侯中偉，董建堯

(1．國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市，100052;2．中國電力工程顧問集團(tuán)公司，北京市，100011)

0 引言

大跨越工程是輸電線路工程的一個重要節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)。由于其跨越地點(diǎn)較為稀缺、氣象條件和電氣設(shè)計(jì)相對復(fù)雜、桿塔高度相對較高，且一旦發(fā)生故障或?yàn)?zāi)難性事故時對其進(jìn)行修復(fù)的難度非常大、并可能引起其他次生災(zāi)害等特點(diǎn)，決定了大跨越工程的重要性，也對跨越塔結(jié)構(gòu)提出了較高的設(shè)計(jì)要求［1-5］。我國擁有較為豐富的江河湖泊水系，長達(dá)1.8萬km的大陸海岸線形成了許許多多的海峽、港灣，內(nèi)陸水系擁有長江、黃河等大江大河。隨著區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、西電東送、特高壓、超長距離直流輸電工程的陸續(xù)開展，大跨越工程出現(xiàn)了前所未有的建設(shè)高峰期。針對包括上塔爬梯、檢修走道和檢修平臺等大跨越結(jié)構(gòu)附屬設(shè)施，運(yùn)行單位提出了在滿足安全可靠的前提下應(yīng)更加人性化、舒適化，這就需要設(shè)計(jì)人員在總結(jié)以往工程成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新和突破，做到大跨越結(jié)構(gòu)主體功能和輔助功能有機(jī)統(tǒng)一、和諧并舉。

1 爬梯設(shè)計(jì)

一般，當(dāng)跨越塔高度較低時，可采用直爬梯;塔高到達(dá)一定程度當(dāng)采用直爬梯對檢修人員一次登塔有困難時，就需要采用斜爬梯，以減輕檢修人員的勞動強(qiáng)度;當(dāng)塔較高，一次登塔更加困難且一次登塔時間較長時，則需要采用電動提升裝置(如電梯、升降機(jī)或爬塔機(jī)等)。

1．1 直爬梯設(shè)計(jì)

直爬梯的設(shè)計(jì)比較簡單，通常用小角鋼或圓鋼焊在2根由角鋼或槽鋼組成的主梁上，外面再加以圓弧形的護(hù)圈(可由扁鋼制作)，由于扁鋼剛度較差，護(hù)圈的側(cè)面矩形區(qū)域用扁鋼作斜拉支撐，以提高整個護(hù)圈的整體剛度，保護(hù)檢修人員的安全?！?00 kV三廣線澧水大跨越塔(角鋼結(jié)構(gòu))跨越檔距不到1 km，采用“耐—直—耐”的跨越方式，直線跨越塔的塔高僅為76.8 m，跨越塔的登塔設(shè)施采用了直爬梯，如圖1所示。

圖1 直爬梯Fig.1 Vertical ladder

1．2 斜爬梯設(shè)計(jì)

一般，斜爬梯附著在鐵塔的斜材上，沿4個塔面盤旋而上，一直盤到橫擔(dān)或頂架。斜爬梯往往是一個獨(dú)立的整體，有的僅僅在兩端簡支固定在節(jié)點(diǎn)處，長度較大時，也在中間間隔地固定支撐在斜材上(這時候需要對支撐爬梯的斜材進(jìn)行受彎和受扭驗(yàn)算)，以增加爬梯的剛度，減小擾度，增加人體行走的舒適度。斜爬梯的主梁往往用輕型槽鋼制作，欄桿的垂直高度需超過1.2 m，上下段的欄桿需有可靠、連續(xù)的連接，欄桿能夠承受1 000 kN水平推力的作用。斜爬梯的踏步板用花紋鋼板或格柵板制作，制彎成“”型，增加了踢腳擋板，一方面可以防止踏空，另一方面也可以防止上面墜螺栓等零件時保護(hù)下面運(yùn)行人員的安全。圖2為某工程的斜爬梯實(shí)物組裝照片。

圖2 斜爬梯Fig.2 Inclined ladder

1．3 旋轉(zhuǎn)爬梯設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)爬梯分為曲線型和折線型，分別沿著井筒(井架)曲線、折線向上，2種旋梯的各自特點(diǎn)和受力模型有所不同，如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)爬梯Fig.3 Rotating ladder

