落地抱桿分解組立LV型鐵塔的施工方案

郎福堂，李春波，梅豐

(北京送變電公司，北京市，102401)

0 引言

750 kV西寧—日月山—烏蘭輸電線路工程中第Ⅱ－1標(biāo)段共有5基LV40型拉線塔，其中4基呼高為42 m、全高為49.5 m、塔質(zhì)量為26.9 t;1基呼高為36 m、全高為43.5 m、塔質(zhì)量為25.4 t。

由于本標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)塔位大多位于平坦地帶，大部分LV40型拉線塔的組立采用160 t以上大型吊車整體起立的施工工藝。但受現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆废拗?，仍?基呼高為42 m的LV40型拉線塔不具備大型吊車進(jìn)場(chǎng)條件，無法用大型吊車整體立塔，因此現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件、鐵塔技術(shù)參數(shù)以及現(xiàn)有機(jī)具對(duì)這3基鐵塔的組立進(jìn)行了方案論證篩選，采用了落地抱桿分解組立LV型鐵塔的施工工藝。

1 鐵塔的設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程中呼高為42 m的LV40型拉線塔塔頭質(zhì)量為15.1 t、重心高為35.28 m、橫擔(dān)長(zhǎng)為43.2 m、V柱高為42 m，V柱與橫擔(dān)采用螺栓鉸接形式。

本工程中LV型鐵塔采用的2根腹桿成V字形，同時(shí)附4根雙拉線，拉線采用1×37－22.4－1570A型鍍鋅鋼絞線，配套NLY－300F型耐張線夾。LV40型鐵塔整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，各段質(zhì)量參數(shù)見表1。

圖1 42 m呼高LV型鐵塔Fig.1 LV-shaped iron tower of 42 m nominal height

2 組塔施工工藝的確定

由于3基LV塔不具備大型吊車進(jìn)場(chǎng)條件，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形、地貌條件及鐵塔技術(shù)參數(shù)的分析，對(duì)可選擇的4種施工工藝:落地抱桿分解組立、人字抱桿整體起立、外拉線內(nèi)懸浮抱桿分解組立和大型吊車整體起立，在工器具選型、場(chǎng)地條件、安全可控性、質(zhì)量可控性［1-4］等4個(gè)方面進(jìn)行了比較，具體情況見表2。

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由表2可見，除了大型吊車整體起立方案以外，落地抱桿分解組立在其余3種組立方式中最優(yōu)，具有可利用現(xiàn)存機(jī)具、施工場(chǎng)地和道路修整要求相對(duì)簡(jiǎn)單、安全可靠性高、施工質(zhì)量較易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此最終選定落地抱桿分解組立方案。

3 機(jī)具選擇

(1)工況分析:整基鐵塔分為6次吊裝，其中鐵塔V柱、橫擔(dān)中段前后片、橫擔(dān)邊段及地線吊架組合件各分2吊完成。據(jù)此，可按照以下3種工況選取機(jī)具:1)吊裝V形柱;2)吊裝橫擔(dān)中段塔片;3)吊裝橫擔(dān)邊段及地線橫擔(dān)組合件。按照上述3種工況對(duì)組塔機(jī)具分別進(jìn)行受力計(jì)算［3-4］，并按最大受力條件選擇組塔機(jī)具。

(2)控制繩的選擇:控制繩應(yīng)不少于2根，以保證塔片平穩(wěn)提升，控制繩的合力為

式中:G為被吊構(gòu)件的重力，kN;F為控制繩的靜張力，kN;β1為起吊滑車組與垂線間的夾角，即為起吊滑車組軸線與抱桿軸線間的夾角減去抱桿的傾斜角，(°);ω 為控制繩對(duì)地夾角，(°)。

(3)起吊繩(起吊滑車組)的選擇:起吊繩的合力為

式中T為起吊滑車組的合力，kN。

(4)牽引繩的選擇:牽引繩的靜張力為

式中:T0為牽引繩的靜張力，kN;T為起吊滑車組的合力，kN;n為起吊滑車組鋼繩的工作繩數(shù);η為滑車效率，取η=0.96。

(5)抱桿落地拉線選擇:抱桿設(shè)置4條落地拉線，且按線路方向?qū)ΨQ布置。在起吊構(gòu)件時(shí)，只考慮2根主要拉線的受力，2根拉線的不平衡系數(shù)取為1.3，合力為

式中:Ph為2根主要受力拉線合力，kN;γ為落地拉線合力線與地面間的夾角，(°);δ為抱桿在受力平面內(nèi)的傾角，(°)。

(6)抱桿受力計(jì)算及強(qiáng)度校核:抱桿軸心的壓力［5］為

式中N0為抱桿的軸心壓力，kN。

按照文獻(xiàn)［3］的規(guī)定，抱桿軸心承壓時(shí)的穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于2.5;偏心受壓時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算其強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性。按照文獻(xiàn)［4］的規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)抱桿整體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)細(xì)比為120～150。

