直升機(jī)吊裝大型輸電角鋼塔施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

程雋瀚，王 霖，丁鵬杰

（浙江省送變電工程有限公司，杭州 310016）

0 引言

直升機(jī)吊裝組立輸電鐵塔具有施工效率高、不受地理?xiàng)l件制約、環(huán)保效應(yīng)好、節(jié)約人力等優(yōu)點(diǎn)[1]，因而在歐洲、南美洲等地區(qū)被廣泛應(yīng)用于輸電線路新建、技術(shù)改造和災(zāi)后快速重建等電力工程。 我國直升機(jī)組塔施工技術(shù)研究雖然起步較晚，但從20 世紀(jì)80 年代起，先后在多條輸電線路施工中進(jìn)行了嘗試[2-4]，尤其是近些年特高壓鋼管塔直升機(jī)分段吊裝技術(shù)的應(yīng)用取得了較好的示范作用。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人工成本逐年增加，直升機(jī)組塔施工技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)施工工藝將是必然趨勢。

受直升機(jī)行業(yè)發(fā)展及適用機(jī)型的限制，使用直升機(jī)組塔施工分為物料運(yùn)輸、塔材吊裝、鐵塔整體吊裝以及鐵塔分段吊裝4 個(gè)應(yīng)用階段。從適用性角度分析，物料運(yùn)輸常用于山川、沼澤等運(yùn)輸條件較差的地區(qū)；塔材吊裝多用于輸電線路檢修和技改工程；鐵塔整體吊裝則適用于電壓等級不高、整塔重量較輕的小型鐵塔吊裝；而鐵塔分段吊裝不受電壓等級和鐵塔重量的限制，因而適用范圍更為廣泛。

目前，角鋼塔在輸電線路中應(yīng)用最為普遍。使用直升機(jī)組立角鋼塔因其空間衍架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吊裝時(shí)跟開尺寸不易控制，所以施工難度大。黃克信[5]對小型單肢角鋼塔吊裝技術(shù)進(jìn)行了研究。孫竹森等人[6]依托工程綜合分析了影響直升機(jī)組塔施工的重要因素。夏擁軍等人[7-8]對直升機(jī)組立GE1 型角鋼塔對接輔助系統(tǒng)進(jìn)行了研究與應(yīng)用。在上述研究成果中，角鋼塔塔腿和塔頭均采用整體吊裝方案。但對于大型角鋼塔而言，由于段重增加，直升機(jī)無法滿足整體吊裝要求。本文結(jié)合舟山500 kV 聯(lián)網(wǎng)輸變電工程對直升機(jī)組塔關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

1 直升機(jī)組塔施工工藝

為規(guī)范直升機(jī)組塔施工，結(jié)合舟山500 kV聯(lián)網(wǎng)輸變電工程，給出了直升機(jī)組塔施工工藝及基本原則，為電網(wǎng)建設(shè)中其他類型輸電線路鐵塔的直升機(jī)組立提供參考。直升機(jī)組塔施工工藝流程包括鐵塔分段、吊段預(yù)處理、塔段吊裝就位以及補(bǔ)裝與拆除，如圖1 所示。

圖1 直升機(jī)組塔施工工藝流程

1.1 鐵塔分段

輸電線路施工鐵塔開斷設(shè)計(jì)難以充分體現(xiàn)直升機(jī)組塔作業(yè)效率。因此，在工程準(zhǔn)備階段應(yīng)根據(jù)直升機(jī)吊裝能力對鐵塔開斷進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。鐵塔分段則是在此基礎(chǔ)上將整基鐵塔分解為若干個(gè)幾何形狀規(guī)則且具有一定自穩(wěn)性的塔段，同時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

（1）盡量采用整段吊裝。

（2）充分體現(xiàn)直升機(jī)施工效率。

（3）滿足高空對接就位要求。

（4）對于特殊塔段采取穩(wěn)固支撐或補(bǔ)強(qiáng)措施。

1.2 吊裝預(yù)處理

為滿足直升機(jī)吊裝要求，應(yīng)在吊裝前對塔段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、吊裝重量、對接平面以及對接輔助系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，具體內(nèi)容如下：

（1）核算塔段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對不滿足吊裝要求的塔段補(bǔ)裝支撐性強(qiáng)度構(gòu)件。

（2）在不影響塔段整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，拆除超重塔段部分輔助性塔材，并臨時(shí)綁扎在相鄰未超重塔段上進(jìn)行攜帶。