曲線型旋梯外形美觀，踏步板可以做成標(biāo)準(zhǔn)化的零部件后連接于井筒的外壁預(yù)焊件上，每塊踏步板均是懸挑受力構(gòu)件，同時欄桿也可以拆分成很小的零部件后再加以組裝，但這種型式不太適合矩形井架，且連續(xù)地轉(zhuǎn)圈容易引起上塔人員的暈眩。而折線型旋梯實(shí)際上是由多個斜梯組成，斜梯的長度和坡度根據(jù)每個塔段的高度的不同而有所不同，每個斜梯的計(jì)算模型均可以認(rèn)為是兩端支撐的簡支梁結(jié)構(gòu)，兩端連接2個轉(zhuǎn)彎小平臺，平臺再與井筒或井架進(jìn)行可靠連接;折線型旋梯最大的好處就是每個梯段均可在地面組裝完成后再起吊拼接，高空安裝工作量較小，而且由于檢修人員在梯段上的攀爬是直線的，不容易引起眩暈疲勞。

1．4 機(jī)械提升設(shè)備設(shè)計(jì)

機(jī)械提升設(shè)備是大跨越高塔運(yùn)檢重要的輔助設(shè)施。根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，登塔用的電動提升裝置有無軌吊籠、機(jī)械式升降機(jī)、齒條式電梯和曳引式電梯、爬塔機(jī)等多種型式。無軌吊籠、機(jī)械式升降機(jī)由于長期處于室外自然環(huán)境中，其設(shè)備元器件的老化和銹蝕會引發(fā)故障頻繁發(fā)生，現(xiàn)在使用已經(jīng)越來越少;齒條式電梯由于其依賴進(jìn)口的局限使得造價和日后的維護(hù)、保養(yǎng)都受到很大的影響;曳引式電梯具有廣泛的市場基礎(chǔ)，成熟的技術(shù)和相對低廉的價格，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于較高的大跨越塔上。

1．4．1 電梯設(shè)計(jì)

電梯的電器設(shè)備和微電腦控制系統(tǒng)等均屬于環(huán)境敏感儀器、設(shè)備，對于防濕和溫度要求均比較嚴(yán)格，所以電梯井筒必須為封閉結(jié)構(gòu)，只有在停靠層處才開設(shè)進(jìn)出門，而且門洞構(gòu)造要進(jìn)行防雨水設(shè)計(jì)處理。電梯井筒是一個薄壁筒體(井筒壁厚為8～12 mm)，在滿足電梯運(yùn)行空間的前提下需要在通體內(nèi)部布置縱向和環(huán)向的加勁肋，以增大筒體的剛度。電梯在封閉的井筒內(nèi)運(yùn)行，猶如活塞上下運(yùn)動，為防止電梯運(yùn)行時空氣壓力的影響，需要在井筒的頂端和底部開設(shè)進(jìn)出氣孔，同時也有利于井筒內(nèi)部空氣的流通。電梯選用時應(yīng)注意:

(1)根據(jù)電梯的提升高度，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素(價格)，合理確定電梯的提升速度(一般不小于1.5 m/s)。

(2)根據(jù)跨越點(diǎn)的自然環(huán)境，合理確定電梯的工作環(huán)境溫度區(qū)間，有必要時應(yīng)在機(jī)房內(nèi)配置空調(diào)。

(3)計(jì)算常風(fēng)下的鐵塔和井筒的位移，將位移值提交給電梯供應(yīng)商，以便進(jìn)行電梯的非標(biāo)設(shè)計(jì)。

(4)根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行需要，合理確定電梯的運(yùn)載質(zhì)量(一般不小于500 kg)和轎廂內(nèi)部凈尺寸(一般不小于寬1 100 mm、深700 mm 和高2 000 mm)［6］。

1．4．2 爬塔機(jī)設(shè)計(jì)

1 000 kV特高壓黃河、漢江大跨越以及±800 kV向上線、錦蘇線的8個長江大跨越鐵塔均采用了爬塔機(jī)，如圖4所示。這種裝置的導(dǎo)軌、連接附件和基礎(chǔ)連接圖紙一般均由爬塔機(jī)生產(chǎn)廠家提供，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員僅需要在本體結(jié)構(gòu)圖紙上事先預(yù)焊連接掛件和預(yù)留連接孔即可。

圖4 爬塔機(jī)Fig.4 Climbing machine

爬塔機(jī)可由蓄電池驅(qū)動，也可由燃油發(fā)動機(jī)驅(qū)動，爬升速度一般為0.25～0.3 m/s。攀爬機(jī)的運(yùn)載質(zhì)量一般在150～200 kg之間，可搭乘1個檢修人員，并附有防墜安全控制器、遙控器以及專用工器具等，使用也較為方便。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，各種爬梯的適用范圍如表1所示。

2 走道設(shè)計(jì)

走道是跨越塔上用于檢修人員水平移動的輔助設(shè)施，一般設(shè)置在地線頂架、導(dǎo)線橫擔(dān)和橫隔面上。走道應(yīng)能夠承受2 500 kN/m2的可變荷載作用，走道梁可用輕型槽鋼或不等邊角鋼制作，走道板可采用花紋鋼板、格柵板或網(wǎng)格板制作，并可根據(jù)走道的長度、寬度和使用功能進(jìn)行合理選擇。走道的欄桿可用角鋼或鋼管制作，兩端應(yīng)和主體結(jié)構(gòu)可靠連接。欄桿高度不得低于1.2 m，并且能夠承受1 000 kN的水平推力作用。

