魯俊榮，宋念達(dá)，宋 丹，熊化吉，嚴(yán)行健

(1.江蘇省宏源電力建設(shè)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(shè)1000 kV 特高壓淮南—上海輸變電工程，對(duì)于推動(dòng)和提高我國(guó)輸變電施工技術(shù)升級(jí)，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)科研、設(shè)計(jì)部門(mén)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(shí)力，都具有重要意義。該工程施工過(guò)程中，采用新型旋挖鉆機(jī)、新式索道運(yùn)輸鋼管塔和具有過(guò)載保護(hù)功能機(jī)動(dòng)絞磨新技術(shù)，減輕了施工勞動(dòng)強(qiáng)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(guó)家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架的重要組成部分，是我國(guó)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(zhǎng)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(qiáng)塔身結(jié)構(gòu)性能、強(qiáng)度、剛度，實(shí)現(xiàn)同塔雙回路甚至多回路架設(shè)，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(guò)安徽、江蘇、浙江、上海等4個(gè)省市，地形和地質(zhì)條件十分復(fù)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(dá)到直徑1 m、長(zhǎng)度12 m、質(zhì)量5 t，給施工帶來(lái)了困難。

2 新施工技術(shù)的應(yīng)用

2.1 新型旋挖鉆機(jī)在淮河大跨越灌注樁中的應(yīng)用

2.1.1 淮河大跨越項(xiàng)目背景及新型旋挖鉆機(jī)的特征

該工程淮河大跨越項(xiàng)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)?？缭蕉螌儆诨春記_擊平原區(qū)，跨越塔所在的2個(gè)行洪區(qū)地形平坦開(kāi)闊，現(xiàn)均為農(nóng)田。基礎(chǔ)根據(jù)桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)載荷、水文和工程地質(zhì)，該大跨越桿塔確認(rèn)選用灌注樁[1]。

R-415 型新型旋挖鉆機(jī)作為灌注樁中的一種施工工藝設(shè)備，已越來(lái)越廣泛地應(yīng)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(hù)等方面均有一定的優(yōu)勢(shì)。旋挖鉆機(jī)還可配掛長(zhǎng)螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動(dòng)樁錘等，實(shí)現(xiàn)其多種功能。適應(yīng)的地層主要為：黏性土、粉土、砂土、碎石土、全風(fēng)化基巖及人工填土。具有大扭矩動(dòng)力頭和自動(dòng)內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機(jī)，可以適應(yīng)微風(fēng)化巖層的施工[2]。結(jié)合該工程淮河大跨越項(xiàng)目具體情況，決定采用旋挖鉆孔作為灌注樁的施工設(shè)備。

2.1.2 旋挖樁成孔施工過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)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(shí)，可采取加深護(hù)筒以及使用優(yōu)質(zhì)泥漿解決。新型旋挖機(jī)鉆頭直徑略大于護(hù)筒直徑，正好適用工藝施工要求，保證成孔過(guò)程中孔壁的穩(wěn)定。

（2）旋挖鉆進(jìn)成孔后，孔底沉渣較厚，有的工程沉渣厚度甚至達(dá)到6 m，清孔難度很大。由于砂性土層易受擾動(dòng)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(jī)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(qiáng)（中）風(fēng)化巖層及較硬的黏土層中，鉆進(jìn)效率比較低。對(duì)于卵礫石與強(qiáng)（中）風(fēng)化巖層，該機(jī)改用多用鉆頭，靈活方便，也能在微化基巖中進(jìn)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(dāng)?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(jìn)、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(jià)、工期和勞動(dòng)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(xué)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(jī)具，施工工藝要求較高，費(fèi)用昂貴，建議盡可能少用[3]。

2.2 新式索道運(yùn)輸鋼管塔重型構(gòu)件新技術(shù)的應(yīng)用

該工程線路經(jīng)過(guò)淮河平原地區(qū)，沿線河、溝渠、塘湖均比較發(fā)達(dá)，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(yùn)輸方面還沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，鋼管塔構(gòu)件等材料在河網(wǎng)等地區(qū)的運(yùn)輸必需采用運(yùn)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(yùn)輸方案一般為車(chē)輛運(yùn)輸。而該工程鋼管塔運(yùn)輸則需要增加其他運(yùn)輸方案，主要有索道運(yùn)輸、河道索道運(yùn)輸新技術(shù)。

2.2.1 索道架設(shè)工藝

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

圖1 索道架工藝

為了保證索道運(yùn)輸安全，必須對(duì)整個(gè)索道系統(tǒng)進(jìn)行受力計(jì)算。索道運(yùn)輸受力如圖2 所示。

圖2 運(yùn)輸索道受力示意圖

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

式中：fx為鋼管運(yùn)輸至離支架A 距離為a時(shí)，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(yùn)輸索道檔距；ω為承載索單位長(zhǎng)度自重力。式（1）主要用于驗(yàn)算承載索對(duì)地面障礙物的安全距離，當(dāng)x為a時(shí)，即為驗(yàn)算鋼管懸掛點(diǎn)處的孤垂。承載索的最大張力N 出現(xiàn)在支架懸掛點(diǎn)，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(jì)算公式為：

