段成蔭，張連宏，馬　棟，朱瑞元

（1.華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上?！?00001；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南　250021；3.國網(wǎng)山東臨朐縣供電公司，山東　臨朐　262600；4.中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京　100120）

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惡劣地形條件下特高壓分體塔設(shè)計(jì)

段成蔭1，張連宏2，馬棟3，朱瑞元4

（1.華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海200001；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250021；3.國網(wǎng)山東臨朐縣供電公司，山東臨朐262600；4.中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120）

摘要：榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程途經(jīng)山東淄博地區(qū)，多為丘陵、山地，部分塔位地形惡劣，坡度達(dá)50°以上，采用常規(guī)鐵塔方案存在一定困難。針對(duì)13R159號(hào)和13L164號(hào)兩基位于“刀背山”的單回路鐵塔的實(shí)際情況，介紹塔位地形地貌和地質(zhì)條件，對(duì)比常規(guī)轉(zhuǎn)角塔JC30151A方案和特殊分體塔FT3015A兩種方案的根開、塔重、塔腿高差、基礎(chǔ)規(guī)格和基礎(chǔ)工程量等方面，確定分體塔FT3015A的設(shè)計(jì)方案，并從鐵塔設(shè)計(jì)、塔位布置和基礎(chǔ)配置幾個(gè)方面詳細(xì)介紹分體塔的設(shè)計(jì)過程，得出一些有益的結(jié)論，為今后山區(qū)特高壓工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：特高壓；輸電線路；分體塔；惡劣地形；鐵塔設(shè)計(jì)

0　引言

榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程是國家電網(wǎng)特高壓骨干網(wǎng)架的重要組成部分，起自榆橫1 000 kV開關(guān)站，經(jīng)晉中1 000 kV變電站、石家莊1 000 kV變電站、濟(jì)南1 000 kV變電站，止于濰坊1 000 kV變電站，途徑陜西、山西、河北、山東4省。線路所經(jīng)過的山東省淄博市淄川區(qū)、博山區(qū)為丘陵、低中山及中山地貌，全長約70 km，地形起伏較大，表層的粉質(zhì)粘土較薄或基巖出露，巖性主要為石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖、白云巖和泥巖等。部分塔位所處的“刀背山”坡度達(dá)到50°，山梁寬度僅為5～6 m，使塔位選擇和鐵塔設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較大的困難，同時(shí)也可能造成施工難度增大，施工安全存在隱患等問題，因此在線路設(shè)計(jì)中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

針對(duì)1 000 kV榆橫—濰坊特高壓交流輸電線路的13R159號(hào)和13L164號(hào)塔塔位地形陡峭、常規(guī)塔型立塔困難的情況，進(jìn)行不同方案的塔型比選，確定將一基塔分為三基子塔的分體塔方案，從鐵塔設(shè)計(jì)、塔位布置、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的角度介紹分體塔FT3015A的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)成果，為今后山區(qū)特高壓線路工程提供參考。

1　塔位地質(zhì)情況

1.1地形地貌

13R159號(hào)塔位于一山脊斜坡與另一平直山脊交匯處，山脊線坡度約30°，走向約南北方向，大致與線路方向垂直，山脊兩側(cè)山坡陡峭，坡度最大達(dá)50°以上，脊部平坦區(qū)域?qū)挾炔怀^5m，形成了如圖1所示的“刀背山”，滾石、塊石散落，植被稀疏，為荒草及灌木。

13L164號(hào)塔位于山地山脊上，近山頂，山脊線坡度10°～15°，山脊寬15～20 m，山脊兩側(cè)均為陡崖，坡角約50°，地形起伏巨大，如圖2所示。山脊上植被發(fā)育，雜草灌木叢生。

