福建輸電線路工程基礎(chǔ)機(jī)械化施工設(shè)計(jì)方案探討

李宏進(jìn) 林晗 蘇繼明

（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

為落實(shí)國網(wǎng)基建“六精四化”行動(dòng)部署，國網(wǎng)福建公司在福建省全面推進(jìn)輸電線路機(jī)械化施工，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高安全生產(chǎn)水平。目前輸電線路工程機(jī)械化施工在該省平原地區(qū)已大范圍應(yīng)用，制約機(jī)械化推廣應(yīng)用在于山區(qū)。福建省山地丘陵地復(fù)雜、交通條件一般、植被茂盛，制約了機(jī)械化施工推廣應(yīng)用。

基礎(chǔ)機(jī)械化施工是輸電線路工程全過程機(jī)械化施工中最重要部分，本文將以某500 kV 工程為例，從機(jī)械設(shè)備進(jìn)場方案、基礎(chǔ)選型、施工設(shè)備選擇、環(huán)水保方案4 個(gè)方面探討分析福建省輸電線路工程山地基礎(chǔ)機(jī)械化施工設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步挖掘山區(qū)基礎(chǔ)機(jī)械化施工可行性，有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，為今后福建省內(nèi)類似工程的建設(shè)提供參考。

1 工程概況

依托工程途經(jīng)漳州市長泰區(qū)、廈門市同安區(qū)2 個(gè)區(qū)域，推薦路徑方案線路長度約48.5 km。全線為雙回同塔架設(shè)，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為31 m/s、35 m/s，設(shè)計(jì)覆冰為0 mm，導(dǎo)線推薦采用4×JL3/G1A-630/45 型鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線，地線2 根均選用72 芯OPGW-17-150-5 復(fù)合光纜地線［1］。線路沿線地形：丘陵2%、山地68%、高山30%，沿線地貌絕大部分為山地，其余為山間盆地侵蝕堆積地貌。地層巖性以粉質(zhì)粘土、凝灰?guī)r、花崗巖為主，海拔在50～1 000 m 之間。沿線可利用道路主要有：G2517 沙廈高速公路、G1523 甬莞高速公路、G355 國道、S207省道、S507 省道、X550 縣道、X594 縣道、Y732 鄉(xiāng)道及多條村鎮(zhèn)道路等，交通條件一般［1］。

2 機(jī)械設(shè)備進(jìn)場方案

機(jī)械設(shè)備進(jìn)場是開展基礎(chǔ)機(jī)械化施工的前提，旋挖鉆機(jī)、山地微型樁鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)場需要進(jìn)場道路。進(jìn)場方案的合理性在一定程度上決定了機(jī)械化施工的可行性。進(jìn)場方案可以通俗地理解為找路和修路，是否有路直達(dá)塔位或者到達(dá)塔位附近，是否需要對已有道路進(jìn)行拓寬及夯實(shí)加固，是否需要新建臨時(shí)進(jìn)場道路，與人工施工對比機(jī)械化施工是否經(jīng)濟(jì)，是否進(jìn)入到自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)等。優(yōu)化機(jī)械設(shè)備進(jìn)場方案，有利于進(jìn)一步提高工程基礎(chǔ)機(jī)械化率，節(jié)約工程造價(jià)，減少對周邊環(huán)境影響。

在終勘定位前，借助航飛數(shù)據(jù)成果完成塔位初選，同時(shí)可初步選擇到達(dá)塔位的道路，如圖1、圖2 所示，可發(fā)現(xiàn)已有道路情況，逐基統(tǒng)計(jì)核實(shí)進(jìn)場道路，方便后續(xù)定位過程中到達(dá)塔位及機(jī)械設(shè)備進(jìn)場方案設(shè)計(jì)。

