黃河跨越段架線施工相關計算探討

劉志清，劉建平，林本森，劉 寧，張曉亮

（1.國網山東省電力公司，山東 濟南 250001；2.山東送變電工程有限公司，山東 濟南 250118；3.國網山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276000）

0 引言

榆橫—濰坊工程是國家大氣污染防治行動計劃“四交四直”特高壓工程之一的輸電通道，是華北特高壓交直流主網架的重要組成部分，也是迄今為止輸電距離最長的特高壓交流工程，提高陜北、山西地區煤炭基地電力外送能力，滿足了山東電網負荷增長需求，實現更大范圍資源優化配置。

榆橫—濰坊工程山東段黃河跨越段是目前國內黃河跨度最長、鐵塔最高的工程。大跨越工程施工過程遇到的諸多難點，尤其是大跨越架線施工具有展放導線檔距長、弧垂大、導線單位質量重等特點，同時存在氣候條件不穩定、風振大、地質復雜等客觀因素，有必要對大跨越施工相關計算進行探討研究，為施工提供科學、經濟的參數依據，保證工程施工的順利進行，也為大跨越線路施工提供良好的借鑒。

大河、大江跨越段與普通段架線牽張力的計算依據不同，一般段架線牽張力計算是由導地線的破斷力反推力進行設備選擇［1］，跨越段的架線施工方案是根據控制點的弧垂的高低計算牽張力［2］進行設備選擇。

1 黃河跨越段工程簡介

黃河跨越點位于黃河下游濼口—利津窄河段。跨越段始于黃河以北濟南市濟陽縣仁風鎮12S023塔位，止于黃河以南濱州市鄒平縣碼頭鎮12S024塔位。

黃河大跨越長度為3.417 km，采用耐－直－直－直－耐跨越方式，共7基鐵塔，其中直線跨越塔3基，單回路耐張塔4基，跨越黃河檔距為1 315m。

黃河跨越段跨越塔基礎采用灌注樁+高承臺連梁形式，錨塔基礎采用灌注樁+低承臺形式。12S023與12S024基礎除灌注樁及承臺連梁外，還各包括2根沉降觀測樁，12S023配備13根防撞樁。本段跨越塔基礎混凝土總量為34 121.9m3，鋼筋總量為3 804.7 t。

跨越段鐵塔有3種型式，12S022、12S026塔型為MT，全高 81m，單基塔重 267 t；12S023、12S024 塔型為 SKT2，全高 204m，塔重約 1 678 t；12S025塔型為SKT1，全高 140m，塔重 953 t。

跨越段導線采用六分裂的JLHA1/G4A-640/170特強鋼芯高強鋁合金絞線，雙回線路采用逆相序排列。兩根光纜均采用48芯OPGW-300光纜。單回路錨塔與第一基跨越塔間增設JLB14-300鋁包鋼絞線。錨塔均采用6×550 kN盤型耐張絕緣子；12S023、12S024、12S025 跨越塔采用 4×550 kN 盤型懸垂絕緣子。錨塔的每相中間采用兩根管形母線作硬跳支撐，兩端引流線的一側通過與管母相連的2個三變一線夾和大跨越六分裂導線相連，另一側采用管母上2個四變一線夾與一般段八分裂導線相連。

2 黃河跨越段架線相關參數計算

2.1 黃河跨越段架線牽張力

1）明確最低弧垂控制的位置。本跨越段的限高點位于黃河北岸150m處的楊樹林，高度約為8m。以此高度設為跨越段的弧垂控制點，通過設定導線距地面安全高度，在牽引繩滿足安全系數的前提下，依次算出牽張力的大小。

2）選擇牽張場。根據圖紙可知，黃河跨越段的桿塔斷面12S023～12S026鐵塔逐漸降低，一方面從安全性角度出發，12S022小號側適合做牽引場，12S026大號側做張力場，另一方面從現場實際運輸角度，12S026進場道路較為方便，且占地方面容易協調更適合做張力場。故決定在12S021～12S022之間設定為牽引場，12S026～12S027之間設置為張力場。

3）跨越段牽張力的計算。因導線跨越處黃河不通航，以跨河檔黃河北岸楊樹林為控制點，依次以下相導線橫擔中的被牽引繩索弧垂最低點高于北岸楊樹林1m、10m、20m作為牽張力計算的依據。

按照限距要求，導線的水平張力

式中：T0為導線水平張力，N；G0為導線單位長度自重，N/m；L 為檔距長度，m；f為放線弧垂，m。

計及張力機出口張力，懸點高差引起的自重力，牽引導線通過放線滑車的綜合阻力、滑車數量以及牽引導線的根數等［3］因素，牽引力的水平分力計算公式為

式中：PH為牽引力的水平分力，若場地布置符合要求，可近似地將水平分力當作牽引力，N；ε為滑車綜合阻力系數，計算牽引力時可取 1.012～1.015，計算取1.015；n為施工段內放線滑車總個數；m為同時牽放的子導線根數。