本工程選用□1 000 mm型全鋼抱桿，在組立鐵塔V柱時(shí)，抱桿高度選用43.8 m，其長(zhǎng)細(xì)比為113，最大允許偏心抗壓為270 kN;在組立鐵塔橫擔(dān)及地線支架時(shí)，抱桿高度選用61.8 m，其長(zhǎng)細(xì)比為143，最大允許偏心抗壓為145 kN。

(7)分解組立LV塔的機(jī)具選擇:本工程采用落地抱桿分解組立LV塔受力計(jì)算的結(jié)果及主要機(jī)具選擇見表3。

表3 落地抱桿分解組立LV塔主要機(jī)具選擇及受力計(jì)算Tab.3 Machine selection and stress calculation of decomposition assembly for LV-shaped iron tower

4 落地抱桿分解組立的工藝流程

4.1 工藝流程

組立LV型拉線鐵塔施工分為9個(gè)步驟，工藝流程如圖2 所示［6-7］。

圖2 LV型塔分解組立的工藝流程Fig.2 Process of decomposition assembly for LV-shaped iron tower

4.2 施工步驟

(1)施工準(zhǔn)備:包括工器具準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)地錨埋設(shè)、塔材運(yùn)輸、技術(shù)培訓(xùn)等。

(2)塔材地面組裝:包括V形立柱、中導(dǎo)線橫擔(dān)和邊導(dǎo)線橫擔(dān)、地線支架組合件的地面組裝。

(3)整體(或部分)起立主抱桿:利用人字抱桿整體(或部分)起立主抱桿。

(4)吊裝鐵塔V形柱:分別吊裝LV塔左右V形立柱，并用臨時(shí)拉線固定。

(5)續(xù)接主抱桿至需要高度:利用鋼管抱桿逐節(jié)續(xù)接主抱桿直至吊裝鐵塔橫擔(dān)所需要的高度。

(6)分片吊裝中橫擔(dān)前后片:分前后片吊裝中橫擔(dān)。

(7)吊裝邊橫擔(dān)及地線支架組合:利用旋轉(zhuǎn)就位法吊裝兩側(cè)邊橫擔(dān)及地線支架組合構(gòu)件。

(8)安裝永久拉線:采用裝配式永久拉線安裝工藝或比量法安裝工藝安裝永久拉線。

(9)拆除抱桿:采用先分段拆除再整體拆除的綜合拆除法，拆除組塔抱桿。

5 操作要點(diǎn)

5.1 場(chǎng)地規(guī)劃與平整

(1)組裝場(chǎng)地及抱桿坐落點(diǎn)必須平整。

(2)地面組裝時(shí)鐵塔左、右V形柱和中橫擔(dān)前后片均組裝在橫線路方向上，且應(yīng)盡量靠近基礎(chǔ);左、右導(dǎo)線邊橫擔(dān)及地線支架組合件布置在安裝位置在地面的投影處［8-9］，如圖3所示。

圖3 地面組裝Fig.3 Ground assembly

5.2 抱桿組立

主抱桿根部落地點(diǎn)的布置應(yīng)根據(jù)抱桿3種作業(yè)工況條件下，抱桿傾斜角度、起吊高度及抱桿自身與已組裝完成的塔材在空間的相對(duì)位置等因素而決定，本方案中取為6 m。

先利用□500 mm×20 m人字抱桿輔助起立□1 m×43.5 m主抱桿，亦可根據(jù)地形條件首先組立部分□1 000 mm主抱桿，然后再利用φ80 mm×9 m鋼管抱桿將主抱桿逐節(jié)接續(xù)至所需要的高度。

在抱桿起吊構(gòu)件前，應(yīng)根據(jù)需要調(diào)整抱桿落地拉線的長(zhǎng)度，調(diào)整其傾角和傾斜方位，使抱桿頭部?jī)A斜至被吊件位置的正上方。當(dāng)抱桿傾角滿足吊裝要求后，應(yīng)將抱桿拉線滑輪組收緊，并將尾繩固定。

5.3 V形柱的起立

鐵塔V形柱采用2點(diǎn)吊裝法，吊點(diǎn)位置應(yīng)位于V柱結(jié)點(diǎn)，2吊點(diǎn)合力線應(yīng)通過吊件重心;還應(yīng)校核V形柱整體及吊點(diǎn)局部強(qiáng)度，確認(rèn)吊點(diǎn)位置是否合理［8］。鐵塔 V 形柱全長(zhǎng) 42.088 m，2吊點(diǎn)分別選在距上端部8.8和24.8 m處，吊點(diǎn)間距為16 m。

