輕便型輸電線路基坑一體化裝置研制

吳樹濤，林桂，陳文興，余根祥，劉建堃

（國網福建省電力有限公司寧德供電公司，福建 寧德 352100）

0 引言

就輸電線路基坑施工而言，經常需要穿越很多地形比較復雜的區域，在基坑開挖過程中，通常使用固定式提土裝置進行土石運送。市場上采購的成熟的基坑提土裝置針對不同直徑、不同地形的基坑適應能力差，泛用性低，且體型均比較笨重，山路運輸困難不便，施工單位為解決提土裝置運輸困難問題，私自使用自制簡易提土裝置，未通過專業單位設計、制造、檢測試驗，在結構選材、加工工藝、制動裝置設置、起吊繩索選用、承載等方面均存在較大的安全隱患，嚴重影響基礎施工安全。同時在偏遠山地無電力能源提供時，需人工提土，降低效率，耗費人力。在作業施工時，采用定時檢測是否存在有毒氣體或者異?，F象，未能對施工人員做到實時監護。為提升輸電線路基坑施工效率，確保施工的質量以及施工人員的人身安全，我們研制了一種輕便型輸電線路基坑一體化裝置。

1 裝置結構組成及工作原理

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置，包括提土裝置整體框架及配件、移動電源柜和太陽能電池板組成，輕便型輸電線路基坑一體化裝置實物如圖1所示。

圖1 輕便型輸電線路基坑一體化裝置

各組件由螺栓插銷等連接固定在整體框架上形成基坑一體化裝置，設備安拆方便，便于運輸，適用于沿海山地丘陵等野外各種地形作業。研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置均為自行設計和國內制造，是輸電線路工程基坑施工的專用機械，體現了以人為本、安全第一的理念，提高了基坑施工安全性和效率，裝置的主要構成組件及工作原理如下：

（1）整體框架及可拆卸腳踏框架。整體框架四周設置橫桿及圍欄，一方面以使作業現場保持整齊、美觀，另一方面可以起到坑口四周保護作用，有效防止石頭、滾動物體滑落傷人以及基坑口周圍人員誤墜。腳踏框架可拆卸，方便攜帶，中部留置施工通道口，施工通道口上架設立體安裝架，施工通道口四角固定設置有安裝架托板，立體安裝架底部立放于安裝架托板上，立體安裝架底部一側邊框與施工通道口一側邊框通過螺栓可拆卸連接安裝，方便裝置裝卸外攜搬運。工作時，利用第一合頁展開立體框架的頂框；利用第二合頁展開立體框架的側框并通過斜撐桿兩端與支撐固定套插接，使側框與頂框垂直，將立體框架架設放置于輸電線路基坑上，根據輸電線路工程塔基所在不同地形及不同基坑尺寸直徑，調整可拆卸腳踏框架的連接桿，增加對應長度的可拆卸腳踏框架。

（2）提土裝置。提土裝置安裝于整體框架中部，選擇時充分考慮基坑開挖的土石方量，確定合理提土的額定載荷。設置電動卷揚提升機，優點在于其穩定性，能夠持續的功率運轉設備從而提高工作效率，大大提高了提土速度。電動卷揚提升機可以無線式遙控使用，操作簡單性高，性能穩定，深度可達20 m，可以大幅減免土壤提土人員的勞動力。同時卷揚提升機可以采用人力手搖方式，避免失電情況時無法提土問題。考慮提土過程中操作失誤提桶下墜掉入基坑，對基坑內施工人員造成物體打擊傷害風險，設置卷揚提升機棘輪配合的棘爪安全制動器。

（3）氣體檢測儀。輸電線路基坑有限空間因其處于封閉或部分封閉狀態，自然通風不良，容易造成有毒有害、易燃易爆物質積聚或含氧量不足，導致缺氧窒息、中毒、燃爆等危害。地下有限空間作業環境受自然因素影響較大，特別是夏季的高溫、高濕等不良氣候條件會在不同程度上加劇地下有限空間環境的惡化，給作業人員生命健康造成極大威脅[1]。本裝置設置實時氣體檢測智能系統，檢測基坑內的是否有有害氣體以及氧氣濃度，時刻保障基坑內施工環境安全，提高了基坑內施工人員的安全性。

（4）送風裝置?；拥拇笮『托螤顩Q定了通風要求。部分輸電線路工程基坑可自然通風，但自然通風又不足以創造出合適的作業環境?？紤]到這種情況，進行連續機械通風是基坑地下有限空間最常用和有效的工程措施，本裝置配置了220 kV-J0HZ-250W鼓風機，強制進行通風，送風量可達到80 L/S。安全管理人員也可以在作業開始前對作業場所進行評估，根據基坑的空間的大小以及每小時要求的換氣量，選配合適的鼓風機。同時通風氣流很大程度上取決于管道，考慮管道長度超過7.5 m時，或者風道上的彎曲，特別是超過90°的彎曲時，會降低輸送到有限空間內的氣流[2]，裝置將鼓風機放在更靠近基坑開口的側方，使風道可以垂直輸送，確保送風量。

（5）安全軟梯。本裝置配置絕緣軟梯，是一種輸電線路工程基坑作業人員上下工具，特別當氣體檢測發生預警或報警后，作業人員在采取自救措施的同時，監護人員盡快采取措施配合脫離危險區域?？紤]上、下軟梯過程中作業人員沒有保護措施，僅憑作業人員的雙臂用力進行攀登，萬一上下過程出現腳下滑，體力不支、未抓牢時，都會可能發生高空墜落事故，可以加掛一條繩索跟隨作業人員上下活動，起到后備保護的作用，另一方面對上下軟梯的作業人員起到外力輔助起吊作用，降低操作人員的勞動強度，提高作業人員保障安全的信心[3]。