2．1 地線頂架走道設(shè)計(jì)

地線頂架的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)塔型設(shè)計(jì)的不同而有所不同，一般都有一定的坡度，有的坡度還比較大。為了上塔人員的安全，地線頂架的走道往往設(shè)計(jì)成斜梯的樣式，并將走道和底下的頂架下平面交叉斜材進(jìn)行可靠連接。

2．2 導(dǎo)線橫擔(dān)走道設(shè)計(jì)

導(dǎo)線橫擔(dān)走道是水平的，走道的寬度一般不小于600 mm，端部設(shè)置成活動的結(jié)構(gòu)，需要時，檢修人員可以從端部打開后，下放軟梯對絕緣子串等附件進(jìn)行維護(hù)。走道可設(shè)置在橫擔(dān)的中軸線上，也可設(shè)置在一邊，走道和橫擔(dān)下平面的交叉斜材進(jìn)行可靠連接。

2．3 隔面橫擔(dān)走道設(shè)計(jì)

隔面處設(shè)置走道一般用于檢修人員休息、維護(hù)警航燈，走道的設(shè)計(jì)要求基本和導(dǎo)線橫擔(dān)走道的要求一致。

3 平臺設(shè)計(jì)

在跨越塔上的隔面處、爬梯轉(zhuǎn)彎處、電梯出口處、頂架或橫擔(dān)所在平面的塔身位置處、塔頂處、警行燈位置處等位置需要設(shè)置平臺，以用于登塔檢修人員臨時休息或臨時堆放工器具和材料。平臺的可變荷載一般不應(yīng)小于2 500 kN/m2。同時平臺的欄桿高度、強(qiáng)度和剛度也需要滿足相應(yīng)的要求。平臺的設(shè)計(jì)方法和走道基本類似，但其計(jì)算模型和走道不同，一般為3邊或4邊支撐的平面板結(jié)構(gòu)。平臺的框架梁可用槽鋼或角鋼制作，并和跨越塔本體可靠連接。平臺板以往大多采用花紋鋼板，但是由于花紋鋼板不漏水且較重、板平面內(nèi)剛度較差等缺點(diǎn)，花紋鋼板已被通透性較好、平面剛度交大且較輕的格柵板或鋼板網(wǎng)所替代。

4 結(jié)論

(1)跨越塔輔助結(jié)構(gòu)的形式選擇應(yīng)充分聽取運(yùn)行單位和建設(shè)單位的意見，以免方案的改變引起結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反復(fù)。

表1 大跨越塔爬梯的特點(diǎn)及其適用范圍Tab.1 Features and application scope of various ladders for large-crossing towers

(2)由于輔助結(jié)構(gòu)的受力比較小，結(jié)構(gòu)材料往往是由構(gòu)造確定的，故結(jié)構(gòu)材料應(yīng)優(yōu)先采用Q235等低強(qiáng)度的鋼材;連接螺栓強(qiáng)度也無需太高，如用于與主體的連接可采用6.8級M16～M20的螺栓，用于其他輔助結(jié)構(gòu)之間的連接，則可采用4.8級M8～M12螺栓。輔助結(jié)構(gòu)的連接處宜開設(shè)長孔，以利于輔助結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場安裝。

(3)輔助結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和自重荷載應(yīng)計(jì)入原始荷載并參與計(jì)算，當(dāng)輔助結(jié)構(gòu)的布置和連接影響到鐵塔本體的局部構(gòu)件受力模型變化時，還應(yīng)當(dāng)對該構(gòu)件進(jìn)行分析和驗(yàn)算，局部受到影響的構(gòu)件應(yīng)予以調(diào)整。

［1］華東電力設(shè)計(jì)院．架空送電線路大跨越結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定(試行)［S］．北京:電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，1998．

［2］中國電力工程顧問集團(tuán)公司，華東電力設(shè)計(jì)院．鋼管塔設(shè)計(jì)應(yīng)用研究［R］．北京:中國電力工程顧問集團(tuán)公司，2008．

［3］DL/T 5092—1999 110～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國電力出版社，1999．

［4］DL/T 5154—2002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］．北京:中國電力出版社，2002．

［5］華東電力設(shè)計(jì)院．鋼管塔登塔方案的研究［R］．上海:華東電力設(shè)計(jì)院，2008．

［6］黃愛華，董建堯，袁崇毅，等．500 kV馬鞍山大跨越工程跨越塔電梯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．電力建設(shè)，2008，30(3):36-39．