通過上述計算公式計算牽張力的大小，進而選擇牽張設備。

2.2 導線包絡角及垂直荷載

導線垂直荷載的計算是為選擇放線滑車及懸掛系統的工器具，包絡角的計算是為選擇滑車的懸掛方式。

包絡角

式中：H為架空線最低點水平張力，N；l1、l2為桿塔相鄰兩線檔檔距，m；ω為架空線單位長度自重力，N/m；h1、h2為相鄰線檔懸掛點高差，若共有桿塔較相鄰側桿塔懸掛點高，則h1、h2值取正，反之共有桿塔較相鄰側桿塔懸掛點低， 則h1、h2值取負；φ1、φ2為桿塔前后線檔掛點高差角，（°）；θ前為桿塔右側 （牽引側）架空線懸垂角，（°）；θ后為桿塔左側（張力側）架空線懸垂角，（°）；θ為導線在滑車上的圓心角 （即包絡角），（°）；α為滑車的水平轉角，即線路水平轉角，（°）。

直線塔垂直荷載

根據上述包絡角的計算公式，當包絡角大于30°時，需要懸掛雙滑車，然后驗證包絡角是否符合要求；根據垂直荷載的計算，選擇滑車懸掛配備的工器具的大小及型號。

2.3 地錨受力

根據設計地質勘探報告，黃河跨越段地基土主要由粉質黏土、黏土組成。地錨抗拔力計算地質條件取值如下［4］：

土質為粉質黏土，可塑；

土的單位容重 γ=1.6×10-3kg/cm3；

計算抗拔角Φ1=20°。

地錨抗拔力計算，可根據：

式中：d為地錨寬，m；l為地錨長，m；t為地錨套在土中的斜向長度，m；K為抗拔安全系數，取值2.5。

根據上述地錨抗拔力計算，合理配置固定設備所需要的地錨大小。

3 工程應用

通過上述計算，黃大跨越架線施工主牽引機選擇德國ZECK 28 t牽引機；主張力機選擇德國ZECK 24 t張力機，輪徑1 600mm，通過1牽2展放方式進行施工。

導引繩及牽引繩的展放是選用Φ3.5mm迪尼瑪繩為初級導引繩，采用八旋翼飛行器分段展放，連通后一牽一展放Φ6mm迪尼瑪繩。導線滑車中的Φ6mm迪尼瑪繩首先采用一牽三方式牽引3根Φ6mm迪尼瑪繩，分線后再采取一牽一方式分別牽引Φ16mm迪尼瑪繩、Φ18mm防扭鋼絲繩、Φ25mm防扭鋼絲繩及Φ28mm防扭鋼絲繩。導引繩和牽引繩的規格選用及牽放均滿足對地距離及安全系數的規定。

導線滑車根據DL/T371—2010《架空輸電線路放線滑車》的要求，選用輪徑1 040mm的三輪尼龍掛膠滑車，允許使用荷載200 kN，每基鐵塔均懸掛雙滑車。

主牽引機、主張力機地錨選用15 t大號地錨，埋深2.8m，抗拔力15.5 t，且每臺牽引機、張力機左右分別配置雙地錨。

黃河跨越段單根導線設計緊線張力約93 kN，故采用大牽引機逐根緊線的方式，張力場導線端頭壓接牽引管（牽引管設計允許拉力12 t，使用前已進行拉力試驗），利用Φ28mm防扭鋼絲繩配合28 t牽引機逐根緊線。

黃河跨越段架線采用一牽二的展放方式，每相導線六分裂分3次展放，左右兩回線路獨立展放。兩基跨黃河鐵塔高度217m，設計弧垂6 8m，是弧垂和牽張力的控制檔。一牽二導線的牽引力達13.5 t，張力達到7 t。緊線采用大牽引機逐根緊線，緊線張力實際達到9.4 t，牽引力約10.5 t，通過計算所選擇的工器具型號均滿足要求。

鑒于導線震動、舞動及展放過程異常動態系數等的影響，鐵塔受拉力較大，危險性較高，采取鐵塔補強，牽引機、張力機地錨加強，導線臨錨設置兩套錨線系統等必要措施。

4 結語

以跨越段的控制檔距的最低弧垂為切入點算出導地線所受的張力，反推牽引力。通過牽張機出口角度計算牽張機出口的最大牽張力，確定牽張設備型號。根據牽張場的布置情況及公司現有設備數量確定牽張方式。通過緊線牽張力確定工器具的型號。根據垂直荷載及包絡角的計算確定滑車型號及懸掛個數。核查錨塔兩側地質情況，計算牽張設備及導線臨錨的地錨型號大小等。

榆橫—濰坊工程線路工程山東段黃河跨越段3.417 km的雙回路六分裂特高強鋼芯高強鋁合金絞線，在7天內安全、順利地完成全部導地線展放。證明根據本文的受力計算分析選擇的設備、工器具滿足施工要求。