浅析输电线路全过程机械化施工的经济意义

李聪华 边梦伟

（天津市泰达工程设计有限公司）

0 引言

传统人力施工设备简易，人员作业强度大、效率低、危险性高。随着经济和社会的持续快速发展，电网建设人力资源成本大幅度提高，特别是一线施工人员稀缺，人工费用持续上涨，工程造价持续攀升，劳动密集型的施工方式不可持续。同时，坚强智能电网对工程建设质量和工期提出了更高要求，而人力为主的施工方式显然已无法满足这些要求。

建设项目的全寿命周期包括决策阶段、实施阶段、运营阶段及退役阶段。工程设计是输电线路建设全寿命周期中的重要环节，从设计初始阶段就采用全寿命周期的成本管理模型进行合理设计，能够实现工程项目建设的最大经济效益。为进一步提升智能电网工程建设能力，加强线路设计、装备、施工创新，设计人员应创新设计理念和方法以满足线路全过程机械化施工要求，力求进一步降低人工投入和作业风险，不断提升工程建设质量、效率，提升经济、环境和社会效益，实现由劳动密集型向装备密集型、技术密集型的转变。

1 工程概述

1.1 工程概况

本工程接入方案为自现状某220kV变电站新出1回110kV线路直供至某110kV变电站，路径长度约5.3km；另自某110kV变电站新出1回线路T接至某220kV变电站某110kV用户站的线路上，路径长度约1km。新设线路导线采用JL/G1A—400/35导线。新建线路全线位于天津市。

1.2 地质条件概述

（1）地形地貌

拟建线路位于天津市。新建线路沿线地形较为平坦，主要为林地、旱地、果园、建筑群和农业大棚，地貌类型属海积冲积平原地貌。

（2）地震烈度

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）和《中国地震动参数区划图》（GB18306—2015），本线路沿线的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，属设计地震第二组。根据区域剪切波速及覆盖层厚度资料判定，场地土为中软土，场地属Ⅲ类场地，抗震地段类型为可进行建设的一般场地。

当抗震设防烈度为7度时，不会发生液化现象。本场地属非液化场地。

本区土壤标准冻结深度为0.6m。

（3）地质条件

本线路沿线浅部地层属于海相与陆相交互沉积地层，分布有人工填土层、黏土层、粉质黏土层、粉土层等，部分路径段有土层缺失。

（4）不良地质条件

沿线场地无岩溶、滑坡、泥石流、采空区等影响场地整体稳定性不良地质作用。场地稳定性较好，适宜建设。

（5）地下水条件概述

新建线路沿线表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化，一般年变幅在0.50～1.00m左右。沿线稳定地下水位埋藏深度约为1.50m左右。参考临近工程的水质资料初步判定，场地地下水对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性，对钢结构具有中腐蚀性。

1.3 交通运输条件

新建线路沿线地形较为平坦，可利用的道路有省道、国道及园区道路，总体交通条件较好。

2 机械化施工设计方案

首先，应从临时道路修建、物料运输、基础施工及混凝土施工、杆塔组立、架线施工、接地装置施工七个方面统筹兼顾，为全过程机械化施工创造便利条件，以下通过上述输电线路工程全过程机械化施工的设计方案进行简要介绍。

2.1 临时道路修建

根据现场踏勘情况，新建线路沿线地形较为平坦，可利用园区内现有道路，总体交通条件较好。临时道路修建方案如下：

（1）部分塔位可直接由货车或轻型卡车运输，无需修建临时道路。

（2）对距离道路较远但有机耕路的塔位，可采用对机耕路进行拓宽、加固、铺垫钢板。

（3）对于无道路运输的杆位，可修建临时道路，采用块石铺路及铺垫钢板的方法对自起运点至具体杆位的道路进行修整。

2.2 物料运输

本工程沿线地貌主要为平地，沿线主要为林地、果园、建筑群和农业大棚。结合本工程地形和交通条件，主要采用汽车运输方案。

汽车运输可以在较平整的公路及乡村道路对散料、轻型塔材、抱杆等施工物料进行运输。可根据所运输施工物料的承载重量和长度，选择不同载荷和货斗长度的轻型卡车。

2.3 基础施工及混凝土施工

本工程基础混凝土施工应优先考虑施工质量与环保要求，优化各种施工装备的协调配合。结合本工程地质条件并考虑到工程紧迫性，拟推荐一下方案：

（1）基础混凝土采用商品混凝土，基础混凝土浇筑采用商品混凝土运输车运输预拌混凝土，采用自卸或混凝土泵车浇筑基础。部分无法直接运输至塔位时，采用混凝土运输车和拖泵配合浇制，为实现搅拌、输送、浇筑机械联合作业创造条件。

