大跨越塔附属设施设计

侯中伟，董建尧

(1．国网北京经济技术研究院，北京市，100052;2．中国电力工程顾问集团公司，北京市，100011)

0 引言

大跨越工程是输电线路工程的一个重要节点环节。由于其跨越地点较为稀缺、气象条件和电气设计相对复杂、杆塔高度相对较高，且一旦发生故障或灾难性事故时对其进行修复的难度非常大、并可能引起其他次生灾害等特点，决定了大跨越工程的重要性，也对跨越塔结构提出了较高的设计要求［1-5］。我国拥有较为丰富的江河湖泊水系，长达1.8万km的大陆海岸线形成了许许多多的海峡、港湾，内陆水系拥有长江、黄河等大江大河。随着区域联网、西电东送、特高压、超长距离直流输电工程的陆续开展，大跨越工程出现了前所未有的建设高峰期。针对包括上塔爬梯、检修走道和检修平台等大跨越结构附属设施，运行单位提出了在满足安全可靠的前提下应更加人性化、舒适化，这就需要设计人员在总结以往工程成功经验的基础上，不断创新和突破，做到大跨越结构主体功能和辅助功能有机统一、和谐并举。

1 爬梯设计

一般，当跨越塔高度较低时，可采用直爬梯;塔高到达一定程度当采用直爬梯对检修人员一次登塔有困难时，就需要采用斜爬梯，以减轻检修人员的劳动强度;当塔较高，一次登塔更加困难且一次登塔时间较长时，则需要采用电动提升装置(如电梯、升降机或爬塔机等)。

1．1 直爬梯设计

直爬梯的设计比较简单，通常用小角钢或圆钢焊在2根由角钢或槽钢组成的主梁上，外面再加以圆弧形的护圈(可由扁钢制作)，由于扁钢刚度较差，护圈的侧面矩形区域用扁钢作斜拉支撑，以提高整个护圈的整体刚度，保护检修人员的安全。±500 kV三广线澧水大跨越塔(角钢结构)跨越档距不到1 km，采用“耐—直—耐”的跨越方式，直线跨越塔的塔高仅为76.8 m，跨越塔的登塔设施采用了直爬梯，如图1所示。

图1 直爬梯Fig.1 Vertical ladder

1．2 斜爬梯设计

一般，斜爬梯附着在铁塔的斜材上，沿4个塔面盘旋而上，一直盘到横担或顶架。斜爬梯往往是一个独立的整体，有的仅仅在两端简支固定在节点处，长度较大时，也在中间间隔地固定支撑在斜材上(这时候需要对支撑爬梯的斜材进行受弯和受扭验算)，以增加爬梯的刚度，减小扰度，增加人体行走的舒适度。斜爬梯的主梁往往用轻型槽钢制作，栏杆的垂直高度需超过1.2 m，上下段的栏杆需有可靠、连续的连接，栏杆能够承受1 000 kN水平推力的作用。斜爬梯的踏步板用花纹钢板或格栅板制作，制弯成“”型，增加了踢脚挡板，一方面可以防止踏空，另一方面也可以防止上面坠螺栓等零件时保护下面运行人员的安全。图2为某工程的斜爬梯实物组装照片。

图2 斜爬梯Fig.2 Inclined ladder

1．3 旋转爬梯设计

旋转爬梯分为曲线型和折线型，分别沿着井筒(井架)曲线、折线向上，2种旋梯的各自特点和受力模型有所不同，如图3所示。

图3 旋转爬梯Fig.3 Rotating ladder

曲线型旋梯外形美观，踏步板可以做成标准化的零部件后连接于井筒的外壁预焊件上，每块踏步板均是悬挑受力构件，同时栏杆也可以拆分成很小的零部件后再加以组装，但这种型式不太适合矩形井架，且连续地转圈容易引起上塔人员的晕眩。而折线型旋梯实际上是由多个斜梯组成，斜梯的长度和坡度根据每个塔段的高度的不同而有所不同，每个斜梯的计算模型均可以认为是两端支撑的简支梁结构，两端连接2个转弯小平台，平台再与井筒或井架进行可靠连接;折线型旋梯最大的好处就是每个梯段均可在地面组装完成后再起吊拼接，高空安装工作量较小，而且由于检修人员在梯段上的攀爬是直线的，不容易引起眩晕疲劳。

1．4 机械提升设备设计

机械提升设备是大跨越高塔运检重要的辅助设施。根据以往的运行经验，登塔用的电动提升装置有无轨吊笼、机械式升降机、齿条式电梯和曳引式电梯、爬塔机等多种型式。无轨吊笼、机械式升降机由于长期处于室外自然环境中，其设备元器件的老化和锈蚀会引发故障频繁发生，现在使用已经越来越少;齿条式电梯由于其依赖进口的局限使得造价和日后的维护、保养都受到很大的影响;曳引式电梯具有广泛的市场基础，成熟的技术和相对低廉的价格，已经被广泛应用于较高的大跨越塔上。

1．4．1 电梯设计

电梯的电器设备和微电脑控制系统等均属于环境敏感仪器、设备，对于防湿和温度要求均比较严格，所以电梯井筒必须为封闭结构，只有在停靠层处才开设进出门，而且门洞构造要进行防雨水设计处理。电梯井筒是一个薄壁筒体(井筒壁厚为8～12 mm)，在满足电梯运行空间的前提下需要在通体内部布置纵向和环向的加劲肋，以增大筒体的刚度。电梯在封闭的井筒内运行，犹如活塞上下运动，为防止电梯运行时空气压力的影响，需要在井筒的顶端和底部开设进出气孔，同时也有利于井筒内部空气的流通。电梯选用时应注意:

(1)根据电梯的提升高度，综合技术经济因素(价格)，合理确定电梯的提升速度(一般不小于1.5 m/s)。

(2)根据跨越点的自然环境，合理确定电梯的工作环境温度区间，有必要时应在机房内配置空调。

(3)计算常风下的铁塔和井筒的位移，将位移值提交给电梯供应商，以便进行电梯的非标设计。

(4)根据实际的运行需要，合理确定电梯的运载质量(一般不小于500 kg)和轿厢内部净尺寸(一般不小于宽1 100 mm、深700 mm 和高2 000 mm)［6］。

1．4．2 爬塔机设计

1 000 kV特高压黄河、汉江大跨越以及±800 kV向上线、锦苏线的8个长江大跨越铁塔均采用了爬塔机，如图4所示。这种装置的导轨、连接附件和基础连接图纸一般均由爬塔机生产厂家提供，结构设计人员仅需要在本体结构图纸上事先预焊连接挂件和预留连接孔即可。

图4 爬塔机Fig.4 Climbing machine

爬塔机可由蓄电池驱动，也可由燃油发动机驱动，爬升速度一般为0.25～0.3 m/s。攀爬机的运载质量一般在150～200 kg之间，可搭乘1个检修人员，并附有防坠安全控制器、遥控器以及专用工器具等，使用也较为方便。

根据工程经验，各种爬梯的适用范围如表1所示。

2 走道设计

走道是跨越塔上用于检修人员水平移动的辅助设施，一般设置在地线顶架、导线横担和横隔面上。走道应能够承受2 500 kN/m2的可变荷载作用，走道梁可用轻型槽钢或不等边角钢制作，走道板可采用花纹钢板、格栅板或网格板制作，并可根据走道的长度、宽度和使用功能进行合理选择。走道的栏杆可用角钢或钢管制作，两端应和主体结构可靠连接。栏杆高度不得低于1.2 m，并且能够承受1 000 kN的水平推力作用。

2．1 地线顶架走道设计

地线顶架的结构形式根据塔型设计的不同而有所不同，一般都有一定的坡度，有的坡度还比较大。为了上塔人员的安全，地线顶架的走道往往设计成斜梯的样式，并将走道和底下的顶架下平面交叉斜材进行可靠连接。

2．2 导线横担走道设计

导线横担走道是水平的，走道的宽度一般不小于600 mm，端部设置成活动的结构，需要时，检修人员可以从端部打开后，下放软梯对绝缘子串等附件进行维护。走道可设置在横担的中轴线上，也可设置在一边，走道和横担下平面的交叉斜材进行可靠连接。

2．3 隔面横担走道设计

隔面处设置走道一般用于检修人员休息、维护警航灯，走道的设计要求基本和导线横担走道的要求一致。

3 平台设计

在跨越塔上的隔面处、爬梯转弯处、电梯出口处、顶架或横担所在平面的塔身位置处、塔顶处、警行灯位置处等位置需要设置平台，以用于登塔检修人员临时休息或临时堆放工器具和材料。平台的可变荷载一般不应小于2 500 kN/m2。同时平台的栏杆高度、强度和刚度也需要满足相应的要求。平台的设计方法和走道基本类似，但其计算模型和走道不同，一般为3边或4边支撑的平面板结构。平台的框架梁可用槽钢或角钢制作，并和跨越塔本体可靠连接。平台板以往大多采用花纹钢板，但是由于花纹钢板不漏水且较重、板平面内刚度较差等缺点，花纹钢板已被通透性较好、平面刚度交大且较轻的格栅板或钢板网所替代。

4 结论

(1)跨越塔辅助结构的形式选择应充分听取运行单位和建设单位的意见，以免方案的改变引起结构设计的反复。

表1 大跨越塔爬梯的特点及其适用范围Tab.1 Features and application scope of various ladders for large-crossing towers

(2)由于辅助结构的受力比较小，结构材料往往是由构造确定的，故结构材料应优先采用Q235等低强度的钢材;连接螺栓强度也无需太高，如用于与主体的连接可采用6.8级M16～M20的螺栓，用于其他辅助结构之间的连接，则可采用4.8级M8～M12螺栓。辅助结构的连接处宜开设长孔，以利于辅助结构的现场安装。

(3)辅助结构的风荷载和自重荷载应计入原始荷载并参与计算，当辅助结构的布置和连接影响到铁塔本体的局部构件受力模型变化时，还应当对该构件进行分析和验算，局部受到影响的构件应予以调整。

［1］华东电力设计院．架空送电线路大跨越结构设计技术规定(试行)［S］．北京:电力工业部电力规划设计总院，1998．

［2］中国电力工程顾问集团公司，华东电力设计院．钢管塔设计应用研究［R］．北京:中国电力工程顾问集团公司，2008．

［3］DL/T 5092—1999 110～500 kV架空送电线路设计技术规程［S］．北京:中国电力出版社，1999．

［4］DL/T 5154—2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定［S］．北京:中国电力出版社，2002．

［5］华东电力设计院．钢管塔登塔方案的研究［R］．上海:华东电力设计院，2008．

［6］黄爱华，董建尧，袁崇毅，等．500 kV马鞍山大跨越工程跨越塔电梯的设计与应用［J］．电力建设，2008，30(3):36-39．