為使抱桿頂端位于起吊側(cè)V形柱重心位置正上方，本方案規(guī)定:在吊裝V形柱時(shí)，抱桿傾角為10°，抱桿頂部位于中心樁橫線路方向6 m處。

先吊起一側(cè)V形柱，使其接近最終狀態(tài)，在底部高過基礎(chǔ)地腳螺栓后，用控制繩調(diào)整V形柱的塔腳鍋體孔，使其對(duì)準(zhǔn)基礎(chǔ)球體上的定位地腳，緩慢松出磨繩，使塔腳鍋體入位到基礎(chǔ)球體之上，最后在經(jīng)緯儀的監(jiān)控下調(diào)整4根臨時(shí)拉線，使V形柱傾斜至設(shè)計(jì)角度。

安裝“鏈襠拉線”:在2根V形立柱的上端主材之間用GJ－80鋼絞線串接50 kN雙鉤緊線器，形成“鏈襠拉線”，用于調(diào)節(jié)V形立柱開口。

為了避免鐵塔V形柱內(nèi)側(cè)的臨時(shí)拉線影響鐵塔中橫擔(dān)塔片的吊裝，可以在吊裝鐵塔橫擔(dān)之前，將其轉(zhuǎn)換成T形拉線。即在V形柱頂端分別向塔內(nèi)側(cè)方向打設(shè)1根臨時(shí)拉線，以此替代鐵塔V形柱內(nèi)側(cè)2根設(shè)在45°方向的臨時(shí)拉線，最終形成T形拉線，但需要注意該內(nèi)側(cè)拉線應(yīng)確保不掛碰對(duì)側(cè)鐵塔V形柱。

由“鏈襠拉線”和V形立柱T形臨時(shí)拉線組成防傾覆系統(tǒng)，以確保鐵塔V形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。待防傾覆拉線系統(tǒng)安裝完畢后，拆除V形柱起吊系統(tǒng)。

V形柱就位后，使用經(jīng)緯儀對(duì)V形柱正側(cè)面監(jiān)測(cè)，微調(diào)整6根臨時(shí)拉線，使V形柱正側(cè)面傾斜角度、V形柱頂端間距和柱頂高差符合設(shè)計(jì)要求，并使所有拉線松緊適當(dāng)。

5.4 中橫擔(dān)的吊裝

在吊裝鐵塔導(dǎo)線中橫擔(dān)之前，首先將□1 m主抱桿由43.5 m續(xù)接到61.5 m。

主抱桿續(xù)接的方法是［10］:先在抱桿標(biāo)準(zhǔn)段上端(約40 m處)安裝一組抱桿替換拉線;拆除抱桿頭部落地拉線、起重索具和抱桿拔稍段;再用φ80 mm×9 m鋼管抱桿逐節(jié)續(xù)接□1 m主抱桿;最后再次將抱桿拔稍段、起重索具和抱桿頭部落地拉線安裝到位;拆除抱桿替換拉線。

由于LV形鐵塔橫擔(dān)質(zhì)量相對(duì)較大，因此受抱桿吊重能力的限制，需要采取分片和分段吊裝的方式。根據(jù)LV形鐵塔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，先吊裝中橫擔(dān)前后片，再吊裝邊橫擔(dān)和地線支架組合件。在吊裝中橫擔(dān)前后片前，需要使用φ250 mm×15 m鋼管對(duì)橫擔(dān)中段吊片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

中橫擔(dān)前后片吊裝時(shí)，使用4點(diǎn)吊裝法并采用100 kN“吊梁”進(jìn)行吊裝，橫擔(dān)吊點(diǎn)應(yīng)選擇在橫擔(dān)主材節(jié)點(diǎn)位置。

在起吊過程中，當(dāng)中橫擔(dān)吊片略高出V形立柱頂端時(shí)，調(diào)整地面控制繩和起吊繩，使橫擔(dān)一側(cè)首先就位，然后調(diào)整另一側(cè)的控制繩和起吊繩，使橫擔(dān)另一側(cè)就位，必要時(shí)可以調(diào)節(jié)“鏈襠拉線”微調(diào)V形柱間距，輔助橫擔(dān)就位。

起吊時(shí)，為防止先吊裝的橫擔(dān)片就位后發(fā)生傾覆事故，應(yīng)采取以下措施:(1)在已就位橫擔(dān)片端頭前后各設(shè)置一根防傾覆臨時(shí)落地拉線;(2)一側(cè)橫擔(dān)片就位后，將起吊繩綁扎在抱桿頭部，作為“防傾覆二防”，橫擔(dān)吊裝實(shí)景如圖4所示。

