特高壓淮南—上海輸變電工程新施工技術(shù)的應用

魯俊榮，宋念達，宋 丹，熊化吉，嚴行健

(1.江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司，江蘇南京 210036；2.江蘇省送變電公司，江蘇 南京 210028；3.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024)

建設1000 kV 特高壓淮南—上海輸變電工程，對于推動和提高我國輸變電施工技術(shù)升級，帶動國內(nèi)相關(guān)科研、設計部門的技術(shù)創(chuàng)新，提高電力及相關(guān)的整體技術(shù)和綜合實力，都具有重要意義。該工程施工過程中，采用新型旋挖鉆機、新式索道運輸鋼管塔和具有過載保護功能機動絞磨新技術(shù)，減輕了施工勞動強度，提高了施工效率。

1 工程概況

1000 kV 淮南—上海輸電線路工程是國家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架的重要組成部分，是我國首條1000 kV 同塔雙回路輸電工程。線路起自安徽淮南變電站，止于上海滬西變電站，線路總長度為2×647 km，鐵塔1411 基。在特高壓線路中使用的鋼管塔技術(shù)，可以大大增強塔身結(jié)構(gòu)性能、強度、剛度，實現(xiàn)同塔雙回路甚至多回路架設，縮小線路所需的走廊寬度，節(jié)約土地資源。

該工程線路經(jīng)過安徽、江蘇、浙江、上海等4個省市，地形和地質(zhì)條件十分復雜，主要地形有河網(wǎng)、山地丘陵、水田等，而鋼管塔重型構(gòu)件最大單件達到直徑1 m、長度12 m、質(zhì)量5 t，給施工帶來了困難。

2 新施工技術(shù)的應用

2.1 新型旋挖鉆機在淮河大跨越灌注樁中的應用

2.1.1 淮河大跨越項目背景及新型旋挖鉆機的特征

該工程淮河大跨越項目位于安徽省淮南市東北方向15 km，左岸跨越位于淮南市潘集區(qū)高皇鎮(zhèn)湯漁湖行洪區(qū)內(nèi)，右岸跨越位于淮南市大通區(qū)洛河鎮(zhèn)洛河洼行洪區(qū)內(nèi)。跨越段屬于淮河沖擊平原區(qū)，跨越塔所在的2個行洪區(qū)地形平坦開闊，現(xiàn)均為農(nóng)田。基礎(chǔ)根據(jù)桿塔基礎(chǔ)的設計載荷、水文和工程地質(zhì)，該大跨越桿塔確認選用灌注樁[1]。

R-415 型新型旋挖鉆機作為灌注樁中的一種施工工藝設備，已越來越廣泛地應用到樁基工程中。與其他鉆孔灌注樁相比，其成孔方式、適用范圍及在環(huán)境保護等方面均有一定的優(yōu)勢。旋挖鉆機還可配掛長螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動樁錘等，實現(xiàn)其多種功能。適應的地層主要為：黏性土、粉土、砂土、碎石土、全風化基巖及人工填土。具有大扭矩動力頭和自動內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機，可以適應微風化巖層的施工[2]。結(jié)合該工程淮河大跨越項目具體情況，決定采用旋挖鉆孔作為灌注樁的施工設備。

2.1.2 旋挖樁成孔施工過程中常見的問題及解決方法

（1）易出現(xiàn)孔壁坍塌，發(fā)生埋鉆現(xiàn)象，在砂性土、飽和軟土及厚度較大的卵石層中經(jīng)常發(fā)生。遇到這些地層時，可采取加深護筒以及使用優(yōu)質(zhì)泥漿解決。新型旋挖機鉆頭直徑略大于護筒直徑，正好適用工藝施工要求，保證成孔過程中孔壁的穩(wěn)定。

（2）旋挖鉆進成孔后，孔底沉渣較厚，有的工程沉渣厚度甚至達到6 m，清孔難度很大。由于砂性土層易受擾動的影響，如果不采用合適的旋挖鉆頭，很難保證有效施工。該機改用雙層底的旋挖鉆頭，解決了這一施工難題。

（3）在卵礫石、強（中）風化巖層及較硬的黏土層中，鉆進效率比較低。對于卵礫石與強（中）風化巖層，該機改用多用鉆頭，靈活方便，也能在微化基巖中進行施工。

（4）樁孔存在局部縮頸現(xiàn)象，這與地基土層的特性以及泥漿的性能等因素有關(guān)。當?shù)鼗翆訛榱魉軤畹能浲良八缮⒌纳靶酝?，采用與套筒等徑鉆頭和套管跟進、再用優(yōu)質(zhì)泥漿灌注等方法加以解決。

