黄河跨越段架线施工相关计算探讨

刘志清，刘建平，林本森，刘 宁，张晓亮

（1.国网山东省电力公司，山东 济南 250001；2.山东送变电工程有限公司，山东 济南 250118；3.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276000）

0 引言

榆横—潍坊工程是国家大气污染防治行动计划“四交四直”特高压工程之一的输电通道，是华北特高压交直流主网架的重要组成部分，也是迄今为止输电距离最长的特高压交流工程，提高陕北、山西地区煤炭基地电力外送能力，满足了山东电网负荷增长需求，实现更大范围资源优化配置。

榆横—潍坊工程山东段黄河跨越段是目前国内黄河跨度最长、铁塔最高的工程。大跨越工程施工过程遇到的诸多难点，尤其是大跨越架线施工具有展放导线档距长、弧垂大、导线单位质量重等特点，同时存在气候条件不稳定、风振大、地质复杂等客观因素，有必要对大跨越施工相关计算进行探讨研究，为施工提供科学、经济的参数依据，保证工程施工的顺利进行，也为大跨越线路施工提供良好的借鉴。

大河、大江跨越段与普通段架线牵张力的计算依据不同，一般段架线牵张力计算是由导地线的破断力反推力进行设备选择［1］，跨越段的架线施工方案是根据控制点的弧垂的高低计算牵张力［2］进行设备选择。

1 黄河跨越段工程简介

黄河跨越点位于黄河下游泺口—利津窄河段。跨越段始于黄河以北济南市济阳县仁风镇12S023塔位，止于黄河以南滨州市邹平县码头镇12S024塔位。

黄河大跨越长度为3.417 km，采用耐－直－直－直－耐跨越方式，共7基铁塔，其中直线跨越塔3基，单回路耐张塔4基，跨越黄河档距为1 315m。

黄河跨越段跨越塔基础采用灌注桩+高承台连梁形式，锚塔基础采用灌注桩+低承台形式。12S023与12S024基础除灌注桩及承台连梁外，还各包括2根沉降观测桩，12S023配备13根防撞桩。本段跨越塔基础混凝土总量为34 121.9m3，钢筋总量为3 804.7 t。

跨越段铁塔有3种型式，12S022、12S026塔型为MT，全高 81m，单基塔重 267 t；12S023、12S024 塔型为 SKT2，全高 204m，塔重约 1 678 t；12S025塔型为SKT1，全高 140m，塔重 953 t。

跨越段导线采用六分裂的JLHA1/G4A-640/170特强钢芯高强铝合金绞线，双回线路采用逆相序排列。两根光缆均采用48芯OPGW-300光缆。单回路锚塔与第一基跨越塔间增设JLB14-300铝包钢绞线。锚塔均采用6×550 kN盘型耐张绝缘子；12S023、12S024、12S025 跨越塔采用 4×550 kN 盘型悬垂绝缘子。锚塔的每相中间采用两根管形母线作硬跳支撑，两端引流线的一侧通过与管母相连的2个三变一线夹和大跨越六分裂导线相连，另一侧采用管母上2个四变一线夹与一般段八分裂导线相连。

2 黄河跨越段架线相关参数计算

2.1 黄河跨越段架线牵张力

1）明确最低弧垂控制的位置。本跨越段的限高点位于黄河北岸150m处的杨树林，高度约为8m。以此高度设为跨越段的弧垂控制点，通过设定导线距地面安全高度，在牵引绳满足安全系数的前提下，依次算出牵张力的大小。

2）选择牵张场。根据图纸可知，黄河跨越段的杆塔断面12S023～12S026铁塔逐渐降低，一方面从安全性角度出发，12S022小号侧适合做牵引场，12S026大号侧做张力场，另一方面从现场实际运输角度，12S026进场道路较为方便，且占地方面容易协调更适合做张力场。故决定在12S021～12S022之间设定为牵引场，12S026～12S027之间设置为张力场。

3）跨越段牵张力的计算。因导线跨越处黄河不通航，以跨河档黄河北岸杨树林为控制点，依次以下相导线横担中的被牵引绳索弧垂最低点高于北岸杨树林1m、10m、20m作为牵张力计算的依据。

按照限距要求，导线的水平张力

式中：T0为导线水平张力，N；G0为导线单位长度自重，N/m；L 为档距长度，m；f为放线弧垂，m。

计及张力机出口张力，悬点高差引起的自重力，牵引导线通过放线滑车的综合阻力、滑车数量以及牵引导线的根数等［3］因素，牵引力的水平分力计算公式为

式中：PH为牵引力的水平分力，若场地布置符合要求，可近似地将水平分力当作牵引力，N；ε为滑车综合阻力系数，计算牵引力时可取 1.012～1.015，计算取1.015；n为施工段内放线滑车总个数；m为同时牵放的子导线根数。

