±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程鐵塔組立方案分析

韓啟云，單長孝，汪以文，關(guān)紹峰

(安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230022)

昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電工程(以下簡稱：吉泉線)是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電工程，這對于送變電施工單位既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。安徽送變電工程有限公司由于沒有±1 100 kV特高壓直流輸電工程的施工經(jīng)驗(yàn)可借鑒[1-3]，故從工程建設(shè)開始，公司就加大技術(shù)力量和資源投入，鼓勵(lì)技術(shù)革新，以“保障施工為目的、技術(shù)創(chuàng)新為手段”，采用5種組塔施工方案，保障了鐵塔的組立和施工。

1 施工現(xiàn)狀

1.1 施工特點(diǎn)

±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程組塔施工，需解決塔材運(yùn)輸及堆放、進(jìn)場道路、平行帶電線路和超長超重構(gòu)件吊裝等一系列問題，無法按常規(guī)工藝對±1 100 kV特高壓直流輸電線路鐵塔大構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)輸及組立施工。

1.2 組塔難點(diǎn)分析

以吉泉線皖3標(biāo)段為例，分析如下。

(1)鐵塔普遍高度高、重量大。一般鐵塔呼高45～99 m，全高62.0～114.5 m，平均塔高80 m；一般鐵塔質(zhì)量64～320 t，平均塔質(zhì)量129.5 t，組塔施工難度大。

(2)本工程鐵塔橫擔(dān)長、重量大。直線塔單側(cè)橫擔(dān)最重可達(dá)16.6 t、最長可達(dá)33.85 m；耐張塔單側(cè)導(dǎo)線橫擔(dān)最重可達(dá)29.8 t(不包括跳線架)，最長可達(dá)30.09 m；直線轉(zhuǎn)角塔外側(cè)端部橫擔(dān)最重可達(dá)7.262 t、長度達(dá)16.47 m，橫擔(dān)起吊及就位難度很大，橫擔(dān)吊裝是施工的難點(diǎn)。

(3)因其在縮小線路走廊中，桿位中心距離1 000 kV淮上線邊線最近僅為27 m。沿途在密集通道施工，臨近1 000 kV淮蕪線、±500 kV宜華線帶電線路，121基塔中心線距帶電線路邊線距離普遍在50 m左右，感應(yīng)電大、組塔安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2 鐵塔組立方案對比

2.1 方案概述

根據(jù)鐵塔參數(shù)和地形特征結(jié)合運(yùn)輸條件，綜合考慮組塔施工方案，現(xiàn)場可采用5種組塔方案，分別是懸浮抱桿、座地?fù)u臂抱桿、雙平臂抱桿、單動(dòng)臂抱桿和吊車組塔[4-5]。

2.2 懸浮抱桿組塔方案

懸浮抱桿一般為送變電施工單位自有設(shè)備[6-7]，采用外拉線施工，需要有地形打設(shè)外拉線，單次吊裝能力可達(dá)6 t，因不能超出組立塔身2/3的安全要求，只能吊裝超出已組立塔身26 m以上的塔段。外拉線內(nèi)懸浮抱桿，抱桿頭部又分為環(huán)狀圈與T型兩種形式，外拉線與地面的夾角小于45°，抱桿的受力狀況得到明顯改善。此種組塔方法的優(yōu)點(diǎn)是外拉線減少了抱桿受的軸向力，起吊重量增加，抱桿頂部偏移對上拉線的傾角影響減小，抱桿頂部的活動(dòng)范圍增加，便于鐵塔組立，通過外拉線調(diào)節(jié)抱桿傾斜方向角度比內(nèi)拉線方便簡便。由于外拉線抱桿吊裝半徑受抱桿傾斜條件限制，故對于超長橫擔(dān)吊裝，需加裝輔助抱桿，以增加吊裝半徑。懸浮抱桿吊裝如圖1所示。

