可旋轉座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿的研制及應用

葉建云,段福平,張江宏

(浙江省送變電工程公司，杭州市310016)

0 引言

500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程，全線大規模采用同塔三回路設計，三回路鐵塔的塔頭結構采用雙回鼓形橫擔疊加單回貓頭形式，左右各1個回路，上部1個回路。鐵塔具有整體高度高、底部根開大、整塔質量大等特點，且鐵塔質量集中在鐵塔下半部分。隨著鐵塔高度的增加，根開逐漸減少，鐵塔質量逐漸減小。其吊裝特點:鐵塔下半部分起重量要求高、吊裝幅度大;上半部分起重量相對小、吊裝幅度小。根據三回路鐵塔的結構特點，研制可旋轉座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿，根據鐵塔的根開及質量情況，選用座地雙搖臂工況進行鐵塔下半部分的吊裝，換用外拉線懸浮工況進行鐵塔上半部分的吊裝，以適應三回路鐵塔的吊裝要求。

1 抱桿設計主要技術參數

1.1 座地雙搖臂抱桿設計主要技術參數

抱桿主桿斷面為□900 mm，基本高度為39.2 m(回轉支承以上)，回轉支承以下再配置17 m，腰環設于回轉支承下部(即回轉支承下部配拉環);額定起吊質量為8 t;搖臂斷面為□600 mm，全長為15.4 m(可組合成13.4 m、12.4 m);起吊滑車組與鉛垂線夾角≤5°(沿搖臂方向);抱桿自由高度(即抱桿頂部至回轉支承處腰環距離)為39.2 m;外拉線對地夾角≤45°;控制大繩對地夾角≤45°;回轉角度為±100°;允許不平衡彎矩為392 kN·m;工作狀態風速為10.8 m/s。

1.2 外拉線懸浮抱桿主要設計參數

抱桿斷面為□900 mm，基本高度為42.7 m;額定起吊質量:90°方向吊裝6 t，45°方向吊裝4 t;抱桿傾角≤5°;起吊滑車組與鉛垂線夾角≤20°;外拉線對地夾角≤45°;控制大繩對地夾角≤45°;承托繩與鉛垂線夾角≤45°。

2 抱桿結構

2.1 座地雙搖臂抱桿結構

抱桿由上至下，由旋轉頭部、主桅桿、四通段、搖臂、標準節、回轉支承、鋼絲繩導向節、標準節、底座等結構組成。其中主桅桿由1節3 m頂段、4節3 m標準節、1節2 m節組成，四通段與回轉支承間連接7節3 m標準節。座地雙搖臂抱桿由外拉線系統、起吊系統、變幅系統、平衡系統、提升系統等組成，如圖1所示。

圖1 座地雙搖臂抱桿總體結構Fig.1 General structure of gin pole with seating-type and double rockers

(1)外拉線系統:外拉線采用φ15 mm鋼絲繩，雙道布置，上端連接于抱桿旋轉頭部，下端在地面收緊。

(2)起吊系統:采用1～2滑車組走4道磨繩，上滑車滑輪直接固定于搖臂頂部，下滑車采用同軸雙滑輪滑車。起吊磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩，磨繩從抱桿內部引下，由回轉支承底部的鋼絲繩導向節引出。

(3)變幅系統:采用2～3滑車組走6道磨繩，兩滑車均采用懸掛式。變幅磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩，磨繩從抱桿內部引下，由回轉支承底部的鋼絲繩導向節引出。

(4)平衡系統:與起吊系統布置相同。

(5)提升系統:利用鐵塔主材布置提升系統，提升滑車固定在鐵塔的四腿主材，提升繩采用φ15 mm鋼絲繩，經過抱桿底部懸掛的滑車共組成8道提升繩。

2.2 外拉線懸浮抱桿結構

抱桿由上至下，由旋轉頭部、主桅桿、四通段、標準節、底節等結構組成。其中主桅桿由1節3 m頂段、4節3 m標準節、1節2 m節組成，抱桿全高為42.7 m。外拉線懸浮抱桿由外拉線系統、起吊系統、承托系統、控制大繩系統、提升系統等組成，如圖2所示。

圖2 外拉線懸浮抱桿總體結構Fig.2 General structure of suspension gin pole with outside guy wire