（3）為避免影響就位，塔段對接平面上、下800～1000 mm 內(nèi)不能有除主材和輔助系統(tǒng)外的其他塔材。

（4）根據(jù)塔段結(jié)構(gòu)形式安裝對接輔助系統(tǒng)，并在跟開尺寸較大、易變形的塔段內(nèi)側(cè)安裝對角十字拉線。

1.3 塔段吊裝就位

輸電線路鐵塔通常為對稱式結(jié)構(gòu)，因此在吊裝時(shí)采用四點(diǎn)起吊法，可以有效避免直升機(jī)吊裝飛行過程中產(chǎn)生的鐘擺現(xiàn)象[9]，從而提高就位精度。在就位過程中，直升機(jī)懸停于塔段正上方，并通過塔段對接輔助系統(tǒng)引導(dǎo)塔段就位，在此過程中直升機(jī)始終保持承受一定荷載。當(dāng)塔段就位完成后，由高空人員在塔段對接點(diǎn)兩側(cè)分別安裝3～5 顆螺栓，塔段自穩(wěn)后直升機(jī)方可脫鉤離開。

1.4 補(bǔ)裝與拆除

塔段完成就位后，由高空作業(yè)人員對就位塔段進(jìn)行螺栓補(bǔ)裝和輔材安裝，并拆除對接輔助系統(tǒng)和支撐性強(qiáng)度構(gòu)件。在補(bǔ)裝和拆除過程中應(yīng)按照對角吊裝的原則。

1.5 返回料場

直升機(jī)脫鉤返回料場，由料場專職人員對直升機(jī)吊裝作業(yè)進(jìn)行常規(guī)檢查，隨后實(shí)施下一吊次吊裝。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)研究

2.1 塔腿段安裝就位技術(shù)

塔腿段由塔腳板、塔腿和塔身部分結(jié)構(gòu)組合而成，常規(guī)輸電線路角鋼塔塔腿段單線圖如圖2所示。

塔腿段采用整體吊裝方式起吊后塔段根開尺寸相比設(shè)計(jì)值偏大，隨著不同塔型塔腿段重的增加上述偏差將愈加明顯，進(jìn)而影響就位精度，甚至無法完成就位。且塔腳板螺栓孔位與基礎(chǔ)地腳螺栓對接點(diǎn)較多，同樣增加了施工難度。 因此，塔腿段吊裝采用1/4 塔腿分解吊裝的方法，如圖3 所示。

圖2 角鋼塔塔腿段單線圖

圖3 角鋼塔塔腿段安裝就位示意

1/4 塔腿分解吊裝是以塔腿中間聯(lián)板為界將塔腿段分解為4 個(gè)單肢塔腿進(jìn)行吊裝。其中，單肢塔腿稱為1/4 塔腿段。吊裝時(shí)按照對角吊裝原則，即按照1 號腿和3 號腿→2 號腿和4 號腿或2 號腿和4 號腿→1 號腿和3 號腿的吊裝順序。

在1/4 塔腿段就位后，由地面人員迅速將塔腿兩側(cè)拉線收緊，并向塔中心外側(cè)施加一定預(yù)偏，防止塔腿段上口根開尺寸偏小影響后續(xù)相鄰1/4塔腿段安裝就位。

2.2 雙肢主材塔段安裝就位技術(shù)

雙肢結(jié)構(gòu)角鋼塔在輸電線路中的應(yīng)用十分普遍[10]。通常，角鋼塔雙肢主材開斷點(diǎn)上下兩側(cè)通過段間十字聯(lián)板進(jìn)行連接。而使用直升機(jī)吊裝雙肢結(jié)構(gòu)角鋼塔塔段，由于安裝段間十字聯(lián)板上下塔段根開尺寸不一，造成就位困難。因此，在雙肢主材塔段安裝就位時(shí)采取如下技術(shù)措施：

（1）吊裝塔段。將段間十字聯(lián)板上移至雙肢主材開斷點(diǎn)上方，通過2～3 顆螺栓固定。上移后不能影響對接輔助系統(tǒng)安裝。同時(shí)，為便于人工輔助安裝，用棕繩將段間十字聯(lián)板固定在上方塔段斜材螺栓孔處，并確保棕繩始終承受一定荷載。最后，將主材十字板同步上移且用螺栓固定，如圖4 所示。

圖4 雙肢主材吊裝塔段對接移位示意

（2）就位塔段。通過2～3 顆螺栓將塔段內(nèi)外包角鋼與內(nèi)外主材分別連接固定，且為便于塔段就位，外包角鋼下移至外主材上平面以下。 最后，在內(nèi)包角鋼和內(nèi)主材上分別安裝對接輔助系統(tǒng)，如圖5 所示。

圖5 雙肢主材就位塔段對接移位示意

2.3 橫擔(dān)安裝就位技術(shù)