圖1　13R159號(hào)塔位陡坡

圖2　13L164號(hào)塔位陡坡

1.2地質(zhì)條件

13R159號(hào)塔位處覆蓋層較薄，基巖裸露。上覆層厚度一般約0.2～0.3 m，為粉質(zhì)粘土夾碎石；基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層產(chǎn)狀為325°∠13°，節(jié)理產(chǎn)狀為335°∠80°、245°∠70°。由于節(jié)理發(fā)育，將巖體切割成塊狀，長期風(fēng)化等作用局部形成危巖并發(fā)生崩塌，形成了局部的巖石陡坎，特別是斜坡與山脊東西兩側(cè)發(fā)育陡崖，距東側(cè)陡崖約18 m，距西側(cè)陡崖約12 m。地質(zhì)條件如表1所示。

表1　13R159號(hào)塔位地質(zhì)條件

表2　13L164號(hào)塔位地質(zhì)條件

13L164號(hào)塔位處上覆層厚度為0～0.6 m，基巖大量裸露。上覆層為坡積為灰黃色粉質(zhì)粘土夾碎石，含植物根莖和腐殖質(zhì)；基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀，屬較硬巖。地質(zhì)條件如表2所示。

2　鐵塔設(shè)計(jì)

2.1塔型選擇

13R159號(hào)和13L164號(hào)塔屬于本線單回路段、30 m/s風(fēng)區(qū)、15 mm冰區(qū)，轉(zhuǎn)角分別為左轉(zhuǎn)11°01′10″和0°，考慮兩種塔型方案：①按工程統(tǒng)一規(guī)劃的15 mm冰區(qū)單回路轉(zhuǎn)角塔JC30151A，呼高范圍45～ 57 m，根開為16.23～19.11 m，高低腿0～-15.0 m，級(jí)差1.5 m；②采用特殊設(shè)計(jì)的分體塔FT3015A，分為3個(gè)子塔，呼高范圍36～55.5 m，根開為7.65～10.38 m，高低腿0～-8.0 m，級(jí)差1.0 m。根據(jù)塔位地形情況，比較兩種方案，結(jié)果如表3所示。

表3　JC30151A和FT3015A方案比較

對(duì)比表3結(jié)果。JC30151A方案：鐵塔根開較大，陡峭地形下造成塔腿高差較大，不利于接腿配置；塔重較大；基礎(chǔ)工程量大，由于所受荷載和基礎(chǔ)懸挑長度均較大，導(dǎo)致樁徑和埋深過大，不夠經(jīng)濟(jì)且對(duì)施工造成了很大困難；塔腿處坡度較大，加之塔腿較長，導(dǎo)致塔腿上方需要較大的開方量，亦不利于下邊坡穩(wěn)定。FT3015A方案：鐵塔根開比JC30151A小、塔重也較輕；塔腿高差較小，有利于高低腿設(shè)計(jì)和布置；基礎(chǔ)樁徑和埋深均較小，雖樁數(shù)增加，但總的基礎(chǔ)工程量仍較JC30151A方案為??；塔腿處坡度略小于JC30151A方案，但由于本方案接腿長度和根開均較小，上邊坡開方量不大。可知，JC30151A方案由于鐵塔根開較大，在13R159號(hào)和13L164號(hào)塔位處難以適應(yīng)劇烈變化的地形，而且可調(diào)節(jié)的余地也很小。FT3015A方案基本可以滿足地形變化要求，且將一基塔分解為三基子塔的方法使得該方案具有一定的調(diào)節(jié)空間，因此本工程采用FT3015A方案。

2.2鐵塔設(shè)計(jì)原則

根據(jù)鐵塔設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范［1-5］，F(xiàn)T3015A按耐張塔設(shè)計(jì)，允許轉(zhuǎn)角為0°～20°，設(shè)計(jì)風(fēng)速30 m/s，導(dǎo)線覆冰15 mm，地線覆冰20 mm。全塔采用角鋼，L125×10以上主材使用Q420。呼高范圍36 m、39 m、42 m、43.5 m、48 m、55.5 m，高低腿為0～-8.0 m，級(jí)差1.0 m。導(dǎo)線采用雙掛點(diǎn)，耐張金具采用GD-84/100-40/170 （L=170 mm，M=52 mm），聯(lián)間距600；地線耐張金具采用GD-21/32-60/112（L=112 mm，M=30 mm）；跳線采用單掛點(diǎn)，金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）；避雷線金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）。