通过上述计算公式计算牵张力的大小，进而选择牵张设备。

2.2 导线包络角及垂直荷载

导线垂直荷载的计算是为选择放线滑车及悬挂系统的工器具，包络角的计算是为选择滑车的悬挂方式。

包络角

式中：H为架空线最低点水平张力，N；l1、l2为杆塔相邻两线档档距，m；ω为架空线单位长度自重力，N/m；h1、h2为相邻线档悬挂点高差，若共有杆塔较相邻侧杆塔悬挂点高，则h1、h2值取正，反之共有杆塔较相邻侧杆塔悬挂点低， 则h1、h2值取负；φ1、φ2为杆塔前后线档挂点高差角，（°）；θ前为杆塔右侧 （牵引侧）架空线悬垂角，（°）；θ后为杆塔左侧（张力侧）架空线悬垂角，（°）；θ为导线在滑车上的圆心角 （即包络角），（°）；α为滑车的水平转角，即线路水平转角，（°）。

直线塔垂直荷载

根据上述包络角的计算公式，当包络角大于30°时，需要悬挂双滑车，然后验证包络角是否符合要求；根据垂直荷载的计算，选择滑车悬挂配备的工器具的大小及型号。

2.3 地锚受力

根据设计地质勘探报告，黄河跨越段地基土主要由粉质黏土、黏土组成。地锚抗拔力计算地质条件取值如下［4］：

土质为粉质黏土，可塑；

土的单位容重 γ=1.6×10-3kg/cm3；

计算抗拔角Φ1=20°。

地锚抗拔力计算，可根据：

式中：d为地锚宽，m；l为地锚长，m；t为地锚套在土中的斜向长度，m；K为抗拔安全系数，取值2.5。

根据上述地锚抗拔力计算，合理配置固定设备所需要的地锚大小。

3 工程应用

通过上述计算，黄大跨越架线施工主牵引机选择德国ZECK 28 t牵引机；主张力机选择德国ZECK 24 t张力机，轮径1 600mm，通过1牵2展放方式进行施工。

导引绳及牵引绳的展放是选用Φ3.5mm迪尼玛绳为初级导引绳，采用八旋翼飞行器分段展放，连通后一牵一展放Φ6mm迪尼玛绳。导线滑车中的Φ6mm迪尼玛绳首先采用一牵三方式牵引3根Φ6mm迪尼玛绳，分线后再采取一牵一方式分别牵引Φ16mm迪尼玛绳、Φ18mm防扭钢丝绳、Φ25mm防扭钢丝绳及Φ28mm防扭钢丝绳。导引绳和牵引绳的规格选用及牵放均满足对地距离及安全系数的规定。

导线滑车根据DL/T371—2010《架空输电线路放线滑车》的要求，选用轮径1 040mm的三轮尼龙挂胶滑车，允许使用荷载200 kN，每基铁塔均悬挂双滑车。

主牵引机、主张力机地锚选用15 t大号地锚，埋深2.8m，抗拔力15.5 t，且每台牵引机、张力机左右分别配置双地锚。

黄河跨越段单根导线设计紧线张力约93 kN，故采用大牵引机逐根紧线的方式，张力场导线端头压接牵引管（牵引管设计允许拉力12 t，使用前已进行拉力试验），利用Φ28mm防扭钢丝绳配合28 t牵引机逐根紧线。

黄河跨越段架线采用一牵二的展放方式，每相导线六分裂分3次展放，左右两回线路独立展放。两基跨黄河铁塔高度217m，设计弧垂6 8m，是弧垂和牵张力的控制档。一牵二导线的牵引力达13.5 t，张力达到7 t。紧线采用大牵引机逐根紧线，紧线张力实际达到9.4 t，牵引力约10.5 t，通过计算所选择的工器具型号均满足要求。

鉴于导线震动、舞动及展放过程异常动态系数等的影响，铁塔受拉力较大，危险性较高，采取铁塔补强，牵引机、张力机地锚加强，导线临锚设置两套锚线系统等必要措施。

4 结语

以跨越段的控制档距的最低弧垂为切入点算出导地线所受的张力，反推牵引力。通过牵张机出口角度计算牵张机出口的最大牵张力，确定牵张设备型号。根据牵张场的布置情况及公司现有设备数量确定牵张方式。通过紧线牵张力确定工器具的型号。根据垂直荷载及包络角的计算确定滑车型号及悬挂个数。核查锚塔两侧地质情况，计算牵张设备及导线临锚的地锚型号大小等。

榆横—潍坊工程线路工程山东段黄河跨越段3.417 km的双回路六分裂特高强钢芯高强铝合金绞线，在7天内安全、顺利地完成全部导地线展放。证明根据本文的受力计算分析选择的设备、工器具满足施工要求。