机械化施工在输电线路结构当中的应用

厦门电力勘察设计院有限公司 刘晨娟 叶景达 夏 标 阙权辉 江仰鉴

随着社会经济的持续快速发展，电网建设人力资源成本大幅度提高，特别是一线施工人员缺少、工资持续增高，同时坚强智能电网对自身工程建设质量和工期提出了更高要求，从现有的输电线路施工作业模式来看，机械化程度最低的环节在于运输与土石方工程、基础工程。要提高机械化施工应用水平的工作难点在于山区输电线路施工，因运输问题无法将其它建设领域现有的施工器械应用于线路工程。

全过程机械化施工是一种全新的工程建设模式，是一项系统工作，要求全过程、各专业协同配合，要在工程设计、专用装备、施工工法、技术规范等方面形成系列化技术成果。本文主要论述机械化施工在线路结构当中的应用。

1 机械化施工的基础型式

根据塔位道路通行条件、塔高、塔重等选择不同型式组塔方式和施工装备。目前国内输电线路工程施工主要是以内悬浮抱杆为主，在特高压工程中由于铁塔呼高高、重量大，部分塔型采用了落地摇（平）臂抱杆和塔式起重机型式。一般在塔位地形条件较好的塔位，可采用起重机进行组立。对于起重机施工场地不能满足要求的杆号采用内悬浮抱杆进行组立。

山丘地貌区一般优先采用原状土基础，可选用的基础有挖孔桩基础、掏挖基础、岩石锚杆基础、岩石嵌固基础、复合锚杆（嵌固）基础、大开挖基础。在不同的地质、地形基础作用力下，各基础形式的优劣会发生变化。各种基础型式优缺点比较如下：

开挖回填类基础（般回填土体基础）。优点：主要包括斜柱基础，阶梯刚性基础，大板基础等形式。这些基础施工方法简便，是目前工程设计中最为常用的基础型式；缺点：土体扰动较大，回填土虽经夯实后亦难恢复到原状土结构强度。开挖量大、弃土易造成滑坡，影响基础稳定。植被破坏和水土流失严重，塔位环境易破坏，从而影响基础稳定。4、在山区斜坡地面处的塔基位置往往形成人工高边坡，容易崩塌滑坡造成基础滑移。

掏挖扩底原状土基础（直掏挖基础）。优点：充分利用了原状土承载力高、变形小的特性。“以土代模”，土石方开挖量小、弃土少，施工方便，节省材料。消除了回填土质量不可靠带来的安全隐患；缺点：对土质条件有一定的要求。为适应山区地形条件需要，有时需要抬高基础主柱高度，此时基础的抗倾覆稳定性往往难以满足，为此需增加基础埋深，扩大基础主柱直径。

装配式基础。优点：特别是运输困难的高山地区更具有明显的经济效益；缺点：只适用于受力较小的直线杆塔。

基础选型的经济性及环保性：掏挖基础根据地形地貌结合机械化施工的特点，在有条件的塔位采用机械化掏挖基础，对人工掏挖和旋挖钻机成孔进行了经济对比。人工掏挖与旋挖钻机成孔的对此分析分别如下。

工期：速度慢，工作效率较低/工作效率高；作业适用性：深孔施工，对人体健康不利，易于患职业病/驾驶操作，避免人员受到污染；开工条件：孔内施工，需配备用电/柴油动力，无需配电；安全成本：人力风险大，安全成本高/大大降低安全成本，基本为零风险作业；气候影响：易受天气影响，容易停工/全天候作业，不受雨雪天气影响。由此可见旋挖钻机成孔要优于人工掏挖，在基础选型的成孔径时可以选择孔径更小的地基础，加深埋深，从而使基础受力更好，钢筋和混凝土用量减少，机械化掏挖基础更具有经济性。

2 基础施工推荐采用的机械设备

2.1 掏挖基础土方的施工机械

掏挖基础的机械成孔施工装备主要有旋挖钻机和机械洛阳铲等，在丘陵、山地地区以旋挖钻机为主。

机械洛阳铲是手动洛阳铲的电动化、机械化设备。主要由电机、变速箱、卷扬机、铲头、护筒、三角架、机架、重锤、冲锤等部分组成。其中，铲头的制作比较特殊，呈圆柱体，上半部为配重，下半部由左右两片合围成圆筒型铲刃组成，期间由弹簧装置相连。铲头直径一般分300～400mm，400～500mm，500～600mm，700～800mm，900～1000mm，1000～1200mm 共6种，也可根据需要特制。适用于地下水位以上的一般黏性土、黄土及无片石的人工填土地基，具有场地适应性好、设备轻便、快捷、造价低等优点。缺点是该设备不能进行扩底，且使用时需要多名工人同时操作，多次运送渣土。

旋挖钻机上车钻孔作业时，钻头对准钻孔位置，根据垂直度检测情况手动或自动调节钻桅垂直度，操纵动力头驱动马达旋转，经减速机、驱动套带动钻杆、钻头实现旋挖作业。适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、沙土层及含有部分卵石、碎石的地层。输电线路旋挖钻机为全液压驱动、电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度保证钻孔质量，具有自动化程度高、成孔速度快、质量高的特点。旋挖钻机采用轮胎和履带两种行走方式，适合各种工况，行走较为方便，机动灵活，对桩孔定位准确、方便。

2.2 大开挖基础土方的施工机械

大开挖专用挖掘机采用铲斗挖掘高于或低于地面的土方，将土方装入运输车辆或卸至堆料场。采用全液压系统控制，开挖土方量大。挖掘机适用于输电线路联合大板基础、直柱板式基础、斜柱插入式基础、钻孔灌注桩承台等开挖式基础一切土石方的开挖，在本工程中主要用于举溪变、虎丘变附近地势较低、地下水位较高的大开挖基础的土方开挖，本工程推荐采用XE150D 型挖掘机，其整机体积最小，爬坡能力与其他型号相同，仅标准斗容量略小，但本工程中使用的塔基基础少，且基础尺寸小，不影响整体工期。

表2 部分挖掘机参数表

2.3 组合式岩石锚杆钻机

组合式岩石锚杆钻机用于输电线路岩石锚杆基础钻孔施工。钻机由钻架（包括架体、钻杆、动力头、底座）、操作台、空气压缩机及液压泵站组成。底盘用以锚固钻杆、定位钻孔，钻架可与底盘联成整体，作为钻孔动力头导向轨道。钻架备有升降装置（油缸、链条等），控制动力头的上下移动。动力头由液压马达提供回转动力，其下端可连接钻杆及由压缩空气驱动的潜孔冲击器。专用的液压泵站为动力头的升降、回转提供动力。轮胎式和履带式两种行走方式适用于本工程中的各种地形地貌。故推荐组合式岩石锚杆钻机作为本工程的岩石基础施工机械。

2.4 混凝土搅拌

混凝土搅拌站是用来集中搅拌混凝土的联合装置，又称混凝土预制场。混凝土搅拌站主要由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料贮存系统和控制系统等5大系统和其他附属设施组成。由于楼骨料计量与站骨料计量相比，减少了四个中间环节，并且是垂直下料计量，节约了计量时间，因此大大提高了生产效率。由于它的机械化、自动化程度较高，所以生产率也很高，并能保证混凝土的质量和节省水泥，常用于混凝土工程量大、工期长、工地集中的大、中型水利、电力、桥梁等工程。