输电线路全过程机械化施工评价分析及工程应用

邵冬亮，王 龙，李 志，何春晖，孙永鑫

（国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 250021）

0 引言

全过程机械化施工是电力线路工程的重点发展方向，目的在于改变以人力作业为主的传统施工模式，提高施工过程中机械化作业的比重和智能程度，降低人力作业强度，减小周边环境影响，将线路工程施工由劳动密集型作业转向技术密集型工程。其优势在于使线路施工标准化、模块化、技术专业化，对于提高线路工程安全质量、效率效益、工艺水平具有重要意义。

2013年初，“输电线路全过程机械化施工”由国家电网公司主持开展试点研究推广工作。在现有施工模式基础上，考虑沿线地质地貌条件、交通情况及人文环境，寻找施工过程中的改进点和关键点，研制全面化、多功能、标准化、系列化的施工设备，为道路修建、物料运输、基础施工、组塔、架线等施工过程提供全面有效的机械化技术支持，配合全过程机械化施工的发展和关键设备研发[1]。

根据线路路径方案设计、基础设计、杆塔设计和接地设计过程，对输电线路进行全过程机械化施工可行性及优化分析，评价各个工程因素对机械化施工的影响和限制条件，提出较为完整的输电线路机械化施工评价标准和原则，对关键施工机械的研发提出进一步规划和要求，并介绍了全过程机械化施工在线路工程设计中的实际应用。

1 全过程机械化施工的设计原则和分析评价

全过程机械化施工关键在于从方案设计起始阶段，针对机械化施工目标，根据工程条件对设计方案不断改进，结合现有施工机械水平和施工组织水平，一方面保证方案设计满足技术功能指标，另一方面要尽量提高施工机械适用性，积极研发新型专用施工机械。

1.1 全过程机械化施工的设计原则

安全、经济、快速、环保。人力作业不确定风险因素较多，不可控条件会制约人力施工技术的发展，采用全过程机械化施工可以减少人力劳动危险程度，降低人力成本。机械化施工的标准化和快速化大大提高机械施工在安全、经济、快速和环保方面的优势。

提高施工设备的适用性。长距离输电线路建设具有点多、面广、山高、路险等特点[2－3]，施工设备需适应多种地质环境和施工条件。因此，研制多功能、可组装、体积小、便于转场的施工机械对全面持续化施工有着重要意义。

减少周边环境影响。施工过程环境友好是今后工程建设的发展方向。在方案设计时，要充分考虑当地地质条件和人文环境，尽量减少对地表植被环境和当地居民生活设施的影响。

推行设计施工一体化的标准化体系。输电线路工程参与方多，建设单位、设计单位、施工单位、设备研发单位、机械租赁方等都需要全面参与工程设计。需要综合考虑各方需求和条件，总结已有工程经验，建立各个工程环节的标准化施工准则，加强合作单位之间的相互交流。

1.2 全过程机械化施工的评价分析

全面评价分析全过程机械化施工的可行性，重点在于从定性的关系讨论各个工程条件对机械化施工的影响和方案选择，找出可以利用机械化施工替代人力作业的环节，从概念设计的角度建立系统性评价过程，如图1所示。

图1 机械化施工影响因素综合评价

地质地貌条件。输电线路距离长，可能需要穿越多个地区，地形条件差异较大。平坦、地形开阔的地区会给机械化施工带来很大便利，方便架设施工平台，并节约地基处理投资。考虑到地质地貌条件，在选线过程中要避开险恶地形及不良地质地段，特别是高海拔、严重覆冰、高雷暴区和风口地带以及其他严重影响安全运行的地区，避免大档距、大高差、相邻档距相差悬殊地段[2]。

交通运输条件。路径选择宜靠近现有国道、省道、县道及乡镇公路，应充分利用现有交通条件，方便施工和运输。对原路径远离主干公路而无乡村公路、交通条件较差处进行线路调整，尽量保证大部分塔位修建较短临时道路即可使施工机械到塔位。必要时，可以配合该地区的长期交通规划进行输电线路选线。

施工机械设备。高效、专用、标准化的输电工程施工装备，是全过程机械化施工的重要组成部分，会大大提高线路建设的安全性和经济性。输电工程施工装备要根据不同的地质条件和线路要求，配置与研发相应功能的施工设备，配合全过程机械化施工的发展。

人文环境保护。充分考虑地方政府和有关部门对线路路径的规划意见，协调地方城镇规划与线路建设之间的矛盾，避开城镇规划区、工业区、军事设施、文物遗址、大型厂矿企业及重要通信设施，减少线路工程建设对地方经济发展以及对群众生产、生活的影响。当线路必须穿越农作物、树林及居民区时，应制定相关措施减少对人文环境的影响。

施工组织水平。完整有效、统筹得当的施工组织设计对于施工机械能否发挥其最大效益具有决定性作用。施工过程需要从技术、装备方面适应机械化施工的要求，并根据已有的机械化施工线路工程经验，考虑到工程各个特殊条件，不断总结出更高水平的标准化施工组织设计。

1.3 全过程机械化施工优化分析

输电线路工程全方位优化过程贯穿线路施工的各个环节，重点从路径选择、塔位选取、基础选型、杆塔设计等方面全面优化改进设计方案，满足全过程机械化施工要求，尽量协助提高施工的机械化水平，减少人工劳动强度。

线路优化、塔位选取设计。尽可能缩短线路长度、减少转角个数，降低工程造价，合理选择交叉跨越点，连续牵张长度不宜过大。综合协调拟建路径与沿线已建成线路及其他设施的矛盾，既保证拟建工程线路的经济合理，同时应兼顾同期或远期其他线路路径的走向[4]。