綜上所述，桿塔基礎(chǔ)作為輸電線路的重要組成部分，其造價、工期和勞動消耗量在線路工程中占很大比例。建議桿塔基礎(chǔ)盡可能采取合理的結(jié)構(gòu)形式，減少基礎(chǔ)所受的水平力和彎矩，改善基礎(chǔ)受力狀態(tài)；其次盡可能充分利用原狀土地基承載力高、變形小的良好力學性能，因地制宜采用原狀土基礎(chǔ)。灌注基礎(chǔ)適用于地下水位高的黏性土和沙土等基礎(chǔ)，不足之處是施工需要大型機具，施工工藝要求較高，費用昂貴，建議盡可能少用[3]。

2.2 新式索道運輸鋼管塔重型構(gòu)件新技術(shù)的應用

該工程線路經(jīng)過淮河平原地區(qū)，沿線河、溝渠、塘湖均比較發(fā)達，呈零星分布，地形較平坦，以粉質(zhì)黏土為主，局部夾雜粉及淤泥質(zhì)土，地下水位埋深為0～2 m。其中有14 基塔位于湯漁湖行洪區(qū)，5 基塔位于洛河行洪區(qū)中，地質(zhì)情況分類為：普土76.5%，水坑3.7%，泥坑19.8%，交通極為不便。目前在特高壓鐵塔運輸方面還沒有相關(guān)經(jīng)驗，鋼管塔構(gòu)件等材料在河網(wǎng)等地區(qū)的運輸必需采用運輸鋼管塔重型構(gòu)件等新技術(shù)。

在輸電線路施工中，交通方便地區(qū)常用的塔材運輸方案一般為車輛運輸。而該工程鋼管塔運輸則需要增加其他運輸方案，主要有索道運輸、河道索道運輸新技術(shù)。

2.2.1 索道架設工藝

索道運輸?shù)膬?yōu)點是利用其空中運輸優(yōu)勢，可以完全不受地面地形的影響。缺點是投入的工器具、人力較多，架設索道的時間也較長，成本很高。其架設工藝如圖1 所示。

圖1 索道架工藝

為了保證索道運輸安全，必須對整個索道系統(tǒng)進行受力計算。索道運輸受力如圖2 所示。

圖2 運輸索道受力示意圖

一般認為索道兩側(cè)支架為等高，當鋼管運輸至離支架A 距離為a時，承載索距離支架A 距離x 處的孤垂為：

式中：fx為鋼管運輸至離支架A 距離為a時，承載索距離支架A 距離x 處的孤垂；Q為鋼管產(chǎn)生的集中荷載；l為運輸索道檔距；ω為承載索單位長度自重力。式（1）主要用于驗算承載索對地面障礙物的安全距離，當x為a時，即為驗算鋼管懸掛點處的孤垂。承載索的最大張力N 出現(xiàn)在支架懸掛點，其值為：

其中V為支架垂直支持力，A 支架處為VA，B 支架處為VB，計算公式為：

2.2.2 河道采用索道運輸鋼管塔

該工程經(jīng)過河網(wǎng)地區(qū)較多，考慮重型鋼管運輸無法通過一般型橋梁，而繞道距離較遠，因此需要采取有效合理的重型鋼管過河方案。當河流跨度在50 m 以內(nèi)時采用河道索道進行過河運輸是較為經(jīng)濟的運輸方案。河道索道運輸?shù)恼w示意如圖3 所示。河道架設工藝和普通索道架設工藝類似。

圖3 河道索道運輸鋼管塔示意

由于該索道運輸方案跨越檔距較小，鋼絲繩的重量和運輸?shù)匿摴芟啾葹檩^小的量，為了簡化計算并且偏于安全，鋼絲繩的自重按集中荷載的方式作用在中點。當鋼管運輸至中點時，索道系統(tǒng)簡化的受力如圖4所示。

圖4 河道索道系統(tǒng)受力分析

首先根據(jù)鋼管的質(zhì)量由多少根承載索共同承擔，按照不平衡系數(shù)1.2 進行分配，即：

式中：P為作用在鋼絲繩中間的集中荷載總值；G為鋼管自重；n為索鋼絲繩總根數(shù)；G'為單根承載索鋼絲繩在L 檔距范圍內(nèi)質(zhì)量。從圖4 可以看出，鋼絲繩的軸線張力N為：

