min。

圖8 雙肢主材塔段吊裝現場

圖9 橫擔吊裝現場

4 結論

本文總結了直升機吊裝大型輸電角鋼塔施工技術的應用研究成果，尤其是1/4 塔腿分解吊裝、雙肢主材塔段吊裝以及橫擔橫向快速對接吊裝的施工方法，為直升機吊裝輸電角鋼塔的機械化施工和流水化作業提供了范例，同時也為電網建設中其他類型輸電線路鐵塔的直升機吊裝作業施工技術提供了參考依據。