通过两起事故受力计算分析，浅谈确保施工关键点安全可控的举措

国网湖南电力 周明珠 张恒武 郭达明

通过对“5·7”“5·14”两起线路工程安全事故的反思分析，铁塔地脚螺栓反向临时拉线施工中存在的问题是导致发生事故的主要原因。如何保证现场重要工序、关键作业点安全可控，是值得在后续基建施工中思考的重要问题。通过对事故的技术分析，找到杜绝类似事故的主观因素，通过运用科学的手段和完善的管理措施，在根本上杜绝现场人员认知模糊、材料缺陷、违章作业导致的群伤群亡事故。

一、对两起事故的深入剖析

（一）“5·14”事故分析

输电线路耐张塔在设计时，为补偿紧挂线后铁塔向内角侧挠倾，设计已经对基础内角顶面进行升高处理，在铁塔构件连接可靠的情况下（包括地脚螺栓紧固到位），允许承受铁塔两侧导地线在内角的合力。因此，在紧线过程中，不需要在耐张塔外角设置临时拉线。

根据事故经过描述，9号耐张塔为转角塔，事故发生时，正在对内角侧光缆进行紧线操作，按照现场的布置情况，在对光缆紧线操作时，9号塔两侧光缆已经架设，紧线时铁塔受力合力方向是9号塔内侧，即9号塔内角横担方向，现场情况如图1所示。

事故分析中，9号耐张塔地脚螺母型号错误，不能紧固，造成基础外角地脚螺栓承受的上拔力失效。内角光缆紧线施工时，两侧光缆在塔头部分的合力使铁塔向内侧倾斜，外角地脚螺栓受上拔力，由于9号地脚螺母型号错误，外角侧塔脚上拔，塔脚板会离开基础面，并对地脚螺栓产生弯矩，如图2所示。

图1 线路路径示意图

图2 铁塔内角受力地脚螺母失效情况

地脚螺栓钢材抗弯强度公式：

式中 σ——一般地脚螺栓钢材的抗弯强度（兆帕），Q235，取值为215；

P——地脚螺栓承受抗弯点的集中载荷（牛）；

L——地脚螺栓抗弯力臂（毫米）根据现场情况，可取值为50毫米；

d——地脚螺栓直径（毫米），可取值为42毫米。

根据以上公式，可计算地脚螺栓在5毫米高度，地脚螺栓的集中载荷P为125.4千牛时，将发生弯曲变形。地脚螺栓抗上拔力失效时，如图3所示。

图3 地脚螺母失效地脚螺栓抗弯情况

根据图2分析，铁塔高24米，光缆紧线时，向内角合力取10千牛，不考虑铁塔自重因素，铁塔向内角倾斜的力矩为：A=24 000毫米×10千牛，平衡该力矩时，地脚螺栓需承受相同的抗弯矩。地脚螺栓弯矩力臂为50毫米时，计算的地脚螺栓承受的集中横向载荷为：P=24 000毫米×10千牛÷50毫米=4 800千牛。发生事故时，考虑8根地脚螺栓同时承受抗弯力矩，P3=4 800/8=600千牛，已经远超过地脚螺栓的抗弯极限强度值（125.4千牛）。

从图2中可以发现，光缆对内侧地线支架的张力产生的力臂为L1，塔越高，力矩越大，而地脚螺栓的抗上拔力因地脚螺母无法紧固，铁塔倾斜时，转化为地脚螺栓自身的抗弯力。根据杠杆原理，地脚螺栓在承受不了自身抗弯变形时，开始弯曲，塔脚板脱出，发生倒塔事故。

（二）“5·7”事故分析

根据事故经过描述，181号耐张塔为转角塔，与“5·14”事故中的地脚螺母型号错误、数量缺少、地脚螺栓未紧固情况相似。因此一定程度上，此次事故也是地脚螺栓原因造成的倒塔事故。事故现场地脚螺栓如图4所示。

