1 000 k V交流特高压输电线路山区铁塔组立方案分析

韩启云,童 鑫,张鹏程,王 杰

(安徽送变电工程有限公司,安徽 合肥 230022)

国家重点建设工程项目张北-雄安1 000 k V特高压交流输电线路工程5标段位于河北省保定市涞源县境内,线路长度2×30.5 k m(单回路2×25.9 k m,双回路4.6 k m),地形包括一般山地和高山大岭,山势陡峻、连绵起伏、沟谷深切,海拔500～1 700 m。杆位所处地理位置坡度较大,其中4S004杆位周围筑有3处挡墙,现场坡度超过30°;4S005杆位地形坡度超过40°,不宜筑造挡土墙,在杆位山脊梁两侧搭设作业平台。全线路运输主要利用国道及乡间道路,杆位位于一般山地需修筑进场道路,高山大岭需采用索道运输,运输条件非常差。一般线路段,直线塔76基,单回路直线塔72基,双回路直线塔4基,其中直线转角塔5基;耐张塔21基,单回路耐张塔17基,双回路耐张塔4基,其中分支塔2基;合计97基。全线共20种塔型,含直线塔13种,其中单回路直线酒杯塔11种,双回路直线鼓形塔2种;含耐张塔7种,其中单回路干字形耐张塔4种,双回路鼓形塔3种,其中分支塔2种。单回路铁塔采用角钢塔,双回路采用钢管塔,根据铁塔特点,研究采用3种组塔施工方案,保障了铁塔组立施工。

1 山区施工特点及难点

1.1 施工特点

山区1 000 k V特高压交流输电线路工程组塔施工,塔位高低不平,施工区域狭窄,杆塔均采用全方位高低腿,堆料、立塔难度极大,需解决塔材质量大、山区道路狭窄、运输条件恶劣、杆位堆料困难等方面问题[1]。

1.2 组塔难点

(1)本工程单回路铁塔呼高42～105 m,全高5 2.8～112.8 m,平均塔高80 m,塔重69～238t;双回路一般铁塔呼高48～63 m,全高104～119 m,塔重69～300 t。

(2)本工程单回直线塔采用酒杯塔,横担长、重量大,单侧横担长度15.7～21 m,地线横担长17.2～19.7 m,地线支架高10.7 m,酒杯塔上下曲臂高度23.2～25 m,起吊及就位难度大。单回路耐张干字形塔横担长度15.1～20.5 m,地线支架长度15.7～23.9 m。双回路鼓形塔横担长度14～23.4 m。

(3)铁塔根开大,铁塔组立变形控制难度大;山区高差大高低腿组立困难。

(4)山区地质为岩石,施工锚桩采用开挖预埋地锚和预埋锚杆,施工前做好策划,施工中做好检查坑深、排水、回填夯实、防水冲覆盖。

(5)山区施工基面不平整,杆位周边坡度较大,抱杆无法进行整立。

(6)施工范围内多凸起岩石,岩石多强、中风化,立塔过程没有可靠锚固点。

(7)山区施工常遇到阵风天气,且阵风的瞬时风速较大,对抱杆的稳定性影响较大。

1.3 运输现状

张北-雄安1 000 k V特高压交流输电线路工程5标段地形情况复杂,山地占比81.97%,高山大岭占比18.03%。施工前对每基基础进行现场勘测,通过现场实地调查和分析,塔位多数位于山上,运输条件极其困难。塔材运输施工前对每基杆塔的运输距离,运输道路的坡度、宽度,道路的最小转弯半径,路面平整情况和路面土质强度等做了认真调查。对于转弯半径小于5 m的道路、转弯处道路宽度不能满足转弯要求的部分、局部坡度超过20°的道路、道路坑凹不平、路基积水的部分以及路面土质较差、车辆容易下陷的部分均进行了修整。

