特高壓大跨越工程組塔施工工藝研究與應(yīng)用

桂和懷 李 凱 朱冠旻

(安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 231202)

1概述

特高壓代表了當今世界輸變電技術(shù)發(fā)展的最高水平，輸送距離遠、輸送容量大、可靠性要求高。根據(jù)國家電網(wǎng)建設(shè)總體規(guī)劃，到2020年“三華”同步電網(wǎng)將形成“五縱六橫”特高壓主網(wǎng)架，將建成±800 kV直流輸電項目20個，±1 100 kV直流輸電項目4個，交流線路5.1萬km，涉及多省份，將多次跨越大江、大河，跨越塔高、跨距、施工難度將越來越大，施工安全風(fēng)險將越來越高。

大跨越工程是輸電工程中的重點控制性工程，亦是特高壓電網(wǎng)建設(shè)中關(guān)鍵節(jié)點工程。

多年來,安徽送變電工程公司共施工了12個500 kV以上電壓等級的大跨越工程,其中6個為特高壓大跨越,在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先位置。

2 方案選取

2.1 靈紹線±800 kV特高壓長江大跨越工程跨越塔特點

靈紹跨越塔共2基，主體為鋼管結(jié)構(gòu)，全高280.2 m，橫擔(dān)長達46 m，重量達75 t，單基塔重近2 000 t。塔位中心設(shè)電梯井架。

該塔為國內(nèi)特高壓輸電最高塔。

2.2 以往大跨越組塔施工方案

安徽送變電工程公司在以往大跨越工程跨越塔組立采用懸浮搖臂抱桿進行組立，該抱桿的提升、拉線和承托系統(tǒng)工器具笨重、施工工藝復(fù)雜，對作業(yè)人員要求高，安全風(fēng)險大[1]。

2.3 定制2×16 t座地雙平臂抱桿

針對靈紹線長江大跨越的特點和難點，提出了平臂抱桿進行組立跨越塔施工方案，確定了抱桿性能參數(shù)。委托浙江建機廠定制2×16 t座地雙平臂抱桿。抱桿最大使用高度300 m；最大吊裝重量32 t；作業(yè)半徑為3.1 m～30 m。

3 工藝要點

2×16 t座地雙平臂抱桿由起升機構(gòu)、頂升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、腰環(huán)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成，抱桿總裝圖見圖1。

1)抱桿最終安裝高度286 m，不超過28 m設(shè)置1道腰環(huán)，共設(shè)置有21道腰環(huán)；

2)抱桿總重約250 t，采用大噸位雙液壓系統(tǒng)下頂升加節(jié)設(shè)計；

3)抱桿容許30%偏載；

4)吊臂重合區(qū)域40°滿足有效幅度內(nèi)所有位置吊裝。

4 創(chuàng)新點

4.1 大噸位雙平臂抱桿研制與應(yīng)用

2×16 t座地雙平臂抱桿在特高壓大跨越工程施工中首次應(yīng)用，吊裝能力最大。該抱桿各系統(tǒng)運行良好，顯著提高施工效率，大大減少高空作業(yè)量，為后續(xù)大跨越工程施工提供了很好的范例[2]。

4.2 采用抱桿視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1)視頻監(jiān)測高空作業(yè)人員行為，有效監(jiān)督作業(yè)人員規(guī)范操作，防止違章作業(yè)，保障作業(yè)人員安全。

2)視頻監(jiān)測抱桿吊鉤、變輻小車等抱桿關(guān)鍵部件運行狀態(tài)，有效保證吊裝設(shè)備完好運行狀態(tài)，避免設(shè)備故障帶來的安全風(fēng)險。

3)視頻監(jiān)測吊件姿態(tài)，能讓指揮人員直觀判斷吊件高空安裝就位距離，實現(xiàn)精準、快速就位，科學(xué)指揮，降低違章操作和違章指揮帶來的施工風(fēng)險。

4.3 采用抱桿智能監(jiān)控系統(tǒng)

1)抱桿智能監(jiān)控系統(tǒng)由多種傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、可視化人機對話操作界面等構(gòu)成(見圖2)。