承載索的總長度Lmax：

地錨的水平抵抗力H為：

地錨的數(shù)量抗拔力T為：

實際使用參數(shù)值大于以上計算，使用情況很好。

河道索道運輸方案由于其投入的工器具、設備較為簡單，運輸方便，因此在大型設備無法進入的一般跨河運輸可以優(yōu)先考慮。由于其局限性，一般用于跨度不大于50 m的河流，同時，河流兩岸的地質(zhì)條件也必須滿足索道地錨承載力的需要。

2.3 具有過載保護功能機動絞磨的應用

由于該工程的特殊性，設備單件超長超重，吊裝困難，高空作業(yè)多，防護要求高；大跨度、大重量、超高度的構(gòu)架吊裝組立等關(guān)鍵工序的施工難度大，安全風險高；從環(huán)境的角度來看，施工條件惡劣，線路38%多為山區(qū)丘陵，27%為河網(wǎng)泥沼，給現(xiàn)場安全施工帶來很大難度。在該工程中使用更加靈活的機動絞磨配上過載保護裝置，為鋼管塔組立、吊裝、牽引和緊線施工等關(guān)鍵工序從裝備上提供了安全保障。

目前國內(nèi)的普通機動絞磨一般都沒有過載保護功能，機動絞磨在啟吊和牽引時，操作人員對鋼絲繩受力等不安全因素較難估計，憑經(jīng)驗來操作掌控。如果經(jīng)驗不足，在操作時就會造成事故隱患，輕則毀物，重則傷人，所以機動絞磨的安全使用在施工安全中非常重要。

2.3.1 過載保護系統(tǒng)構(gòu)成

JM-50C 機動絞磨的基本參數(shù)。額定負載/牽引速度：50 kN/4.5 m，20 kN/11m；動力配置：汽油機（9.6 kW）；手拉啟動。電子拉力傳感器額定負載：50 kN；工作環(huán)境要求：能防水、防震、防塵。

該系統(tǒng)主要由機動絞磨、電子拉力傳感器、顯示和控制儀器、直流電驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)、直流電源以及相關(guān)的連接附件等組成。其中儀表、執(zhí)行機構(gòu)和直流電源安裝在機動絞磨上，執(zhí)行機構(gòu)通過連桿與機動絞磨的離合器進行連接；電子拉力傳感器串接在機動絞磨的拉環(huán)與地錨之間。機動絞磨過載保護系統(tǒng)整體原理如圖5 所示。

2.3.2 系統(tǒng)工作原理

由輸入裝置，可對機動絞磨過載保護系統(tǒng)設定過載保護值。電子拉力傳感器串接在機動絞磨的拉環(huán)和地錨之間，可檢測絞磨所承受的負載，傳感器的輸出信號送至系統(tǒng)測量控制模塊，經(jīng)信號處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，一方面送至顯示裝置，實時顯示拉力數(shù)值，同時送至邏輯模塊進行判斷處理。如邏輯模塊判斷拉力值大于預定過載保護值，則一方面發(fā)報警信號報警，另一方面發(fā)動機信號值電動執(zhí)行機構(gòu)，電動執(zhí)行機構(gòu)動作，驅(qū)動離合器，分離機動絞磨的動力機構(gòu)和絞磨本身達到保護自助。

圖5 機動絞磨過載保護系統(tǒng)整體原理

該設備直接應用于同塔雙回路線路施工，消除了事故隱患，確保了安全生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

該工程在淮河大跨越灌注樁中采用了新型旋挖鉆機；在重型鋼管塔構(gòu)件不可運輸?shù)沫h(huán)境中成功應用了索道運輸新技術(shù)；在吊裝、牽引等施工過程中成功使用具有過載保護機動絞磨新技術(shù)。這3 項新技術(shù)為該工程淮河大跨越灌注樁、鋼管塔運輸和組立施工及緊線施工等關(guān)鍵工序從裝備和技術(shù)上提供了安全保障，促進了國內(nèi)送電施工技術(shù)水平的提高，為電網(wǎng)施工技術(shù)的進一步發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1]國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].2 版.北京：中國電力出版社，2012：21-25.

[2]鐘玉龍.旋挖鉆機主要技術(shù)參數(shù)的選擇及在樁孔施工中的鉆頭選用[J].安裝，2006（5）：46-47.

[3]嚴行健，付 慧.特高壓輸電線路工程部分關(guān)鍵技術(shù)[J].江蘇電機工程，2006，25（S）：1-6.