邵冬亮，王 龍，李 志，何春暉，孫永鑫

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，山東 濟(jì)南 250021）

0 引言

全過(guò)程機(jī)械化施工是電力線路工程的重點(diǎn)發(fā)展方向，目的在于改變以人力作業(yè)為主的傳統(tǒng)施工模式，提高施工過(guò)程中機(jī)械化作業(yè)的比重和智能程度，降低人力作業(yè)強(qiáng)度，減小周邊環(huán)境影響，將線路工程施工由勞動(dòng)密集型作業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型工程。其優(yōu)勢(shì)在于使線路施工標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、技術(shù)專業(yè)化，對(duì)于提高線路工程安全質(zhì)量、效率效益、工藝水平具有重要意義。

2013年初，“輸電線路全過(guò)程機(jī)械化施工”由國(guó)家電網(wǎng)公司主持開(kāi)展試點(diǎn)研究推廣工作。在現(xiàn)有施工模式基礎(chǔ)上，考慮沿線地質(zhì)地貌條件、交通情況及人文環(huán)境，尋找施工過(guò)程中的改進(jìn)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，研制全面化、多功能、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的施工設(shè)備，為道路修建、物料運(yùn)輸、基礎(chǔ)施工、組塔、架線等施工過(guò)程提供全面有效的機(jī)械化技術(shù)支持，配合全過(guò)程機(jī)械化施工的發(fā)展和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)[1]。

根據(jù)線路路徑方案設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、桿塔設(shè)計(jì)和接地設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)輸電線路進(jìn)行全過(guò)程機(jī)械化施工可行性及優(yōu)化分析，評(píng)價(jià)各個(gè)工程因素對(duì)機(jī)械化施工的影響和限制條件，提出較為完整的輸電線路機(jī)械化施工評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和原則，對(duì)關(guān)鍵施工機(jī)械的研發(fā)提出進(jìn)一步規(guī)劃和要求，并介紹了全過(guò)程機(jī)械化施工在線路工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 全過(guò)程機(jī)械化施工的設(shè)計(jì)原則和分析評(píng)價(jià)

全過(guò)程機(jī)械化施工關(guān)鍵在于從方案設(shè)計(jì)起始階段，針對(duì)機(jī)械化施工目標(biāo)，根據(jù)工程條件對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷改進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)有施工機(jī)械水平和施工組織水平，一方面保證方案設(shè)計(jì)滿足技術(shù)功能指標(biāo)，另一方面要盡量提高施工機(jī)械適用性，積極研發(fā)新型專用施工機(jī)械。

1.1 全過(guò)程機(jī)械化施工的設(shè)計(jì)原則

安全、經(jīng)濟(jì)、快速、環(huán)保。人力作業(yè)不確定風(fēng)險(xiǎn)因素較多，不可控條件會(huì)制約人力施工技術(shù)的發(fā)展，采用全過(guò)程機(jī)械化施工可以減少人力勞動(dòng)危險(xiǎn)程度，降低人力成本。機(jī)械化施工的標(biāo)準(zhǔn)化和快速化大大提高機(jī)械施工在安全、經(jīng)濟(jì)、快速和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)。

提高施工設(shè)備的適用性。長(zhǎng)距離輸電線路建設(shè)具有點(diǎn)多、面廣、山高、路險(xiǎn)等特點(diǎn)[2－3]，施工設(shè)備需適應(yīng)多種地質(zhì)環(huán)境和施工條件。因此，研制多功能、可組裝、體積小、便于轉(zhuǎn)場(chǎng)的施工機(jī)械對(duì)全面持續(xù)化施工有著重要意義。

減少周邊環(huán)境影響。施工過(guò)程環(huán)境友好是今后工程建設(shè)的發(fā)展方向。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和人文環(huán)境，盡量減少對(duì)地表植被環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用裆钤O(shè)施的影響。

推行設(shè)計(jì)施工一體化的標(biāo)準(zhǔn)化體系。輸電線路工程參與方多，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、設(shè)備研發(fā)單位、機(jī)械租賃方等都需要全面參與工程設(shè)計(jì)。需要綜合考慮各方需求和條件，總結(jié)已有工程經(jīng)驗(yàn)，建立各個(gè)工程環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化施工準(zhǔn)則，加強(qiáng)合作單位之間的相互交流。