2)抱桿智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了風(fēng)速傳感器、力傳感器等多種傳感器，能對施工作業(yè)允許風(fēng)速、抱桿允許吊重、抱桿允許彎矩等進行實時監(jiān)測，并能實時提出超限預(yù)警、報警，直至停止工作。保證各種工況均在預(yù)定允許范圍內(nèi)。進一步提高了抱桿安全性能。

3)抱桿智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了吊裝小車位移傳感器、吊鉤高度控制器等傳感器，能實時測量吊裝幅度、吊鉤高度、平臂回轉(zhuǎn)角度等抱桿狀態(tài)參數(shù)，顯示數(shù)值同時進行動態(tài)仿真演示，避免傳統(tǒng)方式靠經(jīng)驗判斷帶來的誤差，有效保障了指揮、操作的準確性、科學(xué)性。

4.4 施工方案可視化

將組塔的每個施工步驟、每項施工作業(yè)通過CAD,3D技術(shù)進行模擬。通過模擬工況，讓施工人員更清楚操作要求，指揮人員可以準確掌握施工狀態(tài)，實現(xiàn)直觀指揮、科學(xué)指揮，使吊裝施工更為安全可靠。

4.5 建立抱桿及跨越塔構(gòu)件模型，進行耦合計算

調(diào)查現(xiàn)場環(huán)境、收集氣象資料，采用ANSYS有限元分析軟件，對抱桿與塔身的連接關(guān)系、施工步驟進行模擬計算，獲得抱桿位移、抱桿應(yīng)力、腰環(huán)受力等相關(guān)數(shù)據(jù)，探究在組立施工時，耦合結(jié)構(gòu)中輸電線路鐵塔對抱桿力學(xué)性能的影響，采取措施解決鐵塔組立施工過程中已裝鐵塔對抱桿整體位移增大的不利影響。

4.6 根據(jù)施工工藝與設(shè)計協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)抱桿吊裝需要確定塔身分段，增加施工孔、安裝孔，確定超重橫擔(dān)分解吊裝方式，合理設(shè)置腰環(huán)，便于抱桿使用，使2×16 t座地雙平臂抱桿立塔施工工藝更為科學(xué)、有效。

4.7 采用壓密注漿工藝對設(shè)備基礎(chǔ)進行處理，提高基礎(chǔ)承載力

結(jié)合組塔階段的吊裝工況、大風(fēng)工況、偏載工況模擬分析計算對既有設(shè)備基礎(chǔ)的垂直荷載及水平荷載引發(fā)的破壞形式，并制定地基加固處理方案。創(chuàng)新采用壓密注漿工藝對原有設(shè)備基礎(chǔ)進行處理，提高基礎(chǔ)承載力，使其滿足2×16 t座地雙平臂抱桿對基座的要求，滿足抱桿組立吊裝需求，同時節(jié)約了基礎(chǔ)混凝土用量，減少施工費用。

地基加固方案：

1)墊層合并，統(tǒng)一采用C15+碎石墊層，厚度2 m，45°梯臺結(jié)構(gòu)。

2)增加墊層底部注漿層，5.5 m，45°梯臺結(jié)構(gòu)。

5 綜合效益分析

1)本工法已在靈州—紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程(長江大跨越標段)、淮南—南京—上海1 000 kV特高壓交流輸電線路工程(淮河大跨越標段)跨越塔組立施工中成功應(yīng)用，兩工程合計節(jié)約費用480.2萬元；

2)與傳統(tǒng)懸浮搖臂抱桿相比，單基同類型高塔組立工期由3.5個月縮短至2.5個月，施工效率提高近30%；

3)高空作業(yè)人數(shù)由32人減少至24人，高空作業(yè)人數(shù)減少25%；

4)減少了拉線、承托、提升裝置高空作業(yè)量，減少高空作業(yè)量30%以上，大大降低了施工風(fēng)險。

6 結(jié)語

本施工工藝已在靈州—紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程(長江大跨越標段)、昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程跨越塔組立施工中成功應(yīng)用。隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)、我國特高壓及跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，高塔跨越大江大河、湖泊港灣的可能性極大，本施工工藝具有較大的應(yīng)用前景。

參考文獻:

[1] 熊織明，鈕永華，邵麗東.500 kV江陰長江大跨越工程施工關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1)：28-34.

[2] 李慶林.特高壓輸電線路鐵塔組立抱桿的方案選擇[J].電力建設(shè)，2007，28(3)：29-33.