輸電線路大跨越鐵塔結構設計研究

鄭晶

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

輸電線路大跨越鐵塔由于跨越距離較遠，對于施工人員的施工技術要求較高，掌握鐵塔結構的設計原理及當下困境能夠幫助設計人員更好的對鐵塔結構進行針對性設計，提高大跨越鐵塔建設的整體搭建水平。根據輸電線路大跨越所面臨的困境提出改進措施，能夠增強其實際的應用效果。

1 輸電線路大跨越鐵塔結構設計原理

輸電線路大跨越鐵塔是指跨河、跨江、中間檔距大于1000m，而鐵塔高度大于100m的輸電鐵塔。輸電線路大跨越鐵塔結構設計原理為：在設計之初，一般以淺埋式設計為主，在實地考察后再制定具體的設計方案，施工過程中采用基礎加重的方式來確保鐵塔架體結構的穩定性；若鐵塔建設位置地下水含量較豐富，鐵塔就會受到該地下水的影響出現腐蝕現象，因此在搭建過程中要注意鐵塔底部的搭建深度。

2 輸電線路大跨越鐵塔結構發展歷程

輸電線路大跨越鐵塔結構發展歷程如下：我國在大跨越鐵塔建設之初，因鋼材緊缺，故采用鋼筋混凝土的結構設計方式，此種方式的特點為經濟效益高、結構穩定且安全系數高，多應用于長江中下游平原一代；隨時代發展，大跨越鐵塔技術水平也在不斷提高，鐵塔的搭建高度也從之前的116m增加到256m，輸電電壓等級也變為1100kV，這一時期多使用角鋼材質來作為大跨越鐵塔的搭建材料，其與混凝土結構相比硬度更高且抗壓能力更好；時間推進到80年代以后，在大跨越鐵塔結構設計中出現了鋼管結構，與前者相比，其能承受的荷載力更大，基本能夠滿足我國對于大跨越鐵塔的需求。因此，對于重要路段大跨越鐵塔建設多采用此種結構來進行設計，其有著組裝簡便、穩定性強等特點。

3 輸電線路大跨越鐵塔結構設計具體研究

3.1 輸電線路大跨越鐵塔結構設計應用主要技術

3.1.1 塔頭結點及導線材料布置

鐵塔結點設置也就是對鐵塔的桿系結點進行設置，在鐵塔塔頭桿系結點變為剛性結點后不會對后續的施工過程造成嚴重影響，但會造成一定程度的材料耗費，以此產生沒必要的成本損失，這種情況可以通過在鐵塔結構中加入平連桿裝置來解決，這是最大程度節約經濟成本的解決方式，要求平連桿裝置的熱鍍鋅構件長度在10m以內，寬度在0.75m以內。在經濟成本造價較寬泛的情況下，也可在鐵塔結構中加入三鉸拱，雖然價格較高，但可以保持鐵塔結構的穩定性。焊接三鉸拱的螺栓數量要求每端不能少于5個，而斜桿接頭部分的螺栓數量不能少于4個；導線材料布置方面，對于交叉型的材料，若將其布置在橫擔的主材料部分上，就會給主桿造成很大的壓力，導致此處連接點工件出現變形，為了避免節點工件變形導致后續出現更大的安全性問題，要在塔架設計之初在此工件結構上加入短角鋼的設計，角鋼之間的間隙要控制在2mm以內。加入短角鋼只能在一定程度上減緩工件變形速度，要從根本上解決此問題就要將交叉型鋼材安裝到橫擔的根部位置，以此將壓力轉移到鐵塔主結構上，減少結點工件的受力程度。

3.1.2 曲臂及輔助壁吊架設置

在鐵塔的結構中加入曲臂，不僅能提升鐵塔的穩定性，還能一定程度上增加鐵塔的實用性。在鐵塔結構中增加曲臂設計，能夠實現橫向及縱向的承載，將壓力分散開以提升各部分結構的使用壽命[1]。懸臂兩角鋼之間的間隙要控制在10mm以內，外部角鋼的面積不能小于周圍連接部分角鋼面積的1.2倍。懸臂的橫擔不宜超過3m，而塔架底部的接地孔直徑不宜超過17mm，其離頂面距離最好在0.5～1.0m之間。在荷載力傳導方向上面，要加入桿件來實現荷載力轉移，具體桿件設計要根據荷載力方向來進行調整；圖1為輔助臂的提升示意圖，在鐵塔結構中加入輔助臂設置能有效幫助懸臂進行牽引工作，具體工作時利用抱桿和控制繩來完成懸臂的調節和固定，在輔助臂達到所需高度后，可用銷軸將其直接固定在施工所用的掛孔上面，以微調的方式將臂架調整到最佳位置。

