V型拉線塔在750kV輸電線路工程中的應(yīng)用

楊磊，吳彤，郝陽，任光榮，賀立齋

(西北電力設(shè)計(jì)院，西安市，710075)

0 引言

青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程作為國家2010年西部大開發(fā)新開工的23項(xiàng)重點(diǎn)工程之一，其交流部分:750kV西寧—日月山—烏蘭—柴達(dá)木輸電線路工程地處青藏高原柴達(dá)木盆地邊緣，沿線地形主要為草原和戈壁，地勢較為平坦，人煙稀少，為拉線塔的使用提供了得天獨(dú)厚的自然條件。

本著“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的工程建設(shè)原則，本文開展了拉線塔專題研究，并首次在工程建設(shè)中大量采用了V型拉線塔，大幅節(jié)省了工程投資，有效保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，減少了水土流失，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

1 拉線塔選型

拉線塔一般由塔頭、主柱、拉線3個(gè)部分組成。塔頭和主柱一般由角鋼組成的空間桁架構(gòu)成，有著良好的整體穩(wěn)定性，能承受較大的軸向壓力;拉線由高強(qiáng)度鋼絞線做成，能承受很大的拉力。2種材料各取所長，充分發(fā)揮各自的強(qiáng)度特性，因此使得拉線塔能降低材料耗用量。常用的拉線塔型式包括V型拉線塔(拉V塔)、拉門塔(LM 塔)、拉線懸索塔(LXS 塔)、拉貓塔等［1-2］，如圖1所示。幾種拉線塔的優(yōu)缺點(diǎn)及工程應(yīng)用情況見表1。

圖1 拉線塔Fig.1 Sketch of guyed tower

表1 常用拉線塔優(yōu)缺點(diǎn)分析Tab.1 Analysis of common guyed towers

從上述分析可以看出，各種拉線塔具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用條件，考慮到本工程沿線人煙稀少，有大片草原和戈壁，并不存在征地費(fèi)用大的問題，且工程沿線交通條件相對較好，因此本工程推薦采用V型拉線塔。

2 V型拉線塔設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程的氣象條件，結(jié)合同類地區(qū)330kV拉V塔的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃設(shè)計(jì)了LV30和LV40共2種拉V塔，具體設(shè)計(jì)條件:LV30海拔為3 000m，LV40海拔為4 000m;風(fēng)速為27m/s;覆冰10 mm;呼高為36、39、42m;水平檔距為480m，垂直檔距為650m;kv系數(shù)為0.8。

2.1 塔頭設(shè)計(jì)

拉V塔導(dǎo)線采用“IVI”串型布置，其導(dǎo)線布置和“酒杯”型自立塔相似，導(dǎo)地線水平位移、導(dǎo)地線間垂直距離和保護(hù)角等均按照文獻(xiàn)［3-4］相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此不再贅述。相同使用條件的自立式鐵塔和拉V塔的典型塔頭布置如圖2所示，單位:m。

圖2 塔頭布置Fig.2 Arrangement of tower head

從圖2中可以看出，自立式鐵塔塔寬(中相與邊相距離)20.8m，V型拉線塔塔寬23.6m，較自立塔寬2.8m，約13.5%，主要是受立柱和拉線布置影響，無法布置得非常緊湊;但由于拉線塔均使用在戈壁、草原等走廊不受限制地區(qū)，因此塔寬不是線路設(shè)計(jì)的主要控制因素。

2.2 拉線點(diǎn)位置選擇

拉V塔的拉線點(diǎn)設(shè)置一般有2種方法:第1種是作用在橫擔(dān)下平面與立柱交點(diǎn)的內(nèi)側(cè)第1節(jié)間隔面上，如圖3(a)所示;第2種是作用在橫擔(dān)下平面與立柱相交的隔面位置，如圖3(b)所示。用Tower軟件對上述2種方法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明采用第1種方法的拉V塔比第2種要輕2%～4%，且結(jié)構(gòu)傳力清晰，受力明確，因此設(shè)計(jì)拉V塔時(shí)將拉線點(diǎn)設(shè)置在橫擔(dān)下平面與主柱交點(diǎn)的內(nèi)側(cè)第1節(jié)間隔面上［2］。

圖3 拉線點(diǎn)位置Fig.3 Sketch of guyed position

2.3 拉線及拉線金具設(shè)計(jì)

經(jīng)荷載計(jì)算，拉V塔共需4組拉線，每組拉線由2根1×37－22.4－1570鍍鋅鋼絞線組成，其參數(shù)［5］見表2，拉線結(jié)構(gòu)見圖4。

37股的鋼絞線在工程實(shí)際中應(yīng)用相對較少，市場上幾乎沒有與之配套的拉線金具，設(shè)計(jì)過程中多次與拉線廠家、金具廠家溝通，最終成功研制出了符合本工程需要的拉線及拉線金具，并在中國電力科學(xué)研究院良鄉(xiāng)桿塔試驗(yàn)站順利通過了材料試驗(yàn)。工程中采用的拉線金具如圖5所示。

