1 000 kV特高壓鋼管塔直升機吊裝方案研究

胡國勇，葉麗莎，薛少強

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

隨著我國經濟的發展和對資源優化配置的高度重視，大力推進特高壓輸電工程，以滿足不同地區日益增長的用電需求［1-2］。1 000 kV 特高壓交流雙回路鋼管塔的單基桿塔重量平均為200 多噸，且管材尺寸大，桿塔的運輸及安裝帶來了較大的施工難度［3-6］。為了提高施工安全可靠性，加快施工進度，提升送電線路機械化施工水平，同時避免傳統桿塔運輸及組裝方式給周邊環境帶來的不利影響，應大力推進直升機運輸及組裝桿塔技術研究［20］。

直升機吊裝鐵塔始于上世紀八十年代初，隨著航空事業的發展、飛行技術的熟練、配套機具的優化以及經濟的蓬勃發展，近年來直升機施工技術應用在輸電工程中的案例增多［7-15］。目前國內外輸電線路施工中較多采用輕型、中型直升機，已有較豐富的施工經驗，而在重型直升機吊裝組塔技術上還有待深入研究。針對1 000 kV 特高壓鋼管塔的直升機吊裝組塔方式，從設計角度對桿塔分段、吊段處理、輔助措施方面進行了研究，提出了桿塔分段方案、吊段設計方案，并通過現場模擬試驗，驗證了吊裝方案的可行性。

1 直升機吊裝鋼管塔難點

特高壓鋼管塔重量大、構件尺寸大、構造復雜，采用直升機吊裝主要存在以下兩方面難點。1）特高壓鋼管塔重一般在120～450 t 之間。直升機單次吊裝重量有限，以S-64F 直升機為例，在15 ℃氣溫下，500 m 海拔段該機型單次可吊裝重量不宜超過9.4 t，500～1 500 海拔段不宜超過8.0 t，故需研究將鋼管塔分段或分片吊裝方案［16］；2）采用整段或分段分片吊裝方案時由于需將部分斜材開斷，造成吊裝段不是穩定結構，需增加輔助構件以保證吊裝結構的穩定性。

為了解決以上難點，需結合鋼管塔的結構和直升機吊裝工藝的實際需求，研究合理的吊裝分段方案和塔段設計方案，以適應直升機吊裝組塔工藝。

2 吊裝方案研究

2.1 直升機選型

目前國內外常用的直升機主要有K-MAX、H125、H215、H225、Ka-32、S-64F、M-26 等。H125 為輕型直升機，最大外掛重量只有0.7 t，K-MAX、H215、H225、Ka-32 屬于中型直升機，最大外掛重量分別為2.7 t、4.5 t、4.5 t和5 t，S-64F和M-26屬于重型直升機，最大外掛重量分別為11.34 t和20 t。根據國內外直升機吊裝經驗［17-20］，由于特高壓鋼管塔重量與尺寸大，輕型、中型直升機并不適用，需采用重型直升機。對比S-64F和M-26，S-64F機型用于專業吊掛，具有抗扭轉裝置和用于吊裝的控制操作倉，機動靈活性能、飛行技能均優于M-26，且有吊裝鋼管塔工程實例。因此，針對特高壓鋼管塔采用S-64F 直升機吊裝更優，其主要特性見表1。

表1 S-64F直升機主要特性參數Table 1 Main characteristic parameters of helicopter

直升機吊裝外荷載與氣溫、海拔及作業時長等有關，S-64F位于不同海拔高度連續作業1 h的最大外荷載見表2［21］，連續作業30 min的最大外荷載見表2中括號內數值。

表2 S-64F直升機最大外載荷明細表Table 2 List of maximum external load of S-64F helicopter

2.2 吊段確定的基本原則

確定吊段的主要原則如下：1）在滿足直升機吊裝能力前提下，采用整體分段吊裝，減少吊裝次數，以提高效率。2）當整體分段超出直升機吊裝能力時，可拆除一些輔材以減輕吊重，但拆除后的吊段結構應具有足夠的剛度不致造成過大變形，以保證吊裝安全性。3）無法整體分段吊裝時，可分片（塊）吊裝，但需滿足吊片（塊）的結構整體穩定性。