圖1 Z2 塔位已有進(jìn)場道路情況

圖2 J2 塔位已有進(jìn)場道路情況

終勘定位過程中，基于航飛數(shù)據(jù)和奧維數(shù)據(jù)，尋找已有道路，核實(shí)道路情況，包括寬度、承載力及長度，記錄需拓寬道路寬度及長度、新建臨時(shí)道路寬度及長度。旋挖鉆機(jī)路基承載力要求不低于80 kPa，為滿足機(jī)械設(shè)備進(jìn)場承載力要求，拓寬及新建臨時(shí)道路時(shí)路基要求邊填筑邊夯實(shí)，保證壓實(shí)，本工程路面鋪設(shè)10 cm 厚度碎石墊層。部分塔位已有進(jìn)場道路如圖3和圖4 所示，現(xiàn)場已有現(xiàn)成的道路路面寬度及承載力基本滿足機(jī)械設(shè)備進(jìn)場要求。后續(xù)施工階段利用已有道路和部分新建臨時(shí)道路方便施工機(jī)械進(jìn)場。臨時(shí)道路修筑寬度則以基礎(chǔ)機(jī)械化施工設(shè)備進(jìn)場條件為界限，常用旋挖鉆機(jī)路寬一般≥3.5 m，本工程臨時(shí)道路修建寬度取3.5 m。臨時(shí)修筑長度結(jié)合現(xiàn)場地形、植被情況、經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，參照以往特高壓工程經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果，本工程單基修筑長度建議不超過600 m。施工臨時(shí)進(jìn)場道路的修筑長度可通過三維數(shù)字化平臺進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，也可以征詢施工咨詢單位的意見，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)在臨時(shí)道路修筑方案方面的短板。

圖3 J2 塔位已有進(jìn)場道路現(xiàn)狀

圖4 Z36 塔位已有進(jìn)場道路現(xiàn)狀

本工程多數(shù)塔位參照上文原則進(jìn)行機(jī)械化施工進(jìn)場道路策劃，但是部分塔位位于茶園附近，若新建臨時(shí)道路，青賠難度大、費(fèi)用高，故不推薦基礎(chǔ)機(jī)械化施工；位于生態(tài)紅線范圍內(nèi)的塔位則根據(jù)現(xiàn)有道路情況，利用已有道路進(jìn)場，不推薦新修臨時(shí)道路。

3 基礎(chǔ)選型

常用的山地基礎(chǔ)型式為掏挖基礎(chǔ)、挖孔基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)、巖石嵌固基礎(chǔ)、微型樁基礎(chǔ)等。本工程結(jié)合現(xiàn)場地形坡度、地質(zhì)條件、進(jìn)場道路等各方面因素選擇巖石錨桿基礎(chǔ)、微型樁基礎(chǔ)、挖孔基礎(chǔ)作為山地機(jī)械化施工主要基礎(chǔ)型式。

3.1 巖石錨桿基礎(chǔ)

巖石錨桿基礎(chǔ)是1 種綠色環(huán)保型基礎(chǔ)，可充分利用巖石強(qiáng)度來承受鐵塔外荷載，減少對周邊環(huán)境影響，在福建省內(nèi)已有多個(gè)工程應(yīng)用。本工程巖石錨桿基礎(chǔ)選擇主要原則參照《架空輸電線路錨桿基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL/T 5544—2018）執(zhí)行，同時(shí)借鑒特高壓工程的設(shè)計(jì)原則（塔位地形坡度35°時(shí)，覆蓋層不宜超過1.5 m；塔位地形坡度10°時(shí)，覆蓋層不超過3.2 m，其他坡度覆蓋層厚度插值采用）。根據(jù)現(xiàn)場測量及定位的成果進(jìn)行篩選，本工程部分塔位可選擇使用巖石錨桿基礎(chǔ)，例如塔位Z56、塔位Z58 等。經(jīng)過地質(zhì)專業(yè)二次進(jìn)場逐基逐腿鉆探，Z56塔位位于山頂附近，地形坡度8°，地層表面約2 m 為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、約18 m 為中風(fēng)化花崗巖；Z58 塔位地形坡度5°左右，地層表面約1.5 m 為含碎塊粉質(zhì)黏土、約2 m 碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、約16.5 m 為中風(fēng)化花崗巖。Z56、Z58 等塔位地質(zhì)情況、地形坡度非常適合使用巖石錨桿基礎(chǔ)，可減少對周邊環(huán)境影響。

3.2 微型樁基礎(chǔ)

山地微型樁基礎(chǔ)也是1 種綠色環(huán)保型基礎(chǔ)，樁徑一般在200～400 mm。本次設(shè)計(jì)主要參照特高壓設(shè)計(jì)原則：覆蓋層厚度3～8 m，下臥基巖為非極軟巖、非極破碎巖，本工程設(shè)計(jì)樁徑取400 mm。

