一種適用于高壓輸電線路的新型防墜腳釘的研制

摘要：隨著輸電線路檢修工藝的完善，檢修過程中，對人員安全的把控要求越來越高，在日益嚴峻的安全形勢背景下，全方位保障人員高空作業安全成為不可忽視的話題。為保證檢修作業時高空作業人員上下鐵塔安全、便捷，根據輸電線路相關規定，桿塔均應安裝腳釘。目前，高壓輸電線路一般采用普通腳釘，普通腳釘結構單一，只提供攀爬功能，不具備防墜及其他功能。為使高空作業人員沿桿塔腳釘攀爬的過程中，自身攜帶的雙鉤安全帶與桿塔腳釘產生有效連接，提出了一種適用于高壓輸電線路的新型防墜腳釘，旨在保障人員上下塔的安全性，提升便捷性。

關鍵詞：高壓輸電線路;防墜腳釘;雙鉤安全帶;檢修

中圖分類號：TM08;TM754 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）18-0013-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.004

0 引言

在輸電線路角鋼塔維護和檢修過程中，高空作業人員面臨著許多類型的安全風險，其中攀登上下桿塔的過程風險最大，歷年已出現多次人員傷亡事件。高空作業人員在上下桿塔過程中，可能出現打滑、疏忽、磕碰、體力不支等情況，在各類不可預測狀況發生時，若防墜措施不到位，將產生人人都不愿面對的后果。

現有防墜落裝置均存在局限性。目前國內有多種登塔防墜裝置，例如防墜軌道、防墜器、防墜繩等，但防墜軌道并沒有大范圍安裝，工作人員在安裝防墜器、防墜繩裝置時，也需要登塔，第一位登塔作業的人員同樣存在很大的安全風險[1]。

在桿塔具備防墜軌道、防墜器、防墜繩等設施的情況下，作業人員往往僅依靠其中一種設施的單一防護能力進行登塔，同樣存在一定的安全隱患，一旦防墜措施失效、卡死，人員上下塔作業時將失去防護措施。

目前，各省老舊桿塔占比較大，半數超高壓線路桿塔沒有安裝防墜軌道，新建輸電線路桿塔也只在桿塔全高達到一定高度后才進行安裝[2]，作業人員上下桿塔很大程度上依靠腳釘攀爬，即使人員使用雙鉤安全帶，也只能與塔材形成連接，且桿塔某些部位并不適合懸掛雙鉤安全帶，如：橫擔連接處、塔材較寬或凸出處等（圖1）。人員在高空作業時，有可能會失去雙鉤安全帶保護，產生極大風險。

1 研制意義及思路

1.1 研制意義

輸電線路腳釘是現有的一種輸電線路桿塔攀登裝置，用于人員上下桿塔檢修、維護時，手腳攀登、抓握，適用于鋼管塔、角鋼塔，通常位于桿塔四條塔腿之一，鋼筋制作，由螺栓固定于桿塔主材塔腿上。

由于高壓輸電線路檢修作業存在桿塔高、環境區別大、人員個體差異等因素，高空登塔作業時，若無保護攀登，將產生極大的安全風險，也不符合安規規定[3]。對于高空作業人員尤其是新參加工作或經驗缺乏者，設計一種防墜落腳釘裝置能夠很好地解決其登塔、下塔過程中的心理、身體困難，保障人員安全。

1.2 研制思路

1）尋找最適宜的防滑紋路且滿足基本攀登手握能力，具有可靠防滑性能;2）設計合理的新型腳釘結構，雙鉤安全帶與腳釘連接部位應安全便捷可靠，人員使用方便;3）在塔腿上任意部位作業時，工具包或重物也能夠懸掛于腳釘上，且有可靠、便捷的安全措施，避免高空墜物;4）改造后的腳釘不會對人員工作習慣產生影響;5）承載力驗算;6）尺寸符合人員手部、足部尺寸，不會造成安全隱患[4]。

2 新型腳釘各部位設計

2.1 傳統腳釘尺寸測量

經過對500 kV輸電線路實地測量，細化腳釘參數，數據如表1所示。

測量后，根據數據對腳釘進行模擬圖繪制，如圖2所示，500 kV腳釘平直部分長度120 mm，彎曲部分尺寸37 mm×35 mm，腳釘截面直徑為14 mm。

2.2 防滑紋路選取

在光圓鋼筋制作而成的腳釘表面打磨一層防滑紋路，參考目前1 000 kV洪臺一線的桿塔腳釘，腳釘與手腳接觸部分制作交叉紋路，相較于無紋路腳釘，減少了側滑，增加了摩擦性，是最優選擇的紋路，此設計使新型腳釘滿足基本攀登手握能力，具有防滑性能。

2.3 新型腳釘輪廓結構

針對腳釘結構的選擇，提出三種方案，對原本腳釘結構進行改良，但在外觀上存在一點差異。三種方案簡介：方案一僅改造腳釘的末端，形成彎鉤狀;方案二在原有腳釘改造腳釘末端的基礎上，附加一個圓環，能夠懸掛雙鉤安全帶;方案三在方案二的基礎上，將圓環改為方環。最終確定選用方案三，此設計使新型腳釘能與雙鉤安全帶進行可靠連接，且人員手握、腳踩均不受影響，具有防墜功能。

2.4 尾端掛鉤防脫設計

在腳釘末端彎掛鉤處打孔，直徑6 mm（末端掛鉤不受力，打孔不影響腳釘整體承載力），作業人員隨身攜帶銷釘，當有需要時，將工具包或重物放置于彎鉤內側，插入銷釘，形成穩定安全措施，防止工具包或重物墜落。取出工具包或重物時，需拔出銷釘。銷釘每隔10 m塔高預留一個，此設計功能完備，不易損，成本很低。