机械化施工基础设计优化。主要考虑充分利用基础受力体系的特点，改善基础结构形式，节约材料消耗，力求造价经济。在同等地质条件和工程条件下，原状土基础相较其他基础形式具有更好的性价比，避免基础开挖对周边环境的影响和破坏，且造价上更具有经济优势。可选用旋挖机进行机械化施工，达到技术经济的最优模式。

机械化施工杆塔设计优化。机械化施工杆塔位置选择应以环境影响最小为原则，尽量避开因周边建筑物造成机械化施工困难的场地。从杆塔选型、材料选择、节点构造等方面进行杆塔设计优化，有效降低杆塔耗钢量、基础作用力和基础工程量，从而减轻物料运输重量，减小基础施工机械，降低施工难度，为机械组塔提供有利条件，缩短施工周期。

2 施工机械的研发现状及标准化施工

2.1 输电线路工程的机械化施工设备

在试点工程建设中，已研制出专用塔式起重机、旋挖钻机、重型货运索道，无人驾驶直升机等重大施工装备，新型机械具有自动化程度高，针对性强、专业配套等优点。尤其是重型货运索道能够满足绝大部分地形条件下的建设物资运输通道建设，解决了高山丘陵地区无交通线路带来的全机械化施工难题。

现阶段机械施工设备的发展情况如表1所示。目前山区线路的施工机械研发明显不足，需要根据其自身的工程需求大力研发岩石基础施工机械、山区货运索道以及无人机架线机械，并总结工程经验，加强特殊地区施工机械研发的投入，推动全网范围内的全过程机械化施工进程。

2.2 标准化施工的建立

高效适用的施工机械装备是实现全过程机械化施工的有利基础。在各建设单位技术水平参差不齐、地区经济社会发展不均的形势下，设计、技术装备、市场化租赁与合作交流等方面的标准化为电网机械化建设提供了专业、高效的保障和途径，以便全过程机械化可以快速有效发展。标准化包括施工装备设计、制造标准化，输电线路设计方法、基础选型与适用范围、接地型式、质量控制要求标准化，也包含施工装备配置、施工方案、作业指导书以及施工组织标准化。

在现有施工装备的基础上，根据不同的地质、地形条件和施工目的，建立“全过程机械化施工标准体系”，按照线路施工工序分类，针对各个施工环节，研发系列化、模块化施工机械，并提出适合机械化施工的基础型式设计技术标准，进一步指导工程设计、施工方案、装备购置等工作。

3 线路工程实际应用

3.1 工程概况及线路优化

某线路工程线路所经地区全部为平地，沿线地貌成因类型为冲积平原，土层主要为粉土与黏土，土体强度较高，工程地质条件较好，交通条件良好。工程包含3条线路工程，路径如图2所示，根据现场工程条件分析[5]，3条线路的机械化施工适用性分析如表2所示。

表1 全过程施工机械设备的介绍与选择

表2 线路工程全过程机械化施工适用性评价分析

图2 工程路径

3.2 基础设计优化

针对本工程地质条件，通过经济技术比较分析，地下水位较浅时，考虑到施工降水费用，桩基础经济优势明显。综合考虑施工效率、交通运输条件、绿化带植被恢复、机械化程度等因素，本工程优先选用适宜机械化施工的钻孔桩基础，施工方便，提高了施工效率[4]。

考虑到流水线作业及综合效益指标分析，基础桩径角钢直线塔直径为0.8 m，耐张塔直径为1.2 m，直线钢管杆和小转角耐张杆直径为2.2 m，大转角和终端杆直径为2.6 m。

3.3 塔杆优化设计

杆塔设计主要从杆塔选型、材料选择、节点构造等方面进行设计优化，降低施工难度，缩短施工周期，提高机械化施工效率。采用Q420高强钢，改善铁塔受力性能，简化铁塔结构构造，减轻单根构件的重量，减少运输、安装等费用。

针对铁塔组立及架线特点，工程在铁塔设计阶段优化节点构造，按照功能要求预留施工孔，与施工进行接口配合，满足施工要求。预留的施工孔在总图中标明其用途，并注明各施工孔荷载限制。

3.4 接地优化设计

为减少水平接地方式对基础周围植被破坏的影响，加入了垂直接地型式的设计比选。根据工程土壤电阻率，通过对接地型式计算分析，垂直接地方案在满足工频接地电阻要求的前提下，在占地面积与材料用量明显优于常规水平接地，并且垂直接地可以全面配合机械化施工过程。

3.5 机械化施工设备选择

根据工程实际工程地质与环境条件，为全面配合全过程机械化施工进程，各个施工环节的施工设备选择如表3所示。

表3 全过程机械化施工设备选择

4 结语

推进全过程机械化施工建设，有利于实现输电线路工程全过程安全、质量、建设效率提升，有利于保护施工建设环境、提升工程建设水平。

全过程机械化施工的设计应充分考虑安全、经济、快速、环保的因素，提高施工设备的适用性，减少对周边环境的影响，推行设计施工一体化的标准化体系。

建立以地质地貌条件、交通运输条件、施工机械设备、人文环境保护、施工组织水平作为影响因素的全过程机械化施工的评价分析过程。

总结施工机械的研发现状，并提出全过程机械化施工优化可从线路优化及塔位选取设计优化、机械化施工基础设计优化、机械化施工杆塔设计优化着手，以满足全过程机械化施工要求，尽量协助提高施工的机械化水平，减少人工劳动强度。

线路全过程机械化施工的实际应用验证了所提方法的有效性和可行性，为相关工程的全过程机械化施工提供参考。