相較于巖石錨桿基礎(chǔ)，其優(yōu)勢在于對覆蓋層厚度及巖石完整性要求低，適用性更強(qiáng)，對巖石錨桿基礎(chǔ)進(jìn)行了補(bǔ)充；劣勢在于目前山地微型樁省內(nèi)應(yīng)用工程少，對微型樁基礎(chǔ)受力機(jī)制、承載性能、施工方法、影響因素等還沒有全面的認(rèn)識，計(jì)算方法未完全成熟，施工過程的參數(shù)缺乏指導(dǎo)規(guī)范，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建管等各方都在探索階段。目前在工程中碰到由于施工工藝相對不夠成熟，施工過程中易出現(xiàn)打偏等各種突發(fā)情況［2］。隨著后續(xù)工程的推廣應(yīng)用，機(jī)械設(shè)備不斷更新?lián)Q代，施工工藝不斷成熟，各項(xiàng)規(guī)范及規(guī)定逐步出臺，微型樁基礎(chǔ)也將逐漸成為常規(guī)基礎(chǔ)。考慮到各方面因素，本工程推薦少數(shù)塔位試點(diǎn)應(yīng)用微型樁基礎(chǔ)。

3.3 挖孔基礎(chǔ)

挖孔樁基礎(chǔ)目前是最常用的原狀土基礎(chǔ)型式，本工程山地不適用于巖石錨桿基礎(chǔ)和微型樁基礎(chǔ)的塔位均采用挖孔基礎(chǔ)。

考慮到道路情況、青賠情況、生態(tài)敏感等各種影響，能夠滿足機(jī)械設(shè)備進(jìn)場的則優(yōu)先采用機(jī)械化施工，機(jī)械施工塔位基礎(chǔ)最小直徑不宜＜0.8 m，最大直徑不宜＞2.6 m。本工程基礎(chǔ)樁直徑1.2～2.4 m 在區(qū)間范圍內(nèi)，同時(shí)基礎(chǔ)不進(jìn)行擴(kuò)底處理。

對于無法修筑進(jìn)場道路的塔位，采用人工挖孔基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)通過增加擴(kuò)大頭、優(yōu)化樁徑、減少樁長的方式，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。施工過程中可采用爆破、風(fēng)鎬或水磨鉆等方式提供施工效率。

4 施工設(shè)備選擇

本工程山地基礎(chǔ)機(jī)械化的難點(diǎn)在于基礎(chǔ)成孔設(shè)備的選擇。本工程為大風(fēng)速區(qū)雙回路，基礎(chǔ)力大，基礎(chǔ)直徑大，轉(zhuǎn)角塔基礎(chǔ)計(jì)算直徑2.0～2.4 m，需要大直徑的基礎(chǔ)成孔設(shè)備；廈門段地質(zhì)表層為粘性土，下層為中風(fēng)化花崗巖，為高強(qiáng)度硬質(zhì)巖體，對機(jī)械設(shè)備要求高。通過對國內(nèi)相關(guān)企業(yè)機(jī)械設(shè)備情況進(jìn)行調(diào)研，提出適合本工程的機(jī)械設(shè)備。

巖石錨桿基礎(chǔ)機(jī)械化施工常用小型模塊化錨桿鉆機(jī)，包括QWY-30 型輕便鉆機(jī)、MDS-90 錨桿鉆機(jī)等，鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)拆卸，通過索道或者人畜搬運(yùn)至塔位，無需新建臨時(shí)進(jìn)場道路，到塔位后組裝施工，鉆孔直徑90～150 mm，鉆孔深度可達(dá)到20 m，能夠精準(zhǔn)定位對孔，保證鉆孔精度，提高施工效率，降低施工成本。小型模塊化錨桿鉆機(jī)在浙江金華、麗水地區(qū)已進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，福建省內(nèi)工程也有應(yīng)用，能夠滿足工程建設(shè)要求。

