±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程鐵塔組立方案分析

韓啟云，單長孝，汪以文，關紹峰

(安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230022)

昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電工程(以下簡稱：吉泉線)是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的特高壓輸電工程，這對于送變電施工單位既是機遇，更是挑戰。安徽送變電工程有限公司由于沒有±1 100 kV特高壓直流輸電工程的施工經驗可借鑒[1-3]，故從工程建設開始，公司就加大技術力量和資源投入，鼓勵技術革新，以“保障施工為目的、技術創新為手段”，采用5種組塔施工方案，保障了鐵塔的組立和施工。

1 施工現狀

1.1 施工特點

±1 100 kV特高壓直流輸電線路工程組塔施工，需解決塔材運輸及堆放、進場道路、平行帶電線路和超長超重構件吊裝等一系列問題，無法按常規工藝對±1 100 kV特高壓直流輸電線路鐵塔大構件進行運輸及組立施工。

1.2 組塔難點分析

以吉泉線皖3標段為例，分析如下。

(1)鐵塔普遍高度高、重量大。一般鐵塔呼高45～99 m，全高62.0～114.5 m，平均塔高80 m；一般鐵塔質量64～320 t，平均塔質量129.5 t，組塔施工難度大。

(2)本工程鐵塔橫擔長、重量大。直線塔單側橫擔最重可達16.6 t、最長可達33.85 m；耐張塔單側導線橫擔最重可達29.8 t(不包括跳線架)，最長可達30.09 m；直線轉角塔外側端部橫擔最重可達7.262 t、長度達16.47 m，橫擔起吊及就位難度很大，橫擔吊裝是施工的難點。

(3)因其在縮小線路走廊中，桿位中心距離1 000 kV淮上線邊線最近僅為27 m。沿途在密集通道施工，臨近1 000 kV淮蕪線、±500 kV宜華線帶電線路，121基塔中心線距帶電線路邊線距離普遍在50 m左右，感應電大、組塔安全風險高。

2 鐵塔組立方案對比

2.1 方案概述

根據鐵塔參數和地形特征結合運輸條件，綜合考慮組塔施工方案，現場可采用5種組塔方案，分別是懸浮抱桿、座地搖臂抱桿、雙平臂抱桿、單動臂抱桿和吊車組塔[4-5]。

2.2 懸浮抱桿組塔方案

懸浮抱桿一般為送變電施工單位自有設備[6-7]，采用外拉線施工，需要有地形打設外拉線，單次吊裝能力可達6 t，因不能超出組立塔身2/3的安全要求，只能吊裝超出已組立塔身26 m以上的塔段。外拉線內懸浮抱桿，抱桿頭部又分為環狀圈與T型兩種形式，外拉線與地面的夾角小于45°，抱桿的受力狀況得到明顯改善。此種組塔方法的優點是外拉線減少了抱桿受的軸向力，起吊重量增加，抱桿頂部偏移對上拉線的傾角影響減小，抱桿頂部的活動范圍增加，便于鐵塔組立，通過外拉線調節抱桿傾斜方向角度比內拉線方便簡便。由于外拉線抱桿吊裝半徑受抱桿傾斜條件限制，故對于超長橫擔吊裝，需加裝輔助抱桿，以增加吊裝半徑。懸浮抱桿吊裝如圖1所示。

圖1 懸浮抱桿吊裝

2.3 座地搖臂抱桿組塔方案

座地搖臂抱桿一般為自有設備，采用座地方式座在塔中心；可采用液壓下頂升提升抱桿升高，也可利用鋼絲繩滑車組提升抱桿升高[8-9]。兩種斷面抱桿吊裝能力均可達6 t，搖臂長度長達16 m，能滿足構件重心距塔中心水平距離16 m的構件垂直平衡吊裝的要求，以及固定回轉狀態下平衡斜向受力的要求。根據塔型結構，當橫擔吊裝水平距離小于16 m時可直接用搖臂抱桿吊裝；邊導線或地線橫擔(外橫擔)，采用在中橫擔上坐立人字抱桿，利用搖臂抱桿作為人字抱桿變幅拉線，運用人字抱桿吊裝邊橫擔(外橫擔)。座地雙搖臂抱桿吊裝如圖2所示。