该项目运输方式主要采用汽车运输与索道运输相结合的方式。索道架设过程考虑的因素包括现场地形、现有运输条件、施工组织安排及经济效益等方面,最后确定采用单跨单索循环式索道和多跨单索循环式索道。单跨单索循环式索道运输具有施工效率高、适用范围广、易装拆、操作简便等特点,适用于总运重不超过1 t的点对点物料运输,跨距不超过1 000 m,相邻支架最大弦倾角不大于50°。若物料运输为多挂点方式,验算后方能使用。多跨循环式索道运输具有运输量大、施工效率高、运输距离远等特点。在整个索道系统中同时累计运输质量不超过2 t,中间支架一般不超过7个,每跨跨度一般不超过600 m,相邻支架最大弦倾角不大于50°,全长一般不超过3 000 m。

2 3种常用铁塔组立方案

根据铁塔参数和地形特征结合运输条件,综合考虑组塔施工方案,现场可采用3种常用组塔方案,分别是悬浮抱杆、座地摇臂抱杆、双平臂抱杆[2]。

2.1 悬浮抱杆组塔

悬浮抱杆一般为送变电施工单位自有设备,采用外拉线施工,需要有地形打设外拉线,因不能超出组立塔身2/3的安全要求,只能吊装超出已组立塔身约25 m以上的塔段,根据塔型结构,单回路直线塔酒杯塔型上下曲臂及横担开口超过26 m,超出悬浮抱杆吊装高度。因此悬浮抱杆只能用于地形条件满足外拉线打设的单回路耐张塔、双回路塔[3-4]。

单回路耐张塔采用内悬浮外拉线单抱杆组塔,利用悬浮抱杆倾斜吊装,旋转就位吊装地线支架,旋转就位吊装导线横担内段,利用地线支架转向吊装导线横担外段,见图1。

图1 悬浮抱杆吊装

2.2 座地摇臂抱杆组塔

座地摇臂抱杆一般为自有设备,采用座地方式抱杆坐在塔中心;在主抱杆的转轴下方设置内拉线,根据吊装施工及地形条件要求设置上层内拉线和腰环;随塔段吊装一起自顶升/提升升高,分解组立铁塔,抱杆采用上部旋转方式,水平覆盖整个吊装范围,抱杆采用两侧平衡起吊方式[5]。

采用座地摇臂抱杆吊装时,需考虑地形限制组装,用铁块作为配重,方便塔材转运和组装。按照铁塔参数及地形条件判断,单回路直线塔适合使用座地摇臂抱杆配合人字抱杆组塔,利用摇臂抱杆吊装塔身、下曲臂、上曲臂、中横担,在中横担上加装人字抱杆,利用摇臂抱杆作为人字抱杆变幅拉线,利用人字抱杆辅助吊装地线支架、导线外横担。单回路耐张塔横担重心吊装水平距离满足摇臂抱杆吊装要求,可直接吊装或采用地线支架辅助吊装。双回路塔可采用摇臂抱杆吊装[6],见图2。

图2 座地双摇臂抱杆吊装

对单回干字形耐张塔、双回鼓形塔,进行分解吊装时,可将横担分为近塔身段和远塔身段,近塔身段可根据横担与塔身连接方式采用旋转法整体吊装,也可分片吊装。横担吊装顺序宜采取由下向上顺序吊装。吊装上层横担时,需组装在顺线路方向上,当吊件高度超过下层横担后再旋转至横线路方向;吊装横担时,吊点绳宜绑扎在吊件重心偏外的位置;起吊时,横担外端略上翘,就位时先连接上平面两主材螺栓,后连接下平面两主材螺栓。