2.3單線圖

FT3015A塔單線圖如圖3所示，塔身頂部開口寬度為1.4 m，變坡寬度為3.4 m，塔腿主材單坡坡度0.07，塔腿最大主材Q420B220×24，橫擔(dān)主材Q420B160×10。

圖3　FT3015A塔單線

3　塔基配置

3.1塔位布置

如圖4所示，F(xiàn)T3015A塔位依據(jù)電氣要求和地形條件設(shè)置，左塔由于地形較低采用較大呼高，右塔采用較小呼高，3個(gè)子塔之間的橫向距離為27 m，縱向可前后適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)地形變化。

圖4　塔位布置

表4　13R159號(hào)塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

表5　13L164號(hào)塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

依據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)定［6］，根據(jù)塔位地形和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)13R159號(hào)塔和13L164號(hào)塔基礎(chǔ)分別如表4、表5所示，基礎(chǔ)型式為人工挖孔基礎(chǔ)，基礎(chǔ)直徑為1.6 m，設(shè)計(jì)埋深為8 m，基礎(chǔ)全長為8.5～10.5 m，主筋為HRB400-48Φ28，外箍筋為HPB300螺旋筋Φ8，內(nèi)箍筋為HPB300-Φ16。

4　結(jié)語

根據(jù)1 000 kV榆橫—濰坊特高壓交流輸變電工程線路工程13R159號(hào)塔和13L164號(hào)塔的實(shí)際情況，介紹了塔位地形地貌和地質(zhì)條件，通過與常規(guī)單回路轉(zhuǎn)角塔JC30151A的比較確定了上述兩基塔的塔型，從鐵塔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)配置等角度闡述了惡劣地形條件下的分體塔設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)過程，得出結(jié)論：與常規(guī)單回路轉(zhuǎn)角塔JC30151A相比，分體塔FT3015A方案根開較小，更能適應(yīng)陡峭地形條件；FT3015A方案塔重較輕、基礎(chǔ)直徑較小、埋深較淺、基礎(chǔ)工程量較小，適合13R159號(hào)塔和13L164號(hào)塔的實(shí)際情況；FT3015A 3基子塔依據(jù)電氣要求和地形條件平行設(shè)置，橫向距離為27 m，縱向可前后適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)地形變化。

參考文獻(xiàn)

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB/Z 24842—2009 1 000 kV特高壓交流輸變電工程過電壓和絕緣配合［S］.

［4］GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［5］DL/T 5154—2012架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［6］DL/T 5219—2005架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

Design of UHV Split Tower Under Harsh Terrain Condition

DUAN Chengyin1，ZHANG Lianhong2，MA Dong3，ZHU Ruiyuan4
（1. East China Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200001，China；2. Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China；3. State Grid Linqu Power Supply Company，Linqu 262600，China；4. Electric Power Planning & Engineering Institute，Beijing 100120，China）

Abstract:Yuheng-Weifang ultra-high voltage（UHV）transmission line project crosses through Zibo，where the physiognomy is mainly hill and mountain. The terrain condition of some towers is such unfavorable with slope up to 50 degree that normal tower is not adaptable. Aiming at actual conditions of No. 13R159 and No. 13L164 foundations，their physiognomy and topography are introduced. The normal planning of single circuit tower JC30151A and the particular planning of split tower FT3015A are compared with respect to base width，tower weight，altitude difference，foundation planning and foundation quantities，and the planning of split tower FT3015A is adopted. The design process of split tower is presented with respect to tower design，tower arrangement and foundation allocation. Some useful conclusions are obtained as references for UHV projects.

Key words:UHV；transmission line；split tower；unfavorable terrain；design of tower

中圖分類號(hào)：TM753；TU753

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007－9904（2016）05－0010－04

收稿日期：2016-03-15

作者簡介：

段成蔭（1987），男，工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)工作。