1.2 全過(guò)程機(jī)械化施工的評(píng)價(jià)分析

全面評(píng)價(jià)分析全過(guò)程機(jī)械化施工的可行性，重點(diǎn)在于從定性的關(guān)系討論各個(gè)工程條件對(duì)機(jī)械化施工的影響和方案選擇，找出可以利用機(jī)械化施工替代人力作業(yè)的環(huán)節(jié)，從概念設(shè)計(jì)的角度建立系統(tǒng)性評(píng)價(jià)過(guò)程，如圖1所示。

圖1 機(jī)械化施工影響因素綜合評(píng)價(jià)

地質(zhì)地貌條件。輸電線路距離長(zhǎng)，可能需要穿越多個(gè)地區(qū)，地形條件差異較大。平坦、地形開(kāi)闊的地區(qū)會(huì)給機(jī)械化施工帶來(lái)很大便利，方便架設(shè)施工平臺(tái)，并節(jié)約地基處理投資。考慮到地質(zhì)地貌條件，在選線過(guò)程中要避開(kāi)險(xiǎn)惡地形及不良地質(zhì)地段，特別是高海拔、嚴(yán)重覆冰、高雷暴區(qū)和風(fēng)口地帶以及其他嚴(yán)重影響安全運(yùn)行的地區(qū)，避免大檔距、大高差、相鄰檔距相差懸殊地段[2]。

交通運(yùn)輸條件。路徑選擇宜靠近現(xiàn)有國(guó)道、省道、縣道及鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路，應(yīng)充分利用現(xiàn)有交通條件，方便施工和運(yùn)輸。對(duì)原路徑遠(yuǎn)離主干公路而無(wú)鄉(xiāng)村公路、交通條件較差處進(jìn)行線路調(diào)整，盡量保證大部分塔位修建較短臨時(shí)道路即可使施工機(jī)械到塔位。必要時(shí)，可以配合該地區(qū)的長(zhǎng)期交通規(guī)劃進(jìn)行輸電線路選線。

施工機(jī)械設(shè)備。高效、專用、標(biāo)準(zhǔn)化的輸電工程施工裝備，是全過(guò)程機(jī)械化施工的重要組成部分，會(huì)大大提高線路建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。輸電工程施工裝備要根據(jù)不同的地質(zhì)條件和線路要求，配置與研發(fā)相應(yīng)功能的施工設(shè)備，配合全過(guò)程機(jī)械化施工的發(fā)展。

人文環(huán)境保護(hù)。充分考慮地方政府和有關(guān)部門(mén)對(duì)線路路徑的規(guī)劃意見(jiàn)，協(xié)調(diào)地方城鎮(zhèn)規(guī)劃與線路建設(shè)之間的矛盾，避開(kāi)城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)、工業(yè)區(qū)、軍事設(shè)施、文物遺址、大型廠礦企業(yè)及重要通信設(shè)施，減少線路工程建設(shè)對(duì)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及對(duì)群眾生產(chǎn)、生活的影響。當(dāng)線路必須穿越農(nóng)作物、樹(shù)林及居民區(qū)時(shí)，應(yīng)制定相關(guān)措施減少對(duì)人文環(huán)境的影響。

施工組織水平。完整有效、統(tǒng)籌得當(dāng)?shù)氖┕そM織設(shè)計(jì)對(duì)于施工機(jī)械能否發(fā)揮其最大效益具有決定性作用。施工過(guò)程需要從技術(shù)、裝備方面適應(yīng)機(jī)械化施工的要求，并根據(jù)已有的機(jī)械化施工線路工程經(jīng)驗(yàn)，考慮到工程各個(gè)特殊條件，不斷總結(jié)出更高水平的標(biāo)準(zhǔn)化施工組織設(shè)計(jì)。

1.3 全過(guò)程機(jī)械化施工優(yōu)化分析

輸電線路工程全方位優(yōu)化過(guò)程貫穿線路施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)從路徑選擇、塔位選取、基礎(chǔ)選型、桿塔設(shè)計(jì)等方面全面優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，滿足全過(guò)程機(jī)械化施工要求，盡量協(xié)助提高施工的機(jī)械化水平，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