表2 1×37－22.4－1570鍍鋅鋼絞線參數(shù)Tab.2 Parameters of stranded galvanized steel wire(1×37－22.4－1570)

2.4 拉V塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

拉V塔基礎(chǔ)分拉線基礎(chǔ)和立柱基礎(chǔ)，拉線基礎(chǔ)相對簡單，在基礎(chǔ)施工過程中只需將拉線棒預(yù)埋到拉線基礎(chǔ)中即可［6］。

拉V塔計(jì)算時(shí)，立柱與立柱基礎(chǔ)按鉸接處理，在立柱基礎(chǔ)施工時(shí)，在基礎(chǔ)頂面預(yù)埋2塊用20 mm厚鋼板做成的半圓形鍋狀底座，底座中心各預(yù)埋1根直徑為30 mm的防滑螺栓;在立柱下方焊接1塊直徑稍大的半圓形鍋狀底座，立柱底座和基礎(chǔ)底座通過預(yù)埋在基礎(chǔ)中的防滑螺栓連接，形成立柱和基礎(chǔ)的鉸接點(diǎn)［7］，如圖6 所示。

3 V型拉線塔施工

在以往拉V塔的施工過程中，經(jīng)常會(huì)由于施工方法不當(dāng)而導(dǎo)致立柱彎曲［8］。為此參考國內(nèi)外拉線塔的施工經(jīng)驗(yàn)，組塔時(shí)將地面整平、將主柱順直、螺栓緊固到位，起吊時(shí)采用2臺(tái)吊車整體起吊，主吊車起吊點(diǎn)設(shè)在塔頭部位，輔助吊車起吊點(diǎn)設(shè)在立柱下方，起吊時(shí)2臺(tái)吊車配合使用，防止起吊時(shí)立柱受力彎曲。采用這種方法組立拉V塔，很好地解決了拉V塔立柱彎曲的問題，起吊安裝如圖7所示。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

選取本工程中相同設(shè)計(jì)條件的拉V塔和自立式鐵塔進(jìn)行比較，在相同的地質(zhì)條件下，鐵塔質(zhì)量及基礎(chǔ)材料用量見表3。

從表3可以看出，單基拉V塔相比自立式鐵塔質(zhì)量可降低5.122 t，約16%，本工程共使用拉V塔755基，共節(jié)約鋼材約3 867 t，材料費(fèi)節(jié)省約2 784萬元，施工費(fèi)用節(jié)省約825萬元。

拉V塔基礎(chǔ)由1個(gè)立柱基礎(chǔ)和4個(gè)拉線基礎(chǔ)組成，經(jīng)計(jì)算，單基拉線塔基礎(chǔ)混凝土總量為27.9m3，鋼筋為3.389 t;單基自立式鐵塔基礎(chǔ)混凝土總量為28m3，鋼筋為3.296 t?？梢娎€塔基礎(chǔ)材料量和自立式鐵塔相比，混凝土量相當(dāng)，鋼筋量增加約3%，相差不大。

表3 拉V塔經(jīng)濟(jì)性分析Tab.3 Economic analysis of guyed V tower

此外，相比自立式鐵塔，拉V塔施工方便快捷。經(jīng)調(diào)查，1個(gè)施工班組組立1基自立式鐵塔需4～5天，而組立1基拉V塔僅需1～2天時(shí)間，施工時(shí)間大為縮減。

拉V塔基礎(chǔ)埋深淺、底板小、基礎(chǔ)土方量小。本工程布哈河沿線地下水埋深淺，施工時(shí)基坑降水困難，采用拉V塔，基礎(chǔ)尺寸減小，降低了施工難度，方便施工單位施工。同時(shí)，拉V塔基礎(chǔ)基坑的減小，也有效降低了基坑開挖及基坑排水過程中對塔基周圍植被的破壞，環(huán)保效益顯著。

5 結(jié)語

(1)在高電壓等級中采用V型拉線塔是可行的。

(2)V型拉線塔質(zhì)量相比自立式鐵塔可降低約16%，施工時(shí)間大為縮減，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(3)V型拉線塔基礎(chǔ)尺寸減小，可有效降低基坑開挖及基坑排水過程中對周圍植被的破壞，環(huán)保效益顯著。

［1］西北電力設(shè)計(jì)院.750kV西寧—日月山—烏蘭—柴達(dá)木設(shè)計(jì)總說明書［R］.西安:西北電力設(shè)計(jì)院，2008.

［2］西北電力設(shè)計(jì)院.拉線塔在750工程中的應(yīng)用［R］.西安:西北電力設(shè)計(jì)院，2008.

［3］GB 50545—2010 110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2010.

［4］DL/T 5154—2002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，2002.

［5］YB/T 5004—2001鍍鋅鋼絞線(中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993.

［6］DL/T 5219—2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［7］GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［8］GB 50389—2006 750kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2007.