(1)外拉線系統:外拉線采用φ15 mm鋼絲繩，雙道布置，上端連接于抱桿旋轉頭部，下端在地面收緊。

(2)起吊系統:采用1～2滑車組走4道磨繩，起吊磨繩采用6T(29)φ14 mm鋼絲繩。

(3)承托系統:共4組，均獨立布置，主繩選用φ21.5 mm鋼絲繩，雙道布置，通過100 kN雙鉤收緊。

(4)控制大繩系統:吊件控制大繩選用φ13 mm鋼絲繩，雙道布置。

(5)提升系統:利用鐵塔主材布置提升系統，提升滑車固定在鐵塔的2個對角主材上，提升繩采用φ15 mm鋼絲繩，經過抱桿底部懸掛的滑車共組成4道提升繩。

3 抱桿設計計算

3.1 懸浮抱桿計算

按照DL/T 5342—2006《750 kV架空送電線路鐵塔組立施工工藝導則》，并參照《架空送電線路施工手冊》等相關資料對其強度和穩定性進行計算［1-7］。

3.2 座地雙搖臂抱桿計算

座地雙搖臂抱桿計算采用SAP2000軟件進行有限元分析計算［8］，計算結果如圖3所示。

圖3 座地雙搖臂抱桿有限元計算結果Fig.3 Finite element calculation results of gin pole with seating-type and double rockers

4 抱桿試驗

4.1 試驗項目

根據DL/T 875—2004《輸電線路施工機具設計、試驗基本要求》等相關規程規范并結合抱桿具體設計要求，確定抱桿試驗項目［9-11］。

(1)懸浮抱桿試驗項目:額定載荷試驗、1.25倍額定載荷試驗。

(2)座地雙搖臂抱桿試驗項目:額定載荷試驗、1.25倍額定載荷試驗、不平衡彎矩試驗、空載回轉試驗。

4.2 試驗過程

抱桿試驗在錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路工程6270塔現場進行，該鐵塔塔型為ZKP32103－130。懸浮抱桿試驗在完成鐵塔19段(18 m)平臺吊裝后進行，按上述4.1(1)條所述的試驗項目分別進行試驗;座地雙搖臂抱桿試驗在完成鐵塔16段(26.8 m)吊裝后進行，按上述4.1(2)條所述的試驗項目分別進行試驗。

4.3 試驗結果

總結試驗現場情況并分析試驗測量數據，試驗實測數據均在抱桿設計允許范圍內，符合抱桿設計要求，抱桿試驗合格。

5 抱桿應用

以500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程TZT3型三回路塔為例，說明可旋轉座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿的應用。

TZT3型塔最大呼高為69 m，塔頭高度為51.2 m，全高為120.2 m，塔腳根開為22 m，塔身30 m以下主材采用四肢角鋼，30 m以上主材采用雙肢角鋼，整塔質量為171.728 t。TZT3型三回路塔塔頭結構采用雙回鼓形橫擔疊加單回貓頭形式，如圖4所示。

圖4 TZT3型三回路塔塔頭結構Fig.4 Structure of TZT3 triple circuit tower head

根據鐵塔的根開、質量和結構特點，塔身30 m以下采用座地雙搖臂抱桿分解吊裝，搖臂長度選用13.4 m，相應主桅桿配置高度為15 m;塔身30 m以上將座地雙搖臂抱桿轉換為外拉線懸浮抱桿，繼續進行分解吊裝。

5.1 座地雙搖臂抱桿起立

采用先起立抱桿后吊裝鐵塔方式。抱桿利用□350 m×17 m倒落式人字抱桿起立，抱桿起立基本高度為36.5 m。搖臂長度選用13.4 m，相應主桅桿配置高度為15 m;四通段與回轉支承之間配置5節3 m標準節，高度為15 m;回轉支承以下配置1節2 m鋼絲繩導向節和1節3 m標準節。

抱桿起立基本高度=旋轉頭部高度0.7 m+主桅桿高度15 m+四通段高度0.5 m+5節標準節高度15 m+回轉支承高度0.3 m+鋼絲繩導向節高度2 m+1節標準節高度3 m=36.5 m。

5.2 座地雙搖臂抱桿提升

抱桿提升時至少使用2道腰環，腰環間距≥10 m，抱桿布置在鐵塔中心，提升前調整抱桿至正直狀態，按圖1所示布置提升系統。提升過程中隨時觀察抱桿的正直情況，將外拉線徐徐松出以調整抱桿正直度，當回轉支承與腰環發生干擾時，設置過渡腰環;抱桿提升到位后，打設回轉支承處腰環繩，固定外拉線，松弛提升用的腰環繩后即可進行吊裝。