線路優(yōu)化、塔位選取設(shè)計(jì)。盡可能縮短線路長(zhǎng)度、減少轉(zhuǎn)角個(gè)數(shù)，降低工程造價(jià)，合理選擇交叉跨越點(diǎn)，連續(xù)牽張長(zhǎng)度不宜過(guò)大。綜合協(xié)調(diào)擬建路徑與沿線已建成線路及其他設(shè)施的矛盾，既保證擬建工程線路的經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)應(yīng)兼顧同期或遠(yuǎn)期其他線路路徑的走向[4]。

機(jī)械化施工基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化。主要考慮充分利用基礎(chǔ)受力體系的特點(diǎn)，改善基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，節(jié)約材料消耗，力求造價(jià)經(jīng)濟(jì)。在同等地質(zhì)條件和工程條件下，原狀土基礎(chǔ)相較其他基礎(chǔ)形式具有更好的性價(jià)比，避免基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響和破壞，且造價(jià)上更具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)?？蛇x用旋挖機(jī)進(jìn)行機(jī)械化施工，達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)模式。

機(jī)械化施工桿塔設(shè)計(jì)優(yōu)化。機(jī)械化施工桿塔位置選擇應(yīng)以環(huán)境影響最小為原則，盡量避開(kāi)因周邊建筑物造成機(jī)械化施工困難的場(chǎng)地。從桿塔選型、材料選擇、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等方面進(jìn)行桿塔設(shè)計(jì)優(yōu)化，有效降低桿塔耗鋼量、基礎(chǔ)作用力和基礎(chǔ)工程量，從而減輕物料運(yùn)輸重量，減小基礎(chǔ)施工機(jī)械，降低施工難度，為機(jī)械組塔提供有利條件，縮短施工周期。

2 施工機(jī)械的研發(fā)現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)化施工

2.1 輸電線路工程的機(jī)械化施工設(shè)備

在試點(diǎn)工程建設(shè)中，已研制出專用塔式起重機(jī)、旋挖鉆機(jī)、重型貨運(yùn)索道，無(wú)人駕駛直升機(jī)等重大施工裝備，新型機(jī)械具有自動(dòng)化程度高，針對(duì)性強(qiáng)、專業(yè)配套等優(yōu)點(diǎn)。尤其是重型貨運(yùn)索道能夠滿足絕大部分地形條件下的建設(shè)物資運(yùn)輸通道建設(shè)，解決了高山丘陵地區(qū)無(wú)交通線路帶來(lái)的全機(jī)械化施工難題。

現(xiàn)階段機(jī)械施工設(shè)備的發(fā)展情況如表1所示。目前山區(qū)線路的施工機(jī)械研發(fā)明顯不足，需要根據(jù)其自身的工程需求大力研發(fā)巖石基礎(chǔ)施工機(jī)械、山區(qū)貨運(yùn)索道以及無(wú)人機(jī)架線機(jī)械，并總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)特殊地區(qū)施工機(jī)械研發(fā)的投入，推動(dòng)全網(wǎng)范圍內(nèi)的全過(guò)程機(jī)械化施工進(jìn)程。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化施工的建立

高效適用的施工機(jī)械裝備是實(shí)現(xiàn)全過(guò)程機(jī)械化施工的有利基礎(chǔ)。在各建設(shè)單位技術(shù)水平參差不齊、地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不均的形勢(shì)下，設(shè)計(jì)、技術(shù)裝備、市場(chǎng)化租賃與合作交流等方面的標(biāo)準(zhǔn)化為電網(wǎng)機(jī)械化建設(shè)提供了專業(yè)、高效的保障和途徑，以便全過(guò)程機(jī)械化可以快速有效發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)化包括施工裝備設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)化，輸電線路設(shè)計(jì)方法、基礎(chǔ)選型與適用范圍、接地型式、質(zhì)量控制要求標(biāo)準(zhǔn)化，也包含施工裝備配置、施工方案、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)以及施工組織標(biāo)準(zhǔn)化。

在現(xiàn)有施工裝備的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的地質(zhì)、地形條件和施工目的，建立“全過(guò)程機(jī)械化施工標(biāo)準(zhǔn)體系”，按照線路施工工序分類，針對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)，研發(fā)系列化、模塊化施工機(jī)械，并提出適合機(jī)械化施工的基礎(chǔ)型式設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)、施工方案、裝備購(gòu)置等工作。