2.2.2 河道采用索道運(yùn)輸鋼管塔

該工程經(jīng)過(guò)河網(wǎng)地區(qū)較多，考慮重型鋼管運(yùn)輸無(wú)法通過(guò)一般型橋梁，而繞道距離較遠(yuǎn)，因此需要采取有效合理的重型鋼管過(guò)河方案。當(dāng)河流跨度在50 m 以內(nèi)時(shí)采用河道索道進(jìn)行過(guò)河運(yùn)輸是較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方案。河道索道運(yùn)輸?shù)恼w示意如圖3 所示。河道架設(shè)工藝和普通索道架設(shè)工藝類似。

圖3 河道索道運(yùn)輸鋼管塔示意

由于該索道運(yùn)輸方案跨越檔距較小，鋼絲繩的重量和運(yùn)輸?shù)匿摴芟啾葹檩^小的量，為了簡(jiǎn)化計(jì)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(diǎn)。當(dāng)鋼管運(yùn)輸至中點(diǎn)時(shí)，索道系統(tǒng)簡(jiǎn)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(dān)，按照不平衡系數(shù)1.2 進(jìn)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(zhǎng)度Lmax：

地錨的水平抵抗力H為：

地錨的數(shù)量抗拔力T為：

實(shí)際使用參數(shù)值大于以上計(jì)算，使用情況很好。

河道索道運(yùn)輸方案由于其投入的工器具、設(shè)備較為簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便，因此在大型設(shè)備無(wú)法進(jìn)入的一般跨河運(yùn)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(shí)，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(guò)載保護(hù)功能機(jī)動(dòng)絞磨的應(yīng)用

由于該工程的特殊性，設(shè)備單件超長(zhǎng)超重，吊裝困難，高空作業(yè)多，防護(hù)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(fēng)險(xiǎn)高；從環(huán)境的角度來(lái)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(chǎng)安全施工帶來(lái)很大難度。在該工程中使用更加靈活的機(jī)動(dòng)絞磨配上過(guò)載保護(hù)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(guó)內(nèi)的普通機(jī)動(dòng)絞磨一般都沒(méi)有過(guò)載保護(hù)功能，機(jī)動(dòng)絞磨在啟吊和牽引時(shí)，操作人員對(duì)鋼絲繩受力等不安全因素較難估計(jì)，憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作掌控。如果經(jīng)驗(yàn)不足，在操作時(shí)就會(huì)造成事故隱患，輕則毀物，重則傷人，所以機(jī)動(dòng)絞磨的安全使用在施工安全中非常重要。

2.3.1 過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成

JM-50C 機(jī)動(dòng)絞磨的基本參數(shù)。額定負(fù)載/牽引速度：50 kN/4.5 m，20 kN/11m；動(dòng)力配置：汽油機(jī)（9.6 kW）；手拉啟動(dòng)。電子拉力傳感器額定負(fù)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(jī)動(dòng)絞磨、電子拉力傳感器、顯示和控制儀器、直流電驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)和直流電源安裝在機(jī)動(dòng)絞磨上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)連桿與機(jī)動(dòng)絞磨的離合器進(jìn)行連接；電子拉力傳感器串接在機(jī)動(dòng)絞磨的拉環(huán)與地錨之間。機(jī)動(dòng)絞磨過(guò)載保護(hù)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(duì)機(jī)動(dòng)絞磨過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)設(shè)定過(guò)載保護(hù)值。電子拉力傳感器串接在機(jī)動(dòng)絞磨的拉環(huán)和地錨之間，可檢測(cè)絞磨所承受的負(fù)載，傳感器的輸出信號(hào)送至系統(tǒng)測(cè)量控制模塊，經(jīng)信號(hào)處理后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，一方面送至顯示裝置，實(shí)時(shí)顯示拉力數(shù)值，同時(shí)送至邏輯模塊進(jìn)行判斷處理。如邏輯模塊判斷拉力值大于預(yù)定過(guò)載保護(hù)值，則一方面發(fā)報(bào)警信號(hào)報(bào)警，另一方面發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)值電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)離合器，分離機(jī)動(dòng)絞磨的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和絞磨本身達(dá)到保護(hù)自助。

圖5 機(jī)動(dòng)絞磨過(guò)載保護(hù)系統(tǒng)整體原理

該設(shè)備直接應(yīng)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(yǔ)

該工程在淮河大跨越灌注樁中采用了新型旋挖鉆機(jī)；在重型鋼管塔構(gòu)件不可運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境中成功應(yīng)用了索道運(yùn)輸新技術(shù)；在吊裝、牽引等施工過(guò)程中成功使用具有過(guò)載保護(hù)機(jī)動(dòng)絞磨新技術(shù)。這3 項(xiàng)新技術(shù)為該工程淮河大跨越灌注樁、鋼管塔運(yùn)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(jìn)了國(guó)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(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]國(guó)家電力公司東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2 版.北京：中國(guó)電力出版社，2012：21-25.

[2]鐘玉龍.旋挖鉆機(jī)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(yán)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(jī)工程，2006，25（S）：1-6.