5.3 座地雙搖臂抱桿旋轉

抱桿在空載狀態下旋轉，即兩副搖臂的起吊及變幅系統均處于松馳狀態下旋轉，通過在地面上拉動兩側起吊滑車組實現抱桿的旋轉，抱桿在±90°范圍之間往復旋轉。

5.4 座地雙搖臂抱桿吊裝鐵塔

采用一側起吊，對側平衡方式吊裝鐵塔。當一側起吊時，對側的起吊、變幅系統用鏈條葫蘆收緊，在吊裝過程中根據抱桿的傾斜情況隨時調整對側的平衡鏈條葫蘆，使抱桿保持正直。30 m以下塔身吊裝時，先吊裝主材，后吊裝斜材，如圖5所示。

圖5 座地雙搖臂抱桿吊裝鐵塔塔身Fig.5 Hoisting tower using gin pole with seating-type and double rockers

5.5 座地雙搖臂抱桿轉換為懸浮抱桿

塔身30 m以下吊裝完成后，進行座地雙搖臂抱桿轉換為懸浮抱桿操作。收緊變幅滑車組，將搖臂收至垂直狀態;在座地雙搖臂抱桿主桅桿頂部的起吊導向滑輪上布置φ15 mm鋼絲繩，一端綁扎于搖臂上，另一端經塔身導向滑車、抱桿底座導向滑車引至絞磨;拆除保險繩、變幅滑車組等，利用絞磨配合拆除搖臂下放至地面。

按座地雙搖臂抱桿提升的逆程序，依次拆除回轉支承以下的3 m標準節、鋼絲繩導向節以及回轉支承，保留回轉支承以上的標準節、四通段、主桅桿及旋轉頭部。繼續提升抱桿安裝懸浮抱桿的3 m標準節及3.5 m底節(此時懸浮抱桿的基本高度=旋轉頭部高度0.7 m+主桅桿高度15 m+四通段高度0.5 m+5節標準節高度15 m+1節標準節高度3 m+底節高度3.5 m=37.7 m)，完成懸浮抱桿的起吊滑車組穿引工作，此時抱桿仍呈座地狀態。然后拆除座地雙搖臂抱桿的提升系統，布置懸浮抱桿的提升系統，采用后者進行抱桿的提升及懸浮操作。

5.6 懸浮抱桿吊裝鐵塔

5.6.1 塔身吊裝

30 m以上塔身吊裝時，在分段質量較大的情況下，先吊裝主材，后吊裝斜材，如圖6所示;在分段質量較小的情況下，采用分片吊裝的方式。

圖6 懸浮抱桿吊裝鐵塔塔身Fig.6 Hoisting tower using suspension gin pole

5.6.2 貓頭下曲臂吊裝

貓頭部分的下曲臂按左右兩側分別吊裝，單側曲臂上下分段分2次吊裝。一側曲臂吊裝后，在反側打好落地拉線，以穩定吊裝好的曲臂，待兩側曲臂就位后，在下曲臂頂部左右對綁鋼絲套并用雙鉤收緊，以便于上曲臂就位和保險之用。

5.6.3 貓頭上曲臂及橫擔吊裝

上曲臂與橫擔及地線頂架按前后分片組成一體進行吊裝，并用不小于0.7L(L為橫擔長度)的大橫木進行補強，采用4點起吊，如圖7所示。

圖7 貓頭上曲臂及橫擔吊裝Fig.7 Hoisting of bent arm and cross arm of“cat head”type tower

5.6.4 鼓形橫擔吊裝

鼓形橫擔的上層橫擔利用地線頂架吊裝，中層及下層橫擔利用上層橫擔進行吊裝，各橫擔吊裝定滑車的布置點利用抱桿進行補強。

5.7 懸浮抱桿拆除

鐵塔吊裝結束后，連接塔身的連鐵，并將塔身螺栓緊固后，按懸浮抱桿提升的逆順序降低抱桿高度。當抱桿降至其頂部低于塔身頂部后，采用拎吊法，將抱桿自塔身內松至地面，然后由下向上逐節拆除。

6 結語

對于可旋轉座地雙搖臂與外拉線懸浮混合抱桿，當采用座地雙搖臂抱桿時，具有吊裝幅度大、起吊質量大等優點，且可根據鐵塔結構變化靈活轉換為懸浮抱桿，有效降低抱桿整體質量，操作更為便捷，并有效結合了多回路鐵塔的結構特點。在500 kV秦山核電站送出至海寧變電站輸電線路工程的實際應用中，取得了較好的效果，降低了勞動作業強度及施工成本，立塔工效高，對同類型的鐵塔組立有較好的推廣前景。

［1］DL/T 5342—2006 750 kV架空送電線路鐵塔組立施工工藝導則［S］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］李慶林.架空送電線路施工手冊［M］.北京:中國電力出版社，2002.

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