（6）太陽能板及蓄電池。本裝置設置了電動手搖式卷揚提升機、氣體檢測儀及通風設備，由于野外供電的限制，使裝置的應用受到一定的限制，因此設置蓄電池組及太陽能板。太陽能電池板將太陽能轉換為電能輸出，經DC/DC電路降壓到合適的電壓給蓄電池充電存儲電能。蓄電池給整個裝置設備提供電能，控制器使用合適的控制算法，使太陽能電池工作在最大功率點處，太陽能電池板效率最高，得到充分的利用。在有光照的情況下，太陽能電池板給裝置提供電能的同時，將多余的能量儲存在蓄電池中，在夜晚或者陰雨天氣，利用蓄電池中的電能給裝置供電[4]。蓄電池設置2組，1組用于現場使用，1組充電備用。蓄電池存放于移動電源柜，移動電源柜采用抽屜式結構設計，方便蓄電池的安放及更換。

2 裝置技術特色

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置其技術特色如下：

（1）采用熱鍍鋅高強度鋼作為整體框架，再做二次噴漆上色，整體的腳踏框架承重質量好、提重能力高，重量輕的同時又不畏風吹雨淋日曬。

（2）針對不同規格直徑的基坑及特殊地形，新型便攜式提土設計時還可延伸，通過合頁展開延展框架并利用連接桿固定，裝置直徑可長可短，應對不同的電線路基坑直徑不同都能使用，1.1 m～2.0 m甚至更大的直徑，根據線路施工人員的需求來調整裝置，使設備適應性更強、應用性更廣。

（3）設置電動卷揚提升機，可以無線式遙控控制，有效控制距離高達80 m，并增設應急手搖式卷揚提升機。施工挖掘過程產生的土石，可通過電動卷揚提升機進行運送，當電力供應中斷時也可使用應急手搖式卷揚提升機進行人工提土，使用應急手搖式卷揚提升機時配合防墜機構，保證運輸過程的安全，提高了現場施工作業的工作效率及容錯率。

（4）設置實時氣體檢測智能自動化控制系統，施工時，將氣體檢測報警控制器送至基坑底部，檢測基坑內有害氣體以及氧氣濃度等空氣質量情況，回傳至單路多功能控制柜，當氣體質量不達標時及時報警，單路多功能控制柜控制鼓風機進行工作，對基坑內部輸送新鮮空氣，時刻保障基坑內施工環境安全，提高了基坑內施工人員的安全性。

（5）設置移動電源柜，并設置公文包式折疊太陽能光伏板。整個裝置的電力供應由移動電源提供，使用逆變器將移動電源逆變為AC220V電源供電動卷揚提升機、單路多功能控制柜、鼓風機和氣體檢測報警控制器的使用。當移動電源在使用過程中，連接太陽能光伏板為移動電源實時充電，在電池放電的同時能給電池充電，以延長電池使用時長，提高續航能力和工作效率，解決了施工人員在山地施工等無電情況或者沒辦法使用發電機的工況。

3 工程應用

為了研究裝置效果，在福鼎樹兜～店下Ⅰ、Ⅱ回110 kV線路工程#23塔基坑施工的過程中采用輕便型輸電線路基坑一體化裝置進行應用。該輸電線路工程位于福鼎市店下鎮，沿線屬丘陵地貌，局部少數塔位較陡峭，草木茂盛，地形起伏，沿線地面黃海高程約為18.50～174.00 m左右。#23塔位于屬于丘陵山脊地形，地勢較高，地表第四系覆蓋層以坡殘積土為主，下伏各類風化程度的花崗巖。巖性主要為流紋巖、凝灰巖、凝灰質砂礫巖、粉砂巖等，場地土類型屬于中硬土，采用TJ2557、TJ3262型式基礎，開挖深度最高達7 m。每基基礎混凝土用量約21.98 m3，相應土的挖方量也為56.5 m3，通過試驗，裝置起吊重量可達80 kg，電動額定載荷起升速度0.2 m/s。安全制動：核定載荷大等于10 min，掛點靜負荷5 min無裂紋變形。減少對基坑周遭原狀土的擾動5%。與傳統的人工開挖提土工藝相比，人工成本從3人·天降低至2人·天，施工周期約為3天縮減為2天，定額人工單價約70元/工日，單基鐵塔基坑施工人工成本為由630元減少為280元。同時采用輕便型輸電線路基坑一體化裝置實現安全智能控制管理功能，有害氣體全自動檢測、通風，送風量大于80 L/s。

由以上可知，采用輸電線路基坑一體化的施工，簡便快捷，不僅總成本低于傳統施工方式，而且可以縮短整體施工工期。另外，輸電線路基坑一體化施工效率得到很大提高，確保了人身安全，經濟效益和社會效益非常明顯。

4 結語

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置易于山地地形攜帶、運輸，布置方式靈活，對場地適應性強，設備性能良好、操作方便，承載能力力高，施工成本低，可以有效針對輸電線路工程深基坑開挖存在的風險點，實現機械提土、有害氣體全自動檢測、通風、通信傳輸等功能，確保施工風險可控、能控、在控。研究成果已申請國家專利2項，具有良好的技術特色。裝置成功應用于福鼎市樹兜鎮至店下鎮路段的Ⅰ、Ⅱ回110 kV線路工程，提高了施工質量和效率，避免了基坑開挖的安全風險，為加強了輸電線路工程施工技術和裝備創新，推進施工企業轉型升級，持續提高輸電線路的工程建設能力，整體經濟效益和社會效益明顯，值得在輸電線路工程基坑施工中推廣應用。