图4 事故现场地脚螺栓情况

与“5·14”事故所不同的是，181号铁塔紧线不是平衡挂线，是单边紧挂线，但反向临时拉线设置错误。设计规定中，要求耐张塔在紧线操作时，必须设置受力反向拉线，反向拉线应承受紧线张力50%以上的不平衡张力，且铁塔需通过地脚螺栓完全固定在基础上。在倒塔时，铁塔受力如图5所示。

图5 事故时现场拉线布置情况

二、如何杜绝事故发生的探讨

（一）技术层面

1.反向临时拉线及地锚

（1）对紧线塔临时拉线设置成模块化形式。通过对现有输电线路导线型号数据，及对不同分裂数、不同导线型号的输电线路，根据单根导线拉断力推荐值，按设计允许使用应力取2.5安全系数，形成一系列临时拉线选用推荐型号，即推荐标准。在现场施工时，根据实际情况进行实地校核，保证临时拉线选型的正确性。部分导线型号临时拉线推荐选型如表1所示。

紧线操作时，181号塔反向临时拉线没有每相设置，在边相紧线后，由于地脚螺栓未紧固，铁塔塔脚板上翘，对地脚螺栓产生弯矩。内角反向拉线方向为沿受力反向设置。中相紧线时，超出铁塔及拉线能承受的极限张力，拉线断裂，铁塔倾倒。

受力分析：导线受力，按LGJ—400/50计算，单根紧线张力约26千牛。发生事故时，已有6根导线紧完，作用在铁塔上的水平张力约156千牛。铁塔内角侧拉线方向错误，主要张力由外角侧一根拉线平衡，地脚螺栓未紧固，铁塔向小号侧倾斜，单根拉线拉断力为151千牛，拉线对地角度按45°计算，此时拉线所承受的张力为F=1.414×156千牛=220.6千牛，超出拉线所能承受的极限拉断力。

由于地脚螺母没有紧固，无法将铁塔固定在基础上，此时铁塔是活动的，不能达到承受50%的紧线不平衡张力的设计要求。

在以上两项关键因素的作用下，致使铁塔无法承受不平衡张力而倒塌。

表1 部分导线型号临时拉线推荐选型

（2）通过上述选型原则，可明确固定拉线的地锚受力推荐值，对地锚的选用再根据现场地质情况核算地锚深度，从而使锚固环节得到安全保障。

地锚抗拔力的受力分析，如图6所示。

地锚抗拔力计算公式：

(2) 考虑环境变量的曲线拟合预测方法[16-19]。该方法也是用数学模型进行位移时序拟合预测，但在拟合过程中，考虑了影响滑坡稳定性的环境变量。

图6 地锚受力分析图

重点注意事项：

a.反向临时拉线设置的方向必须经现场测量确定，方向保持在受力反向；拉线对地角度一般不超过45°，可根据地形情况，适当减小对地夹角，提高拉线系统的可靠性。土壤容积和上拔角取值表，如表2所示。

b.反向临时拉线设置好后，在紧线操作过程中，现场负责人或安全员必须观察拉线、地锚受力后有无异样，包括铁塔（混凝土杆）横担是否倾斜，地锚是否脱位，如果有应立即停止，马上整改。常见土质地锚实际受力计算数据表，如表3所示。

c.在埋设地锚时，若遇软塑黏土及亚黏土（水田），需选用加大一级的钢地锚。

表2 土壤容积和上拔角取值表

表3 常见土质地锚实际受力计算数据表

2.地脚螺栓

（1）针对地脚螺栓屡次暴露出的问题，解决地脚螺栓型号与地脚螺母型号正确性和地脚螺栓及时紧固到位，是杜绝事故发生的关键。

（2）如何确保地脚螺栓型号与地脚螺母配套，在技术角度上，地脚螺栓加工和制作时，引入一种技术，将配套的地脚螺母通过一套软质装置与螺杆连接，在施工时保证螺母与螺杆“不分家”，从根本上杜绝地脚螺母丢失或用错地脚螺母的情况。