2.3 双平臂抱杆组塔

双平臂抱杆组塔需要从特高压租赁平台租赁,采用座地方式,液压下顶升,集中控制吊装,最大吊装能力可达8 t,平臂最长15～24 m,能满足构件重心距塔中心水平距离15～24 m的构件垂直平衡吊装,如地形不允许两侧平衡吊装,需要单独增加配重块[7]。根据塔型特点,双平臂抱杆适合所有塔型组塔,但是双平臂抱杆受地形和运输条件限制,适用范围较小。单回路直线塔中横担宽度最小为2 000 mm,超出平臂抱杆回转体宽度,但是中横担为宽扁结构,当平臂收臂后与横担方向一致时,能够满足抱杆拆除要求。因此单回路直线塔和耐张塔可使用双平臂抱杆作为备选方案。但是需注意,双平臂抱杆回转体总质量近3 t,超出轻型索道运输能力,利用轻型索道运输时需拆开回转体分段运输。

用平臂抱杆吊装,考虑地形条件,需配置□800断面单抱杆吊装平臂抱杆5节标准节及抱杆头部所有构件(抱杆塔顶最高22.8 m),利用双平臂抱杆吊装塔材,对于地形限制的塔位使用铁块作为配重吊装,见图3。

图3 双平臂抱杆吊装

对双回鼓形塔、单回耐张塔,可采用两侧平衡整吊或分解吊装。分解吊装时,可将横担分为近塔身段和远塔身段,也可分片吊装。横担吊装顺序宜采取由下向上顺序吊装,即先吊装下层横担,再吊装上层横担。吊装上层横担时,需组装在顺线路方向上,当吊件高度超过下层横担后再旋转至横线路方向;吊装横担时,吊点绳宜绑扎在吊件重心偏外的位置;起吊时,横担外端略上翘,就位时先连接上平面两主材螺栓,后连接下平面两主材螺栓。

对单回路酒杯形塔,根据抱杆承载能力、横担质量、横担结构分段和塔位场地条件,应采用横担分段、分片或相互组合的方式对称同步吊装。首先吊装中横担,中横担接近就位高度时,应缓慢松出控制绳,使横担下平面缓慢进入上曲臂平口上方。当两端都进入上曲臂上口后,先低后高,对空就位。两侧曲臂间水平距离应通过落地拉线及两曲臂间的水平拉线调整,满足就位要求。抱杆最大吊装幅度不能满足边横担、横担顶架吊装时,可采用辅助抱杆进行吊装。

3 相同工序优化分析

山区铁塔组立最大的难题是抱杆站立过程,主要考虑受山区地形限制,拉线及动力牵引位置不好选择。山区立塔采用悬浮抱杆时通常采用内拉线的方式,针对座地式抱杆在该特高压的应用,考虑到地理因素、塔材重量等因素采用“倒装”方式通过提升井架组立抱杆。

3.1 井架组装

研制专用提升井架,提升架高度为9 m,重量2 t,截面为1 750 mm×1 750 mm,主材为φ102 mm钢管结构,单件重量为100 kg,单面开口,且伸出轨道,用于组立抱杆时人力填装抱杆标准节。提升架的额定提升荷载为12 t。在提升架的顶端四角设置4根外拉线,外拉线采用φ15.5 mm钢丝绳,拉线夹角与水平地面不超过45°。提升井架必须结构完整,斜材及附属结构必须全部安装。

3.2 预埋拉棒

山区地形复杂,地质结构大部分为强、中风化,地锚和钻桩都不方便埋设。为了解决这个难题,可在浇制基础时,预先在基础顶部处埋设拉棒,作为后续立塔施工时的受力构件。拉棒埋设必须经设计院同意并通过受力计算,方可进行埋设。

3.3 井架组立抱杆

井架顶端和底部设置好拉线,固定提升井架,并挂好提升滑车及走绳。提升架顶端各有一个单轮滑车,抱杆底部设置有2个双轮滑车(实际为2个并排的单轮滑车,宽度同抱杆标准节)。提升系统为一根φ15.5钢丝绳,从井架顶端一头固定,绕经井架内抱杆底部的滑车组,再绕过井架顶部滑车、底部滑车、顶部滑车及地面转向,进入绞磨。