3 線路工程實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況及線路優(yōu)化

某線路工程線路所經(jīng)地區(qū)全部為平地，沿線地貌成因類型為沖積平原，土層主要為粉土與黏土，土體強(qiáng)度較高，工程地質(zhì)條件較好，交通條件良好。工程包含3條線路工程，路徑如圖2所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程條件分析[5]，3條線路的機(jī)械化施工適用性分析如表2所示。

表1 全過(guò)程施工機(jī)械設(shè)備的介紹與選擇

表2 線路工程全過(guò)程機(jī)械化施工適用性評(píng)價(jià)分析

圖2 工程路徑

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對(duì)本工程地質(zhì)條件，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分析，地下水位較淺時(shí)，考慮到施工降水費(fèi)用，樁基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。綜合考慮施工效率、交通運(yùn)輸條件、綠化帶植被恢復(fù)、機(jī)械化程度等因素，本工程優(yōu)先選用適宜機(jī)械化施工的鉆孔樁基礎(chǔ)，施工方便，提高了施工效率[4]。

考慮到流水線作業(yè)及綜合效益指標(biāo)分析，基礎(chǔ)樁徑角鋼直線塔直徑為0.8 m，耐張塔直徑為1.2 m，直線鋼管桿和小轉(zhuǎn)角耐張桿直徑為2.2 m，大轉(zhuǎn)角和終端桿直徑為2.6 m。

3.3 塔桿優(yōu)化設(shè)計(jì)

桿塔設(shè)計(jì)主要從桿塔選型、材料選擇、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，降低施工難度，縮短施工周期，提高機(jī)械化施工效率。采用Q420高強(qiáng)鋼，改善鐵塔受力性能，簡(jiǎn)化鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)造，減輕單根構(gòu)件的重量，減少運(yùn)輸、安裝等費(fèi)用。

針對(duì)鐵塔組立及架線特點(diǎn)，工程在鐵塔設(shè)計(jì)階段優(yōu)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，按照功能要求預(yù)留施工孔，與施工進(jìn)行接口配合，滿足施工要求。預(yù)留的施工孔在總圖中標(biāo)明其用途，并注明各施工孔荷載限制。

3.4 接地優(yōu)化設(shè)計(jì)

為減少水平接地方式對(duì)基礎(chǔ)周圍植被破壞的影響，加入了垂直接地型式的設(shè)計(jì)比選。根據(jù)工程土壤電阻率，通過(guò)對(duì)接地型式計(jì)算分析，垂直接地方案在滿足工頻接地電阻要求的前提下，在占地面積與材料用量明顯優(yōu)于常規(guī)水平接地，并且垂直接地可以全面配合機(jī)械化施工過(guò)程。

3.5 機(jī)械化施工設(shè)備選擇

根據(jù)工程實(shí)際工程地質(zhì)與環(huán)境條件，為全面配合全過(guò)程機(jī)械化施工進(jìn)程，各個(gè)施工環(huán)節(jié)的施工設(shè)備選擇如表3所示。

表3 全過(guò)程機(jī)械化施工設(shè)備選擇

4 結(jié)語(yǔ)

推進(jìn)全過(guò)程機(jī)械化施工建設(shè)，有利于實(shí)現(xiàn)輸電線路工程全過(guò)程安全、質(zhì)量、建設(shè)效率提升，有利于保護(hù)施工建設(shè)環(huán)境、提升工程建設(shè)水平。

全過(guò)程機(jī)械化施工的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮安全、經(jīng)濟(jì)、快速、環(huán)保的因素，提高施工設(shè)備的適用性，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，推行設(shè)計(jì)施工一體化的標(biāo)準(zhǔn)化體系。

建立以地質(zhì)地貌條件、交通運(yùn)輸條件、施工機(jī)械設(shè)備、人文環(huán)境保護(hù)、施工組織水平作為影響因素的全過(guò)程機(jī)械化施工的評(píng)價(jià)分析過(guò)程。

總結(jié)施工機(jī)械的研發(fā)現(xiàn)狀，并提出全過(guò)程機(jī)械化施工優(yōu)化可從線路優(yōu)化及塔位選取設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)械化施工基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)械化施工桿塔設(shè)計(jì)優(yōu)化著手，以滿足全過(guò)程機(jī)械化施工要求，盡量協(xié)助提高施工的機(jī)械化水平，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

線路全過(guò)程機(jī)械化施工的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了所提方法的有效性和可行性，為相關(guān)工程的全過(guò)程機(jī)械化施工提供參考。