图7 地脚螺栓采用颜色标识

（4）组塔现场，地脚螺栓不能及时紧固，是最常见的通病，作业人员在组立塔腿段时，需要调整就位螺栓孔，地脚螺栓不能在安装踏脚板的同时立即紧固。在组立至水平铁后，应及时进行紧固，但现场地脚螺栓紧固工具为非个人常规工具，需使用专用紧固扳手或管钳，往往施工现场疏漏，没有配备，导致地脚螺栓不能及时紧固。在塔材供货时，能够配套提供地脚螺栓紧固简易扳手，在现场中能在一定程度上消除地脚螺栓不能及时紧固的安全隐患。简易扳手可采用边角钢材余料加工，单基根据地脚螺栓规格配送，随塔材抵达现场，简易扳手加工图如图8所示。

（5）铁塔组立阶段，施工项目部应加大对作业层班组管控力度，对每个组塔班组进行配备管钳，并使之成为标配工具，以便现场能够及时对地脚螺栓进行紧固。

（6）结合工程情况，可以适当加大插入式角钢基础应用比例，杜绝地脚螺栓安全隐患。

图8 简易地脚螺栓紧固工具

（二）机制管理层面

两次事故之后，国网公司基建系统各层面大力管控地脚螺栓问题，制定管理制度，采取重点管控手段。

近期，国网公司制定《输电线路工程地脚螺栓全过程管控办法（试行）》，进一步完善输电线路工程地脚螺栓管理。根据多年输电线路工程施工情况，人员因素的管控，是解决现场安全施工的关键。

对地脚螺栓管控，应大力发挥“自有人员”职责，控制铁塔组立关键环节，及时对地脚螺栓进行紧固、检查。

（1）现场对制度的落实。铁塔组立阶段，将地脚螺栓紧固环节列入作业票，现场管理人员照单执行，如发现未及时紧固，则视为特别严重违章。

（2）设备型号匹配度。目前，输电线路工程常规地脚螺栓加工单位多数只加工螺杆，螺母采用标准件进行采购，如加工时螺杆的螺纹有偏差或粗丝细丝分辨不清，将造成螺杆与螺母不配套的情况。因此，在地脚螺栓加工供货环节，应对厂家要求螺杆、螺母同时加工，保证螺杆与螺母的匹配度。

（3）加强现场地脚螺栓保护。如有生锈、磕碰螺纹损伤等情况，在铁塔组立时，又缺少专用工具，人力无法将螺母紧固到垫片位置，螺母与塔脚板距离越大，产生的弯矩越大，越容易折弯或折断。因此，需加强对现场地脚螺栓的保护，防止损坏及生锈。

（4）记录可控。在“自有人员”制度执行中，对地脚螺栓等关键点，应通过数码照片核对，从而在一定程度上反映地脚螺栓紧固度与匹配度，强化对地脚螺栓的管控。

（5）三级自检真正到位。我们的自检工作经常缺失或流于形式，施工队自检和项目部及施工单位的专检有时数据造假，因此督察要点是检查自检原始记录，不是各种造假的验收表格，做到各层级验收真正有效，以确保地脚螺栓紧固到位。

三、结语

两次事故的发生，地脚螺栓施工过程管控不到位是重要原因，因此在线路施工中，如何控制好人、机、料三个因素，是实现每个作业现场安全可控的关键。

（1）通过管理机制的不断完善，对人员管理手段已能够达到实时管控，如通过手机微信等通信手段，加大对相关人员的管控力度，消除隐患。

（2）逐步完善标准化施工，对现场各工序的工机具定制化，细分铁塔组立、架线标准化工具，根据塔型、线型，给出推荐工机具，完善工机具管理。杜绝出现超范围、超安全系数使用施工工机具。

（3）建议地脚螺栓纳入甲供材料采购范畴，由业主集中采购，并严格审查生产厂家资质，在源头控制产品加工质量。同时，纳入到甲供材料开箱管理，保证材料的质量可控。