直升機(jī)吊裝角鋼塔橫擔(dān)施工難度大，目前國內(nèi)外直升機(jī)組塔施工一般采用橫擔(dān)和塔身段組合整體吊裝的方式。而對于大型角鋼塔而言，鐵塔橫擔(dān)和塔身整體段重有可能會超出現(xiàn)有直升機(jī)吊裝能力。而使用直升機(jī)單獨(dú)吊裝橫擔(dān)施工工序復(fù)雜，對直升機(jī)懸停作業(yè)時(shí)間要求較高。考慮到直升機(jī)作業(yè)安全和施工效率，本文提出了一種直升機(jī)吊裝角鋼塔橫擔(dān)橫向快速對接的施工方法，具體步驟如下：

（1）用手拉葫蘆或鋼絲繩套將角鋼塔橫擔(dān)上、下平面主材適當(dāng)收緊，確保根開尺寸小于設(shè)計(jì)值。同時(shí)，調(diào)整橫擔(dān)吊裝姿態(tài)使橫擔(dān)端部比橫擔(dān)根部略低。

（2）吊裝時(shí)先就位橫擔(dān)下平面，再就位橫擔(dān)上平面。當(dāng)橫擔(dān)下平面主材吊裝至對接平面后，直升機(jī)保持在塔位上方懸停。高空人員使用尖扳手同時(shí)穿入橫擔(dān)和塔身對接螺栓孔位，進(jìn)行引導(dǎo)橫擔(dān)就位。

（3）以橫擔(dān)下平面穿入的尖扳手為軸，緩慢向上提升橫擔(dān)高度，直至橫擔(dān)上平面主材插入塔段對接平面，然后采用上述相同的方式引導(dǎo)橫擔(dān)上平面就位。

（4）橫擔(dān)兩側(cè)主材分別安裝3～5 顆螺栓后，直升機(jī)方可脫鉤返航。最后，由高空人員補(bǔ)裝其余螺栓。

3 工程實(shí)例

舟山500 kV 聯(lián)網(wǎng)輸變電工程是保障浙江舟山群島新區(qū)發(fā)展、滿足區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電需求的重要輸變電工程，本工程采用S-64F 重型直升機(jī)組立了2 基SJC1Z 型耐張角鋼塔和1 基SZC2Z 型直線角鋼塔。以其中1 基耐張塔為例，其全高57.5 m，呼高27 m，塔全重73.53 t，其塔型單線圖如圖6 所示。

圖6 SJC1Z 型耐張角鋼塔單線圖

直升機(jī)組塔施工于2018 年10 月28 日開始實(shí)施，在本工程作業(yè)條件下，S-64F 型直升機(jī)允許的最大起吊重量為9 100 kg。根據(jù)直升機(jī)的吊裝能力對角鋼塔進(jìn)行分段。由于篇幅限制，現(xiàn)給出本工程使用直升機(jī)組立角鋼塔的部分分段情況，如表1 所示。

表1 SJC1Z 型耐張塔直升機(jī)吊裝分段情況

3.1 塔腿吊裝

SJC1Z 型角鋼塔塔腿由塔段23、塔段17 和塔段10 組成，受直升機(jī)吊裝能力的限制，本段采用1/4 塔腿分解吊裝的施工方法（見圖7），并按照1 號腿→3 號腿→2 號腿→4 號腿的吊裝順序，平均1/4 塔腿段安裝就位耗時(shí)約9 min。

圖7 1/4 塔腿段吊裝施工現(xiàn)場

3.2 雙肢主材塔段吊裝

SJC1Z 型耐張塔為雙肢角鋼塔，其中雙肢結(jié)構(gòu)9A 塔段和9B 塔段進(jìn)行對接時(shí)，采用上文雙肢主材塔段安裝就位技術(shù)，通過對接輔助系統(tǒng)進(jìn)行輔助就位，整個(gè)安裝就位過程耗時(shí)約6 min（不含補(bǔ)裝及拆除時(shí)間），如圖8 所示。

3.3 橫擔(dān)吊裝

SJC1Z 型耐張塔塔段8 和塔段4 的重量分別為8 350 kg 和3 580 kg，采用兩段組合整體吊裝超出了本工程中S-64F 直升機(jī)吊裝能力。

因此，塔段4 采用橫擔(dān)橫向快速對接的施工方法，如圖9 所示。整個(gè)安裝就位過程耗時(shí)約8 min。

圖8 雙肢主材塔段吊裝現(xiàn)場

圖9 橫擔(dān)吊裝現(xiàn)場

4 結(jié)論

本文總結(jié)了直升機(jī)吊裝大型輸電角鋼塔施工技術(shù)的應(yīng)用研究成果，尤其是1/4 塔腿分解吊裝、雙肢主材塔段吊裝以及橫擔(dān)橫向快速對接吊裝的施工方法，為直升機(jī)吊裝輸電角鋼塔的機(jī)械化施工和流水化作業(yè)提供了范例，同時(shí)也為電網(wǎng)建設(shè)中其他類型輸電線路鐵塔的直升機(jī)吊裝作業(yè)施工技術(shù)提供了參考依據(jù)。