圖1 懸浮抱桿吊裝

2.3 座地?fù)u臂抱桿組塔方案

座地?fù)u臂抱桿一般為自有設(shè)備，采用座地方式座在塔中心；可采用液壓下頂升提升抱桿升高，也可利用鋼絲繩滑車組提升抱桿升高[8-9]。兩種斷面抱桿吊裝能力均可達(dá)6 t，搖臂長度長達(dá)16 m，能滿足構(gòu)件重心距塔中心水平距離16 m的構(gòu)件垂直平衡吊裝的要求，以及固定回轉(zhuǎn)狀態(tài)下平衡斜向受力的要求。根據(jù)塔型結(jié)構(gòu)，當(dāng)橫擔(dān)吊裝水平距離小于16 m時(shí)可直接用搖臂抱桿吊裝；邊導(dǎo)線或地線橫擔(dān)(外橫擔(dān))，采用在中橫擔(dān)上坐立人字抱桿，利用搖臂抱桿作為人字抱桿變幅拉線，運(yùn)用人字抱桿吊裝邊橫擔(dān)(外橫擔(dān))。座地雙搖臂抱桿吊裝如圖2所示。

圖2 座地雙搖臂抱桿吊裝

2.4 雙平臂抱桿組塔方案

雙平臂抱桿需要從特高壓租賃平臺租賃，采用座地方式，液壓下頂升，集中控制吊裝[10-12]，最大吊裝能力8 t，平臂最長21 m，能滿足構(gòu)件重心距塔中心水平距離21 m 的構(gòu)件垂直平衡吊裝的要求，如地形不允許兩側(cè)平衡吊裝，則需要單獨(dú)增加配重塊。根據(jù)塔型特點(diǎn)，雙平臂抱桿適合所有塔型組塔，但是雙平臂抱桿受地形和運(yùn)輸條件限制，適用范圍較小。

角鋼塔塔身頸口尺寸一般為2 m左右，小于平臂抱桿回轉(zhuǎn)體寬度，使得鐵塔組立完成后抱桿無法下降拆除。另外需注意，雙平臂抱桿回轉(zhuǎn)體總質(zhì)量近3 t，對于山區(qū)工程施工，超出輕型索道運(yùn)輸能力，利用輕型索道運(yùn)輸時(shí)需拆開回轉(zhuǎn)體，進(jìn)行分段運(yùn)輸。雙平臂抱桿吊裝如圖3所示。

圖3 雙平臂抱桿吊裝

2.5 單動(dòng)臂抱桿組塔方案

單動(dòng)臂抱桿需要從特高壓租賃平臺租賃，采用座地方式，液壓下頂升，集中控制吊裝，最大吊裝能力8 t，臂最長24 m，能滿足構(gòu)件重心距塔中心水平距離24 m 的構(gòu)件垂直吊裝要求。因采用自加配重、單臂吊裝的方式，不需要在吊裝時(shí)再增加配重。單動(dòng)臂抱桿受地形和運(yùn)輸條件限制，適用范圍較小；另外抱桿自身重量較重，運(yùn)輸困難。如購買設(shè)備一次性投資大，經(jīng)濟(jì)適用性較差，多使用于大跨越、高塔施工組立，僅考慮塔重超過100 m，塔重超200 t時(shí)使用此類抱桿。單動(dòng)臂抱桿吊裝如圖4所示。

圖4 單動(dòng)臂抱桿吊裝

2.6 吊車組塔方案

吊車組塔適合所有塔型，但是受地形和運(yùn)輸條件限制，僅適用于塔基條件較平坦的地形條件。吊車組塔具有機(jī)械化水平高、組裝速度快、施工功效高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)減少了高空操作，安全性能好。