当桅杆高度露出提升井架的时候在桅杆头部的外拉线挂点打上四根临时拉线,临时拉线为φ12.5钢丝绳,通过缓松器连接至地锚上。临时拉线和井架拉线均连接至塔腿埋设的拉棒。

3.4 抱杆摇臂安装

待抱杆提升至回转体高度为15～20 m(根据已立塔腿段高度确定),在地面整体组装摇臂。在桅杆头部设置滑轮组用以吊装摇臂。吊装时吊带捆绑点应设置在摇臂头部以下适当位置。把摇臂的铰接位置与抱杆杆身连接好后,此时为摇臂收拢状态,固定在桅杆上。

3.5 变幅及起吊系统安装

待安装好两侧摇臂后,安装起吊系统及走三走三变幅系统,起吊系统为5～8 t走二走三滑车组;变幅系统为5～8 t走三走三钢丝绳滑车组。调试悬浮摇臂抱杆的拉线、变幅等系统,为摇臂抱杆吊装组立杆塔做好准备。

3.6 腰环安装

此抱杆配有三道腰环,第一道腰环为加强腰环,在回转体的下面。另两道腰环为普通腰环,设计工作负荷3～5 t,腰环之间间距10～15 m。

按照抱杆的各腰环间距,先打上最下面一层腰环,然后随着抱杆的提升,从下往上依次打好各道腰环,抱杆回转体下面的腰环为加强腰环。在安装腰环时可以根据主材的挂板位置适当的调整腰环间距,各处拉线打好后,开始组塔工作。应注意的是,在抱杆提升的过程中,要用经纬仪观察抱杆,用拉线调整抱杆,使其竖直。提升结束后固定好四面拉线,四根拉线应受力均匀。腰环在吊装过程应不受力。

4 工效分析及建议

针对山区地形差、高低腿情况、吊件长度及重量较大等特点,集中介绍了在本工程山区组塔过程中的3种铁塔组立方式以及抱杆的组装过程。在实际应用过程中,通过横向和纵向比较,对不同种类抱杆组装方式进行了工效分析。

4.1 悬浮抱杆可逐步取消

悬浮抱杆在本工程使用量较少,一是因为线路位于山区,外拉线无法打设;二是因为悬浮抱杆施工安全风险大,作业人员高空作业劳动强度大。悬浮抱杆施工工效较座地抱杆略高,对于开阔地带施工有一定优势,但是随着社会发展和人工费用上涨,可逐步取消。

4.2 摇臂抱杆应提高机械化和信息化水平

摇臂抱杆整套质量约25 t,较平臂抱杆轻15 t左右,解决了拉线和吊重的问题,同时因摇臂抱杆单件较轻,更适应山区塔位。摇臂抱杆机械化、信息化控制差于平臂抱杆,不能集中控制绳索,对施工班组人数要求多,需要4套动力系统作为起吊及变幅,需要12个人操作动力设备,平均用时要超过平臂抱杆2～3 d,整体单基塔工期约30 d。后期在摇臂抱杆升级时,应采用信息化控制,提高作业效率。

4.3 平臂抱杆组立双回路塔较经济

平臂抱杆组塔施工需要修筑运输道路,两侧起吊无需拉线。平臂抱杆因臂长有限,吊装塔材需控制在臂长内,吊装横担长度在15～22 m内。单基抱杆运输量达约45 t,特别适合双回路鼓型钢管塔,施工工效相对较高,平均每天可吊装10～15 t,单基塔施工周期为20～30 d,后期双回路塔可投入使用。

5 结束语

本文主要介绍了3种常用组塔方案,主要针对于山区组塔工程,集中阐述、分析了山区组塔方法的优劣。同时,结合实际工程,有效解决了1 000 k V特高压交流输电线路工程山区超长、超重角钢塔、钢管塔吊装的难题,为后续特高压交流工程组塔施工的顺利组建提供了可靠的技术保障。