2.3 吊段設計方案

1 000 kV特高壓鋼管塔目前已經形成了較為完善的鐵塔通用設計模塊，大量的設計改動會加重設計和制圖工作量，因此應研究小規模但可操作性強的設計吊裝方案。

1）橫擔吊裝方案

橫擔吊裝采用橫向對接方式進行吊裝，在橫擔主材分段處增設法蘭，法蘭與主材鋼管垂直，需保證分段后橫擔段為穩定結構，如圖1所示。

圖1 鋼管塔橫擔吊裝方案Fig.1 Hoisting scheme of cross arm of steel tube tower

2）塔身單段吊裝

塔身段采用單段吊裝方案時需將伸入主材對接點以下的斜材增設法蘭斷開，同時增設側向輔助材使斜材固定于主材處，以保證整體吊裝結構的穩定性，如圖2所示。

圖2 鋼管塔單段吊裝方案Fig.2 Single section hoisting scheme of steel pipe tower

3）二分之一片吊裝

對超過單段吊裝重量限值的塔段，可采用前后兩片分開吊裝方式。對有橫隔面的塔身段，可在側面橫隔中點處增設對接法蘭，使前后兩片吊段為穩定結構。對沒有橫隔的塔身段，可在側面增加一根橫材，并在橫材中點增設對接法蘭，使前后兩片吊段為穩定結構，如圖3所示。

圖3 鋼管塔二分之一片吊裝方案Fig.3 Hoisting scheme for half piece of steel pipe tower

4）四分之一片吊裝

對有橫隔面的塔身段，當不能滿足二分之一片吊裝重量限值時，可采用四分之一片吊裝方式，在正側面橫隔材中點增設對接法蘭，使吊段為穩定結構，如圖4所示。

圖4 鋼管塔四分之一片吊裝方案Fig.4 Hoisting scheme for quarter piece of steel pipe tower

5）塔腿吊裝

對滿足單腿吊裝重量限值的塔腿段，可在塔腿橫隔中點處增設對接法蘭，不滿足時可將單個腿分2 段或3 段吊裝，但需確保吊裝段為穩定結構，如圖5所示。

圖5 鋼管塔塔腿吊裝方案Fig.5 Hoisting scheme for legs of steel tube tower

2.4 吊裝用輔助設施設計

為達到直升機精準吊裝鋼管塔的目的，需利用配套專用工具，主要有導軌、定位銷、拉線、絞磨等。根據上述吊裝設計方案，為保證吊裝時專用工具能可靠安裝在鐵塔桿件上，需設置相應的施工掛板及施工孔，主要有臨時拉線板及導軌支座板。

臨時拉線板用于二分之一片、四分之一片和塔腿段吊裝時安裝反向拉線用，拉線板設置在主材上，每個拉線板上設置兩個拉線孔，如圖8所示。

導軌支座板用于固定導軌。導軌的作用是引導上下塔段主材進行對接，實現法蘭螺栓孔初步定位。導軌分為導軌（安裝在下段）和限位裝置（安裝在上段），因此導軌支座板也需在上下塔段設置，如圖6所示。

圖6 塔身段導軌安裝圖Fig.6 Installation drawing of guide rail of tower body section

3 吊裝方案試驗

3.1 試驗桿塔參數

為驗證以上設計吊裝方案的可行性，采用吊車進行模擬直升機吊裝試驗。試驗采用塔型為SZC30106 AF，呼高為84 m，全高132.3 m，塔重為261.163 t，單線圖如圖7所示，各吊段的設計圖紙信息見表3。

表3 SZC30106A塔型各吊段信息Table 3 Information of each lifting section of SZC30106A tower

圖7 試驗塔型單線圖Fig.7 Single line diagram of test tower

3.2 試驗方案

3.2.1 塔腿段三層分段吊裝試驗

112段+20段塔腿采用三層分段吊裝方式，以檢驗主材對接方式、吊點位置、吊繩長度等。具體試驗步驟如下：

1）吊裝塔腿A 段，并在對角45°方向設置反向拉線；

2）吊裝塔腿B 段與A 段對接，并在對角45°方向設置反向拉線；

3）吊裝塔腿C段與B段對接，并在鐵塔正、側面方向設置2 根拉線。塔腿設計分段及吊裝示意圖如圖8所示，試驗如圖9所示。

圖8 塔腿段吊裝示意圖Fig.8 Hoisting diagram of tower leg section

圖9 塔腿段四分之一片吊裝試驗Fig.9 Hoisting test of quarter piece of tower leg

3.2.2 四分之一片塔身段與塔腿段吊裝試驗

18+19 段采用四分之一片塔段吊裝方式，設計分段如圖10所示，試驗步驟如下：

圖10 18+19段設計示意圖Fig.10 Design sketch of 18+19 section

1）吊裝18+19塔段四分之一片A腿段，與20段對接，吊裝示意圖和試驗圖分別如圖11-圖12 所示。檢驗塔段吊裝過程及安裝完成后的穩定情況，確定塔上反向拉線的連接順序，檢驗塔上拉線系統，確定吊點位置、吊繩長度等。