3 鐵塔組立施工研究與創(chuàng)新

3.1 施工方案編寫重覆蓋

施工方案的編寫需確定塔參數(shù)、現(xiàn)場地形及臨近帶電體等情況后綜合考慮。測量與臨近帶電體距離時(shí)可使用奧維地圖及現(xiàn)場GPS或者測距儀等工具進(jìn)行確定，對于立塔中需要進(jìn)行簽改或者停電的線路需要進(jìn)行單基策劃，根據(jù)吊重及橫擔(dān)長度、根開等參數(shù)及各抱桿的參數(shù)選型抱桿。方案的覆蓋率要達(dá)到150%，即單基塔可采取不同的組塔方式，保證施工順利。

3.2 臨近帶電體作業(yè)精細(xì)到點(diǎn)

臨近帶電體時(shí)，為避免觸電等事故發(fā)生，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，鐵塔組立優(yōu)先選擇落地平臂抱桿、座地?fù)u臂抱桿及吊車等機(jī)械化組塔方式，提高組塔施工機(jī)械化程度，確保施工安全。為進(jìn)一步驗(yàn)證立塔方案的可行性，確保吊裝作業(yè)的安全，需對不同立塔方式進(jìn)行抱桿吊重試驗(yàn)。對所有臨近帶電體的桿位，立塔施工前均再次進(jìn)行桿位復(fù)測，精心策劃，繪制平斷面圖，并對施工人員進(jìn)行詳細(xì)交底。

3.3 動(dòng)畫交底形象生動(dòng)

施工動(dòng)畫能夠形象生動(dòng)展示施工過程，在評審及交底中能讓大家更快地了解施工流程。面對復(fù)雜多樣的立塔形式，要語言簡練、強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)并讓動(dòng)畫制作人員明確了解施工過程。需要在施工前要全面了解施工方案，在動(dòng)畫中主要是對五種方案吊裝橫擔(dān)進(jìn)行介紹，明確動(dòng)畫的重點(diǎn)，事先制作的動(dòng)畫腳本，受到工人與同行的好評。

3.4 研制組塔施工夾具

針對大面積落地抱桿地拉線問題，在塔腿設(shè)計(jì)專用施工夾具，為組塔施工提供錨固點(diǎn)，解決了座地抱桿地拉線、套架拉線錨固問題。主材夾具如圖5所示。

圖5 主材夾具

3.5 研制臨近帶電體施工的激光距離報(bào)警裝置

針對施工密集區(qū)域，作業(yè)范圍狹小，安全風(fēng)險(xiǎn)高的問題，研制了激光報(bào)警裝置，創(chuàng)新地運(yùn)用了相位法及A/D轉(zhuǎn)化器將施工設(shè)備與帶電體的距離數(shù)字化，進(jìn)而通過處理器完成測量、判斷及報(bào)警，以提醒操作者操作的施工設(shè)備是否進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，以此來杜絕安全隱患，為組立臨近帶電體施工提供了監(jiān)測設(shè)備保障。

3.6 落實(shí)防高墜措施

人員上下攀登，需使用攀登自鎖器。一根攀登繩設(shè)置在裝腳釘?shù)闹鞑纳希慷嗡鸬跚埃趲_釘?shù)闹鞑捻敹嗽O(shè)置1個(gè)20 m速差自鎖器，供塔片就位后設(shè)置攀登繩和作業(yè)人員移動(dòng)用，塔片等其他主材上端根據(jù)作業(yè)人數(shù)設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的速差自鎖器，上下段替換使用攀登自鎖器。使用座地抱桿時(shí)，在座地抱桿上設(shè)置攀登繩，供施工人員攀爬抱桿、打腰箍用。在橫擔(dān)上水平移動(dòng)時(shí)，安全帶、安全繩必須交替使用。

4 鐵塔組立工效分析

4.1 懸浮抱桿應(yīng)逐步改為座地型式

懸浮抱桿在本工程使用量較少：一是因?yàn)榫€路大多為平行帶電線路，外拉線無法搭設(shè)；二是因?yàn)閼腋”U施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，作業(yè)人員高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大。懸浮抱桿施工工效較座地抱桿略高，對于開闊地帶施工有一定優(yōu)勢，但根據(jù)社會(huì)發(fā)展和勞動(dòng)型式轉(zhuǎn)變，應(yīng)逐步改為座地抱桿組塔。