（2）混凝土振捣采用机械振捣方式。

（3）新建线路基础拟推荐采用高强度预应力管桩承台型桩基。

表1 管桩基础特性表

2.4 杆塔组立

结合本工程的地形、地质条件，拟定组塔方式为采用轮式起重机立塔，立塔方式采用整体组塔（普通直线塔和耐张塔）或分解组塔（跨越塔），尽可能地减少工人高空安装作业。

为方便施工人员组塔安装，提高施工效率，保证铁塔螺栓的扭矩值，推荐采用数控充电式扭矩扳手紧固螺母。设计时合理布置螺栓，确定螺栓的扭矩值，保证螺栓的安全和紧固。

2.5 架线施工

本工程主要采用张力放线施工，所使用的主要机械设备有张力机、牵引机、导线线轴支架、牵引绳重绕机、导引绳展放支架、导引绳、牵引绳及抗弯连接器、牵引板、防捻连接器及连接网套等。张力放线本身的工艺本身已经非常成熟，具体机具设备的选择和改进也有很多成果，在此不再赘述。

进行导引绳的展放时也可采用遥控八旋翼飞行器，可显著提高施工效率，减少高空作业和人员投入，避免沿线通道开辟和植被砍伐，保护生态环境。

2.6 接地施工

杆塔接地槽施工机械的选择应与接地槽走向灵活、线状分布、断面尺寸小的特点相适应，综上所述，本工程接地装置采用铜覆钢材料，接地槽推荐采用链式开沟机机械化施工。

3 机械化施工成效分析

本工程在设计初期对路径进行充分优化，路径设计优先采用沿已有交通公路的方案。结合优化后的路径提出合理的进场方案及临时道路修建方案，尽量做到造价成本低，环境影响小，便于地貌植被被恢复。

结合本工程地勘报告，对基础型式进行比对。通过同种荷载计算的三种基础本体造价中，管桩基础造价最低，钻孔灌注桩基础造价最高，台阶基础造价居中。随着上部荷载增加钻孔灌注桩基础和台阶基础的增幅加大，当荷载较大时台阶基础已经不能满足承载要求。

由基础的对比分析中可以得出，管桩基础具有良好的单位承载能力，在基础占地、基础造价、施工工期、环保等方面均优于钻孔灌注桩基础和刚性台阶基础。因此本工程新建线路基础推荐采用了高强度预应力管桩承台型桩基。

对于输电线路全寿命周期而言，其一次性投资成本在本全寿命周期内所占比例最大。在输电线路设计前期进行全过程机械化施工专项设计，使得工程设计与施工环节有机衔接。施工效率明显提升，工程一次性投资的相对成本随工程规模的增大而降低，机械化施工质量明显提升，满足工程安全、适用和耐久性的需要，降低了后期运行损耗成本，实现全寿命周期内经济最优化。工程一次性投资成本具体通过以下两表进行对比：

表2 人工与机械施工效率对照表

表3 人工与机械施工经济效益对照表

4 结束语

从上述对照表中可以看出，对于本工程来说，采用机械化施工在施工效率方面可以提升施工周期约25%以上，在经济效益方面可以平均提升约8.79%，各方面效果显著提升。由此可见，对于平原地区或交通条件较好的地区，输电线路工程宜采用机械化施工。且随着输电线路规模的增加，机械化施工成效将显著提高。

设计是源头，只有从方案设计开始，在设计各阶段考虑施工全过程的的机械化应用，才能真正为机械应用创造条件，才能提升工程设计的合理性与可实施性。采用先进、适用的机械设备，对于同一工序、不同塔位及同一塔位、不同工序之间实施流水式作业，合理组织调配施工机械与人员，尽可能降低人力劳动，实现人力难以完成的工作，实现输电线路工程建设的工业化定位。

推进全过程机械化有利于实现工程策划与建设实施协调有序，工程设计与施工环节有机衔接，施工装备与施工工艺紧密配合，可以进一步提升工程建设全过程技术水平、安全质量、效率效益，有效解决施工人力资源紧缺，人工成本持续上涨的问题，更有利于支撑坚强智能电网的建设，为建设一流电网发挥重要的作用。