圖11 18+19段1個四分之一片吊裝示意圖Fig.11 Hoisting schematic diagram of quarter piece of 18+19 section

圖12 塔身段四分之一片吊裝試驗Fig.12 Hoisting test of quarter piece of tower body

2）參照步驟1）方式分別吊裝18+19 塔段四分之一片的C、B、D 腿段，與下段20 段對接，并在各腿主材設置反向拉線。

3）通過調整反向拉線，按A-B、A-D、C-B、C-D順序完成法蘭水平對接安裝。

3.2.3 二分之一片塔身段與塔腿段的對接試驗

14、15 塔身段采用二分之一片吊裝方式，設計分段如圖13所示，試驗步驟如下：

圖13 14、15、16段設計示意圖Fig.13 Design sketch of 14,15,16 section

1）吊裝15 段前側二分之一片與16 段對接，吊裝示意圖和試驗圖分別如圖14-圖15所示。檢驗塔段吊裝過程及安裝完成后的穩定情況，確定塔上反向拉線的連接順序，并驗證塔上拉線系統及防傾覆功能，確定吊點位置、吊繩長度等。

圖14 15段1個二分之一片吊裝示意圖Fig.14 Hoisting schematic diagram of half piece of 15 section

圖15 塔身段二分之一片吊裝試驗Fig.15 Hoisting test of half piece of tower body

2）參照步驟1）方式吊裝15段后側二分之一片與下段16段對接。

3）通過調整反向拉線，完成15段前后兩片對接法蘭安裝。

4）參照步驟1）～步驟3）方式吊裝14 段，如圖16所示。

圖16 14段1個二分之一片吊裝示意圖Fig.16 Hoisting schematic diagram of half piece of 14 section

3.2.4 單段吊裝及橫擔吊裝試驗

13+13A+12段采用單段吊裝方式，4段為橫擔吊裝方案，設計分段如圖17所示，步驟如下：

圖17 13、12段和4段設計分段示意圖Fig.17 Design sketch of 13,12 and 4 section

1）吊裝13段與14段對接，檢驗變坡導軌、限位器功能及吊點位置、吊繩長度等。13段整段吊裝示意圖如圖18所示。

圖18 13段吊裝示意圖Fig.18 Hoisting schematic diagram of 13 section

2）參照步驟1）分別吊裝13A、12段。

3）吊裝4段橫擔與12段、13A段水平對接，檢驗橫擔導軌、吊點位置、吊繩長度等。橫擔吊裝與塔身對接試驗圖如圖19所示。

圖19 橫擔吊裝與塔身對接試驗Fig.19 Cross arm hoisting and tower docking test

3.3 試驗結論

在試驗過程中，各項試驗均順利通過，分片吊裝主材導軌對位順利，各段吊裝時結構穩定、變形小，滿足直升機吊裝要求，達到了預期效果。試驗驗證了吊裝分段方案及設計方案的可行性，能滿足直升機吊裝的工藝要求。

4 結語

針對1 000 kV特高壓鋼管塔的直升機吊裝組塔方式，研究了吊裝分段方案和設計方案，并進行現場模擬試驗驗證，結論如下：

1）直升機吊裝1 000 kV 特高壓鋼管塔建議選擇S-64F重型直升機；

2）受直升機單次吊裝重量的限制，吊裝特高壓鋼管塔時，應進行合理的分段或分片設計；

3）對于桿塔分段或分片吊裝，可適當增設橫材和對接法蘭，保證分段或分片后塔段仍為穩定結構；

4）塔段采用1/2或1/4片吊裝方式時，應配合反向拉線，保證塔段之間順利的對接安裝；

5）桿塔吊段設計方案適用于多種鋼管塔塔型，改動小可操作性強，有利于直升機吊裝技術的推廣。