微型樁基礎(chǔ)機(jī)械施工設(shè)備主要是各種類型的山地微型樁鉆機(jī)，鉆孔直徑可達(dá)400 mm，最大的鉆孔深度可達(dá)35 m，可滿足粘性土、碎石土、軟巖、風(fēng)化巖、堅(jiān)硬巖等不同地質(zhì)施工要求［3］。

挖孔基礎(chǔ)目前常用的機(jī)械施工設(shè)備是電建鉆機(jī)系列旋挖鉆機(jī)、徐工系列旋挖鉆機(jī)等，機(jī)械最大成孔直徑2.6 m，最大鉆孔深度達(dá)28 m，爬坡能力25°～30°，飽和單軸抗壓強(qiáng)度60 MPa以下。旋挖鉆機(jī)根據(jù)不同的地質(zhì)情況可選擇螺旋鉆頭、筒鉆、雙底撈砂斗、擴(kuò)底鉆頭等，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，選擇合適的鉆頭配合干、濕孔作業(yè)實(shí)現(xiàn)粘性土、中風(fēng)化及以下巖石的開挖，實(shí)現(xiàn)基坑作業(yè)不下人，提高施工效率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)等級。旋挖鉆機(jī)在福建省內(nèi)已逐步推廣應(yīng)用，根據(jù)以往工程的情況，當(dāng)碰到中風(fēng)化地層時(shí)，施工效率明顯降低，建議進(jìn)一步研發(fā)設(shè)備，提高在高強(qiáng)度硬質(zhì)巖體施工的效率。

5 環(huán)水保方案設(shè)計(jì)

本工程輸電線路穿越九龍江下游水土保持生態(tài)功能區(qū)、玳瑁山河源涵養(yǎng)與生物多樣性維護(hù)區(qū)、閩東南沿海水土保持與防風(fēng)固沙生態(tài)區(qū)、福建漳州鼓鳴山省級森林自然公園4 處生態(tài)紅線，跨越枋洋水庫、火炎旗林木保護(hù)小區(qū)，臨近蟒蛇自然保護(hù)小區(qū)、森林公園。上述附近塔位不建議大規(guī)模采用機(jī)械化施工，不新建施工進(jìn)場道路。運(yùn)輸方式建議以索道運(yùn)輸為主，基礎(chǔ)優(yōu)先選擇巖石錨桿基礎(chǔ)，嚴(yán)格控制擾動(dòng)范圍。所有塔位執(zhí)行環(huán)水保設(shè)計(jì)原則，建立本工程水土流失防治措施體系，采取相應(yīng)的工程措施、植物措施、臨時(shí)措施，包括表土剝離、表土回覆、土地整治、播散草籽、栽植灌木、彩條布苫蓋、彩條布鋪墊、植生袋裝土攔擋壓覆、彩條旗圍欄、鋪設(shè)鋼板、修筑漿砌石截水溝、漿砌石擋渣墻等各項(xiàng)措施，盡量減少施工對周邊環(huán)境影響。施工圖階段參照特高壓原則進(jìn)行環(huán)水保專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

環(huán)水保方案設(shè)計(jì)時(shí)需同時(shí)兼顧福建省生態(tài)環(huán)境廳的環(huán)境影響報(bào)告書批復(fù)和福建省水利廳的水土保持方案報(bào)告書批復(fù)的要求，執(zhí)行相關(guān)法律、法規(guī)和技術(shù)規(guī)范，落實(shí)報(bào)告書中提出的各項(xiàng)措施，減輕對周邊環(huán)境的不利影響。

6 結(jié)語

為提高福建省內(nèi)輸電線路工程基礎(chǔ)機(jī)械化施工率，設(shè)計(jì)需發(fā)揮龍頭引領(lǐng)作用，充分利用數(shù)字化手段，在施工圖定位過程中逐基落實(shí)山地基礎(chǔ)機(jī)械化施工可行性。本文依托省內(nèi)試點(diǎn)工程，從機(jī)械設(shè)備進(jìn)場方案、基礎(chǔ)選型、施工設(shè)備選擇、環(huán)水保方案4 個(gè)方面簡單討論分析了山地基礎(chǔ)機(jī)械化施工的設(shè)計(jì)思路。通過本工程的試點(diǎn)推廣應(yīng)用，不斷提升福建省內(nèi)輸電線路工程山地基礎(chǔ)機(jī)械化率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。