圖4 橫擔(dān)吊裝實(shí)景Fig.4 Real image of cross arm's hanging

5.5 邊導(dǎo)線橫擔(dān)及地線支架組合件的吊裝

將邊導(dǎo)線橫擔(dān)和地線支架組合在一起進(jìn)行吊裝。組合吊件應(yīng)在安裝位置的地面投影點(diǎn)附近進(jìn)行地面組裝，此組合構(gòu)件組裝方式為:導(dǎo)線邊橫擔(dān)和地線支架在地面分別組裝成形后，將地線支架置于邊導(dǎo)線橫擔(dān)平面之上，安裝在2構(gòu)件結(jié)合部前后聯(lián)板上的2顆螺栓，使其進(jìn)行可靠連接、呈剪刀狀。

在組合件空中就位后，地線支架將以此2顆螺栓為軸旋轉(zhuǎn)就位，吊裝布置如圖5所示。

圖5 邊橫擔(dān)及地線支架組合構(gòu)件的起立過程Fig.5 Uprising process of composite members of edge part of the cross arm and ground support

構(gòu)件采用2點(diǎn)吊裝形式，吊點(diǎn)設(shè)置應(yīng)保證被吊構(gòu)件處于“外側(cè)上翹”狀態(tài)。構(gòu)件應(yīng)先就位導(dǎo)線橫擔(dān)下主材，再“下旋就位”導(dǎo)線橫擔(dān)上主材，從而規(guī)避“上旋就位”的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了保證吊點(diǎn)位置正確，在正式吊裝之前，應(yīng)首先進(jìn)行試吊。

邊導(dǎo)線橫擔(dān)就位并緊固好相應(yīng)螺栓后，將起吊繩移至地線支架頂端位置，收緊磨繩，使地線支架向上旋轉(zhuǎn)就位。

5.6 拉線安裝

當(dāng)已組立鐵塔的輔助材料安裝齊全且螺栓緊固合格后，即可以安裝永久拉線。永久拉線安裝完成前臨時(shí)拉線不得拆除。

5.7 抱桿的拆除

在永久拉線安裝完畢后，即可拆除組塔抱桿。由于抱桿較高、較重，因此可以采取分部拆除的方法，即先利用φ80 mm×9 m鋼管抱桿將主抱桿逐節(jié)拆除至40 m左右的高度，然后利用已經(jīng)組立完畢的鐵塔將剩余抱桿整體放到地面。

6 結(jié)語(yǔ)

在2011年5月15—30日期間，750 kV西寧—日月山—烏蘭輸電線路工程中采用落地抱桿分解組立的施工方法成功完成了3基LV形鐵塔的組立工作，其進(jìn)度、質(zhì)量、安全情況均達(dá)到了既定目標(biāo)。

該工藝可充分利用現(xiàn)有規(guī)格的抱桿及配套工器具，不需要修筑可供大型設(shè)備進(jìn)出的施工道路，占地面積小，節(jié)省了大量青苗賠償費(fèi)用和施工道路修筑費(fèi)用，因此能夠有效解決因施工道路和施工場(chǎng)地局限，大型吊車不能到位時(shí)LV形鐵塔組立的施工難題。

另外由于該工藝使用的是傳統(tǒng)的大截面抱桿及配套機(jī)具，對(duì)運(yùn)輸?shù)缆芳艾F(xiàn)場(chǎng)地形條件要求不高，能夠最大限度地減少對(duì)植被的破壞，有利于對(duì)西北地區(qū)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)。

隨著特高壓輸變電建設(shè)高潮的到來，造價(jià)相對(duì)低廉的拉線塔還將陸續(xù)在西北地區(qū)應(yīng)用，因此針對(duì)大型拉線塔組立進(jìn)行類似施工工藝的研究和推廣適應(yīng)了輸變電建設(shè)發(fā)展的需要，具有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］DL/T 5342—2006 750 kV架空送電線路鐵塔組立施工工藝導(dǎo)則［S］.

［2］DL/T 875—2004輸電線路施工機(jī)具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)基本要求［S］.

［3］GB 50389—2006 750 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［4］Q/GDM 121—2005 750 kV架空送電線路施工質(zhì)量檢驗(yàn)及評(píng)定規(guī)程［S］.

［5］李博之.高壓架空輸電線路施工技術(shù)手冊(cè):桿塔組立計(jì)算部分［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［6］李慶林.架空送電線路鐵塔組立工程手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［7］尚大偉.高壓架空輸電線路施工操作指南［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

［8］岑阿毛.輸配電線路施工技術(shù)大全［M］.昆明:云南科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［9］黃成云，丁宗保，馮海青.500 kV輸電線路兩柱式鋼管塔施工［J］.電力建設(shè)，2009，30(3):38-40.

［10］馬鳳臣，王洪英，丁寶民.750 kV線路工程LV鐵塔組立施工方法［J］.輸變電施工技術(shù)，2011(4):21-25.