2.5 附加環設計

附加環最終設計尺寸為內寬100 mm，高80 mm，方環可以容納人的腳部踩放、手部抓握，對初學登塔作業者產生極大的助力;解決方環尺寸過小的問題，使作業人員也能夠用腳踩，豐富了人員登塔作業方式，降低了人員體力消耗。

2.6 設計詳圖

新型腳釘保留了舊腳釘的傳統攀爬、腳踩功能，增加防滑紋路，使腳釘具有更好的防滑性能;增加下部方環，作業人員在登塔、下塔過程中，自身雙鉤安全帶通過下部方環固定連接，隨作業人員上下交替拆解、固定，形成可靠防墜措施;增加末端彎鉤及銷釘防脫裝置，能夠臨時鉤掛工具包、重物及各類繩索。新型腳釘設計圖如圖3所示。

2.7 實物制作

進行實物制作加工，實物尺寸按照圖紙執行，為HRB400鋼筋材質加工，實物如圖4所示。防墜腳釘制作后重量為1.82 kg，經檢驗，能夠與雙鉤安全帶可靠連接。在作業人員登塔、下塔過程中，防墜安全帶、防墜腳釘靜荷載達到15 kN，安全帶靜拉力不小于20 kN，裝置已通過試驗荷載100 kg、沖擊距離1 m及沖擊次數10次的試驗。

3 使用方法及效果檢驗

1）高空作業人員在登塔、下塔過程中，將自身攜帶的雙鉤安全帶與下部方環連接掛好，隨作業人員上下交替拆解、固定，形成可靠的防墜措施，達到預期效果。

2）新型腳釘末端彎鉤設置銷釘防脫裝置，銷釘在預留的孔洞中隨取隨放，末端彎鉤能夠鉤掛工具包及各類重物、繩索。銷釘與彎鉤搭配，組成了一種牢固安全的懸掛系統。

傳統腳釘懸掛雙鉤安全帶及背包情況與新型防墜腳釘懸掛情況對比如圖5所示。

新型腳釘不改變基本功能，且在桿塔上安裝的間距也不改變，僅改變了結構，增加了功能的同時，不會對人員工作習慣產生影響，尺寸符合人體手部抓握及足部穿作業鞋后的尺寸，達到預定目標。

4 承載力檢驗

腳釘鋼材的抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度均滿足設計值，本腳釘結構主要計算焊縫強度，據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》[5]，全熔透對接焊縫或對接與角接組合焊縫應按下列公式進行強度計算：

ρ=N/（lwhe）≤fwt

式中：ρ為對接焊縫強度計算值;N為軸心拉力或軸心壓力;lw為焊縫長度;he為對接焊縫的計算厚度，在對接連接節點中取連接件的較小厚度，在T形連接節點中取腹板的厚度;fwt為對接焊縫的抗拉設計值。

所設計的腳釘與下部附加方環焊縫為熔透對接焊縫，焊條為E43型，主要受拉應力，經取值，作業人員體重及腳釘最大瞬時受力N≤1 961.33 N，lw=16 mm，he=14 mm。

經計算ρ=N/（lwhe）≈8.76 N/mm2，查閱GB 50017—2017《鋼結構設計標準》[5]，對接焊縫的抗拉設計值fwt=170 N/mm2，得出ρ≤fwt，滿足承載力要求。

5 應用效果

新建線路直接采用防墜腳釘即可，對運行線路則需改造、替換原腳釘為防墜腳釘，施工簡單，無須停電。腳釘防墜落裝置因其安全易用、簡單輕便、成本低等特點廣受現場歡迎，較容易在新舊線路上推廣應用。

目前，已計劃在500 kV某158基桿塔上共安裝使用24 834支防墜腳釘，按照每支腳釘批量制作費用20元算，需投資49.68萬元，每基塔成本3 144元。投資約為導軌式裝置保守平均投資2萬元/基的15.72%，相對導軌式可節省266.32萬元。

若以超高壓公司目前已運行的上萬基鐵塔計算，使用導軌式裝置，至少要投資約2億元，而推廣使用腳釘式防墜裝置，總投資約為3千萬元，可為公司至少節省約1.7億元的資金。如推廣到國網公司、全國輸電線路，其經濟效益將更加可觀。

6 結束語

在新建線路中應考慮將防墜落腳釘納入線路及桿塔結構設計中，并共同計算投資比例。選擇合理的防墜落腳釘裝置不但能有效降低登塔安全風險，提高登塔人員登高安全性，也能有效減輕登塔人員作業強度。因此，深入研究桿塔防墜落腳釘裝置的優化和應用，是每一個輸電線路工作人員應該重視的課題。

[參考文獻]

[1] 彭向陽，周華敏，姚森敬.輸電線路桿塔防墜落裝置應用現狀及展望[J].廣東電力，2010，23（12）：1-7.

[2] 劉寶龍，李昌甫，陸文叁，等.攀登超（特）高壓輸電線路鐵塔方法分析與防墜落措施探究[J].紅水河，2017，36（1）：87-89.

[3] 王偉，王彪，朱金猛，等.輸電線路安全登塔工具的研發[J].中國設備工程，2021（3）：247-248.

[4] 王磊，許建清，金桂如.輸電鐵塔防誤登智能腳釘研究與應用[J].農村電氣化，2023（11）：95-97.

[5] 鋼結構設計標準：GB 50017—2017[S].

收稿日期：2024-05-20

作者簡介：周永林（1992—），男，山西太原人，碩士研究生，工程師，從事超、特高壓運行維護工作。