圖1 輔助臂提升

3.1.3 大坡度塔身及偏心問題規范

在鐵塔結構設計中將塔身設計成大坡度，能夠大幅減少建造鐵塔所需的建筑材料，但在鐵塔建設中將塔身設計成大坡度會導致塔架出現大角度的傾斜，以此造成安全性問題，這就需要工作人員在進行具體設計時，通過加強此部分材料牢固性來進行鐵塔結構的完善工作，例如在一些關鍵架構部分加入雙排螺栓來固定架體，螺栓之間的間隙要保持在3mm左右；偏心率問題是建設鐵塔過程中的最核心問題，因此需要設計人員特別注意。為避免塔架出現偏心問題，需要設計人員就兩方面加以注意：一方面，在進行塔架建設時，不能采用單包鐵作業方式，注意將斜材及竹制材料連接牢固，斜材之間的角度要控制在30°以內，連接方式上可選擇墊圈，若墊圈超過2個或8mm就要采用墊板進行連接；另一方面，在發現塔架出現偏心問題時，可應用主架構嫁接輔助架構及接頭的方式加以解決，這樣能夠在一定程度上節約塔架結構修建的費用。

3.2 輸電線路大跨越鐵塔結構所面對的困境及改進措施

3.2.1 暴雪

暴雪是影響輸電線路大跨越鐵架使用壽命的最主要問題之一。以2017年南方特大暴雪為例，其導致大量的輸電站停止運營，且大量的積雪導致鐵塔上承載的壓力過大，出現倒塌事故，在影響輸電線路正常供電的同時，也威脅當地居民的人身安全。在積雪堆積到鐵塔上時，會出現結冰現象，以此對輸電線造成損壞，對后續的電路供應質量造成影響?；诖朔N情況，需要鐵塔設計人員在設計之初詳細了解鐵塔搭建地區的氣候環境及周邊的地理情況，在了解之后針對該地區情況進行具體的鐵塔設計，如適時增加鐵塔分散壓力工件來增強鐵塔的荷載力、在輸電線路上增加一層絕緣的保護膜來隔絕積雪，減少輸電線路因積雪造成損壞的概率。

3.2.2 地震及雷擊

地震對于輸電線路及鐵塔、通信塔的破壞都是徹底的，對于輸電線路的修理比較簡單，但對于鐵塔及通信塔的維修就十分復雜，修理過程中需要耗費大量的人力和財力，且修理過程十分緩慢，在修理期間無法進行正常供電，嚴重影響當地居民生活。雖然地震屬于不可抗力，但增強鐵塔的各部分穩定性能夠起到很好的減震效果，具體可利用物理學知識來對鐵塔結構進行優化，以提升減震效果；根據N=rhT及h=hg-2f/3的雷擊次數公式可將輸電線路遭受雷擊的次數計算出來，再根據次數進行原因分析[2]。根據分析，地勢較高且較空曠位置的輸電線路大跨越鐵塔受雷擊的次數更多，因此在鐵塔設計之初，盡量避開高地勢的空曠區域，若不可避免，就做好鐵塔的避雷工作。

3.2.3 環境腐蝕

在輸電線路大跨越鐵塔設計中，環境腐蝕問題也是其重點需要考量的問題之一。由于鐵塔長期暴露在室外條件下，所處環境極易導致其被腐蝕，尤其一些地區還有酸雨等自然災害，更是對鐵塔的安全性造成了不利影響[3]。以南方地區為例，南方地區氣候濕熱，且土壤中酸度較高，對鐵塔的腐蝕程度較大，因此在進行鐵塔設計時，可在鐵塔外部構件上進行防腐防氧化的刷漆處理，對重要結構部分的鉚釘上纏繞一層隔絕保護套，以此避免鉚釘長期處于室外中發生銹化現象，對整個鐵塔結構造成影響。

4 結論

綜上所述，在塔架結構中加入平連桿裝置，能夠增強塔架結構的承載力和穩定性；安裝曲臂及輔助吊架能夠將塔架的壓力加以分散，延長鐵塔的使用壽命；大坡度塔身設計能夠減少建設鐵塔時使用的材料量，但需要對穩定性問題加以關注；不能使用單包鐵的作業方式進行鐵塔建設，以避免偏心情況的發生。