圖2 座地雙搖臂抱桿吊裝

2.4 雙平臂抱桿組塔方案

雙平臂抱桿需要從特高壓租賃平臺租賃，采用座地方式，液壓下頂升，集中控制吊裝[10-12]，最大吊裝能力8 t，平臂最長21 m，能滿足構件重心距塔中心水平距離21 m 的構件垂直平衡吊裝的要求，如地形不允許兩側平衡吊裝，則需要單獨增加配重塊。根據塔型特點，雙平臂抱桿適合所有塔型組塔，但是雙平臂抱桿受地形和運輸條件限制，適用范圍較小。

角鋼塔塔身頸口尺寸一般為2 m左右，小于平臂抱桿回轉體寬度，使得鐵塔組立完成后抱桿無法下降拆除。另外需注意，雙平臂抱桿回轉體總質量近3 t，對于山區工程施工，超出輕型索道運輸能力，利用輕型索道運輸時需拆開回轉體，進行分段運輸。雙平臂抱桿吊裝如圖3所示。

圖3 雙平臂抱桿吊裝

2.5 單動臂抱桿組塔方案

單動臂抱桿需要從特高壓租賃平臺租賃，采用座地方式，液壓下頂升，集中控制吊裝，最大吊裝能力8 t，臂最長24 m，能滿足構件重心距塔中心水平距離24 m 的構件垂直吊裝要求。因采用自加配重、單臂吊裝的方式，不需要在吊裝時再增加配重。單動臂抱桿受地形和運輸條件限制，適用范圍較小；另外抱桿自身重量較重，運輸困難。如購買設備一次性投資大，經濟適用性較差，多使用于大跨越、高塔施工組立，僅考慮塔重超過100 m，塔重超200 t時使用此類抱桿。單動臂抱桿吊裝如圖4所示。

圖4 單動臂抱桿吊裝

2.6 吊車組塔方案

吊車組塔適合所有塔型，但是受地形和運輸條件限制，僅適用于塔基條件較平坦的地形條件。吊車組塔具有機械化水平高、組裝速度快、施工功效高的優點，同時減少了高空操作，安全性能好。

3 鐵塔組立施工研究與創新

3.1 施工方案編寫重覆蓋

施工方案的編寫需確定塔參數、現場地形及臨近帶電體等情況后綜合考慮。測量與臨近帶電體距離時可使用奧維地圖及現場GPS或者測距儀等工具進行確定，對于立塔中需要進行簽改或者停電的線路需要進行單基策劃，根據吊重及橫擔長度、根開等參數及各抱桿的參數選型抱桿。方案的覆蓋率要達到150%，即單基塔可采取不同的組塔方式，保證施工順利。

3.2 臨近帶電體作業精細到點

臨近帶電體時，為避免觸電等事故發生，降低施工安全風險，鐵塔組立優先選擇落地平臂抱桿、座地搖臂抱桿及吊車等機械化組塔方式，提高組塔施工機械化程度，確保施工安全。為進一步驗證立塔方案的可行性，確保吊裝作業的安全，需對不同立塔方式進行抱桿吊重試驗。對所有臨近帶電體的桿位，立塔施工前均再次進行桿位復測，精心策劃，繪制平斷面圖，并對施工人員進行詳細交底。

3.3 動畫交底形象生動

施工動畫能夠形象生動展示施工過程，在評審及交底中能讓大家更快地了解施工流程。面對復雜多樣的立塔形式，要語言簡練、強調重點并讓動畫制作人員明確了解施工過程。需要在施工前要全面了解施工方案，在動畫中主要是對五種方案吊裝橫擔進行介紹，明確動畫的重點，事先制作的動畫腳本，受到工人與同行的好評。

3.4 研制組塔施工夾具

針對大面積落地抱桿地拉線問題，在塔腿設計專用施工夾具，為組塔施工提供錨固點，解決了座地抱桿地拉線、套架拉線錨固問題。主材夾具如圖5所示。

圖5 主材夾具

3.5 研制臨近帶電體施工的激光距離報警裝置

針對施工密集區域，作業范圍狹小，安全風險高的問題，研制了激光報警裝置，創新地運用了相位法及A/D轉化器將施工設備與帶電體的距離數字化，進而通過處理器完成測量、判斷及報警，以提醒操作者操作的施工設備是否進入危險區域，以此來杜絕安全隱患，為組立臨近帶電體施工提供了監測設備保障。