4.2 平臂抱桿組立大塔較經(jīng)濟(jì)

平臂抱桿組塔施工需要鋪設(shè)鋼板運(yùn)輸?shù)缆?，并需要垂直起吊以解決拉線問題，平行帶電線路多采用此種組塔方式。平臂抱桿因臂長有限，吊裝塔型一般為1～2型，橫擔(dān)長度在26 m內(nèi)。單基抱桿運(yùn)輸量平均約為40 t，特別適合200 t以上的耐張塔，施工工效相對較高，平均每天可吊裝10 t，單基直線塔施工周期為10天，一套抱桿每個(gè)月可組立2.5基塔。對于技能熟練、人員配置充足的班組，一個(gè)月可組立3基鐵塔。在運(yùn)輸條件良好的情況下，施工班組不用擔(dān)心周轉(zhuǎn)抱桿的難度。采用平臂抱桿施工吊裝和頂升操作均快于懸浮抱桿，而且平臂抱桿避免了懸浮抱桿的高空調(diào)整工作，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，在后期特高壓工程及500 kV及以上工程可投入使用。

4.3 搖臂抱桿需提高控制集成

搖臂抱桿整套質(zhì)量約25 t，較平臂抱桿輕約15 t，同樣解決了拉線和平行帶電線路的問題，同時(shí)因搖臂抱桿單件較輕，更適應(yīng)河網(wǎng)地區(qū)塔位。搖臂抱桿的集成控性制差于平臂抱桿，不能集中控制繩索，對施工班組人員要求高。起吊及變幅共需要4套絞磨系統(tǒng)，需要12個(gè)人(4個(gè)技工、8個(gè)普工)操作絞磨，平均用時(shí)要多于平臂抱桿2～3天。后期在搖臂抱桿改造時(shí)，應(yīng)采用集中控制型式，提高作業(yè)效率。

4.4 單動(dòng)臂抱桿適用于狹窄區(qū)域組塔

采用不等長吊臂時(shí)，可不受吊件位置限制，但承受不平衡力矩較大。抱桿始終處于不平衡狀態(tài)，對使用工況的安全性能要求較高。施工過程中可通過吊臂旋轉(zhuǎn)限位、變幅限位，實(shí)現(xiàn)對起重臂和配重臂水平距離及垂直高度的精確控制，可用于通道特別狹窄的區(qū)域組塔。

4.5 吊車采用流水作業(yè)降低成本

吊車組塔施工成本相對較高，綜合考慮不同型號吊車進(jìn)出場費(fèi)用和施工成本，應(yīng)根據(jù)桿塔高度分不同梯隊(duì)的吊車型號。一般塔型(不包括跨塔)塔材吊裝時(shí)，小梯隊(duì)吊車站位只位于桿塔中心上；中梯隊(duì)吊車根據(jù)吊裝高度，站位位于塔中心或塔外順線路中心處(此時(shí)吊車側(cè)塔材后就位)；大梯隊(duì)吊車站位只位于塔外順線路中心上，不同梯隊(duì)吊車形成流水作業(yè)，降低臺班成本，提高工效。

5 結(jié)語

本文運(yùn)用5種組塔方案，研制施工用小工具，并對施工方法進(jìn)行了創(chuàng)新，有效解決了±1 100 kV特高壓直流輸電工程超長、超重角鋼塔吊裝的難題，為后續(xù)特高壓直流工程組塔施工的順利完成提供了可靠的技術(shù)保障。這也為輸電線路鐵塔組立施工裝備及機(jī)械化水平提升提供了新的思路，對今后特高壓電網(wǎng)建設(shè)具有重要的借鑒意義。