3.6 落實防高墜措施

人員上下攀登，需使用攀登自鎖器。一根攀登繩設置在裝腳釘的主材上，每段塔片起吊前，在帶腳釘的主材頂端設置1個20 m速差自鎖器，供塔片就位后設置攀登繩和作業人員移動用，塔片等其他主材上端根據作業人數設置相應數量的速差自鎖器，上下段替換使用攀登自鎖器。使用座地抱桿時，在座地抱桿上設置攀登繩，供施工人員攀爬抱桿、打腰箍用。在橫擔上水平移動時，安全帶、安全繩必須交替使用。

4 鐵塔組立工效分析

4.1 懸浮抱桿應逐步改為座地型式

懸浮抱桿在本工程使用量較少：一是因為線路大多為平行帶電線路，外拉線無法搭設；二是因為懸浮抱桿施工安全風險大，作業人員高空作業勞動強度大。懸浮抱桿施工工效較座地抱桿略高，對于開闊地帶施工有一定優勢，但根據社會發展和勞動型式轉變，應逐步改為座地抱桿組塔。

4.2 平臂抱桿組立大塔較經濟

平臂抱桿組塔施工需要鋪設鋼板運輸道路，并需要垂直起吊以解決拉線問題，平行帶電線路多采用此種組塔方式。平臂抱桿因臂長有限，吊裝塔型一般為1～2型，橫擔長度在26 m內。單基抱桿運輸量平均約為40 t，特別適合200 t以上的耐張塔，施工工效相對較高，平均每天可吊裝10 t，單基直線塔施工周期為10天，一套抱桿每個月可組立2.5基塔。對于技能熟練、人員配置充足的班組，一個月可組立3基鐵塔。在運輸條件良好的情況下，施工班組不用擔心周轉抱桿的難度。采用平臂抱桿施工吊裝和頂升操作均快于懸浮抱桿，而且平臂抱桿避免了懸浮抱桿的高空調整工作，降低了工人勞動強度，在后期特高壓工程及500 kV及以上工程可投入使用。

4.3 搖臂抱桿需提高控制集成

搖臂抱桿整套質量約25 t，較平臂抱桿輕約15 t，同樣解決了拉線和平行帶電線路的問題，同時因搖臂抱桿單件較輕，更適應河網地區塔位。搖臂抱桿的集成控性制差于平臂抱桿，不能集中控制繩索，對施工班組人員要求高。起吊及變幅共需要4套絞磨系統，需要12個人(4個技工、8個普工)操作絞磨，平均用時要多于平臂抱桿2～3天。后期在搖臂抱桿改造時，應采用集中控制型式，提高作業效率。

4.4 單動臂抱桿適用于狹窄區域組塔

采用不等長吊臂時，可不受吊件位置限制，但承受不平衡力矩較大。抱桿始終處于不平衡狀態，對使用工況的安全性能要求較高。施工過程中可通過吊臂旋轉限位、變幅限位，實現對起重臂和配重臂水平距離及垂直高度的精確控制，可用于通道特別狹窄的區域組塔。

4.5 吊車采用流水作業降低成本

吊車組塔施工成本相對較高，綜合考慮不同型號吊車進出場費用和施工成本，應根據桿塔高度分不同梯隊的吊車型號。一般塔型(不包括跨塔)塔材吊裝時，小梯隊吊車站位只位于桿塔中心上；中梯隊吊車根據吊裝高度，站位位于塔中心或塔外順線路中心處(此時吊車側塔材后就位)；大梯隊吊車站位只位于塔外順線路中心上，不同梯隊吊車形成流水作業，降低臺班成本，提高工效。

5 結語

本文運用5種組塔方案，研制施工用小工具，并對施工方法進行了創新，有效解決了±1 100 kV特高壓直流輸電工程超長、超重角鋼塔吊裝的難題，為后續特高壓直流工程組塔施工的順利完成提供了可靠的技術保障。這也為輸電線路鐵塔組立施工裝備及機械化水平提升提供了新的思路，對今后特高壓電網建設具有重要的借鑒意義。