鄭晶

（中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖南長沙 410000）

0 引言

輸電線路大跨越鐵塔由于跨越距離較遠(yuǎn)，對于施工人員的施工技術(shù)要求較高，掌握鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理及當(dāng)下困境能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好的對鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，提高大跨越鐵塔建設(shè)的整體搭建水平。根據(jù)輸電線路大跨越所面臨的困境提出改進(jìn)措施，能夠增強(qiáng)其實(shí)際的應(yīng)用效果。

1 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

輸電線路大跨越鐵塔是指跨河、跨江、中間檔距大于1000m，而鐵塔高度大于100m的輸電鐵塔。輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為：在設(shè)計(jì)之初，一般以淺埋式設(shè)計(jì)為主，在實(shí)地考察后再制定具體的設(shè)計(jì)方案，施工過程中采用基礎(chǔ)加重的方式來確保鐵塔架體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；若鐵塔建設(shè)位置地下水含量較豐富，鐵塔就會受到該地下水的影響出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，因此在搭建過程中要注意鐵塔底部的搭建深度。

2 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程如下：我國在大跨越鐵塔建設(shè)之初，因鋼材緊缺，故采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，此種方式的特點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)效益高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且安全系數(shù)高，多應(yīng)用于長江中下游平原一代；隨時(shí)代發(fā)展，大跨越鐵塔技術(shù)水平也在不斷提高，鐵塔的搭建高度也從之前的116m增加到256m，輸電電壓等級也變?yōu)?100kV，這一時(shí)期多使用角鋼材質(zhì)來作為大跨越鐵塔的搭建材料，其與混凝土結(jié)構(gòu)相比硬度更高且抗壓能力更好；時(shí)間推進(jìn)到80年代以后，在大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了鋼管結(jié)構(gòu)，與前者相比，其能承受的荷載力更大，基本能夠滿足我國對于大跨越鐵塔的需求。因此，對于重要路段大跨越鐵塔建設(shè)多采用此種結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其有著組裝簡便、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)。

3 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體研究

3.1 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用主要技術(shù)

3.1.1 塔頭結(jié)點(diǎn)及導(dǎo)線材料布置

鐵塔結(jié)點(diǎn)設(shè)置也就是對鐵塔的桿系結(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，在鐵塔塔頭桿系結(jié)點(diǎn)變?yōu)閯傂越Y(jié)點(diǎn)后不會對后續(xù)的施工過程造成嚴(yán)重影響，但會造成一定程度的材料耗費(fèi)，以此產(chǎn)生沒必要的成本損失，這種情況可以通過在鐵塔結(jié)構(gòu)中加入平連桿裝置來解決，這是最大程度節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本的解決方式，要求平連桿裝置的熱鍍鋅構(gòu)件長度在10m以內(nèi)，寬度在0.75m以內(nèi)。在經(jīng)濟(jì)成本造價(jià)較寬泛的情況下，也可在鐵塔結(jié)構(gòu)中加入三鉸拱，雖然價(jià)格較高，但可以保持鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。焊接三鉸拱的螺栓數(shù)量要求每端不能少于5個(gè)，而斜桿接頭部分的螺栓數(shù)量不能少于4個(gè)；導(dǎo)線材料布置方面，對于交叉型的材料，若將其布置在橫擔(dān)的主材料部分上，就會給主桿造成很大的壓力，導(dǎo)致此處連接點(diǎn)工件出現(xiàn)變形，為了避免節(jié)點(diǎn)工件變形導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)更大的安全性問題，要在塔架設(shè)計(jì)之初在此工件結(jié)構(gòu)上加入短角鋼的設(shè)計(jì)，角鋼之間的間隙要控制在2mm以內(nèi)。加入短角鋼只能在一定程度上減緩工件變形速度，要從根本上解決此問題就要將交叉型鋼材安裝到橫擔(dān)的根部位置，以此將壓力轉(zhuǎn)移到鐵塔主結(jié)構(gòu)上，減少結(jié)點(diǎn)工件的受力程度。

3.1.2 曲臂及輔助壁吊架設(shè)置

在鐵塔的結(jié)構(gòu)中加入曲臂，不僅能提升鐵塔的穩(wěn)定性，還能一定程度上增加鐵塔的實(shí)用性。在鐵塔結(jié)構(gòu)中增加曲臂設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)橫向及縱向的承載，將壓力分散開以提升各部分結(jié)構(gòu)的使用壽命[1]。懸臂兩角鋼之間的間隙要控制在10mm以內(nèi)，外部角鋼的面積不能小于周圍連接部分角鋼面積的1.2倍。懸臂的橫擔(dān)不宜超過3m，而塔架底部的接地孔直徑不宜超過17mm，其離頂面距離最好在0.5～1.0m之間。在荷載力傳導(dǎo)方向上面，要加入桿件來實(shí)現(xiàn)荷載力轉(zhuǎn)移，具體桿件設(shè)計(jì)要根據(jù)荷載力方向來進(jìn)行調(diào)整；圖1為輔助臂的提升示意圖，在鐵塔結(jié)構(gòu)中加入輔助臂設(shè)置能有效幫助懸臂進(jìn)行牽引工作，具體工作時(shí)利用抱桿和控制繩來完成懸臂的調(diào)節(jié)和固定，在輔助臂達(dá)到所需高度后，可用銷軸將其直接固定在施工所用的掛孔上面，以微調(diào)的方式將臂架調(diào)整到最佳位置。

圖1 輔助臂提升

3.1.3 大坡度塔身及偏心問題規(guī)范

在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將塔身設(shè)計(jì)成大坡度，能夠大幅減少建造鐵塔所需的建筑材料，但在鐵塔建設(shè)中將塔身設(shè)計(jì)成大坡度會導(dǎo)致塔架出現(xiàn)大角度的傾斜，以此造成安全性問題，這就需要工作人員在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，通過加強(qiáng)此部分材料牢固性來進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)的完善工作，例如在一些關(guān)鍵架構(gòu)部分加入雙排螺栓來固定架體，螺栓之間的間隙要保持在3mm左右；偏心率問題是建設(shè)鐵塔過程中的最核心問題，因此需要設(shè)計(jì)人員特別注意。為避免塔架出現(xiàn)偏心問題，需要設(shè)計(jì)人員就兩方面加以注意：一方面，在進(jìn)行塔架建設(shè)時(shí)，不能采用單包鐵作業(yè)方式，注意將斜材及竹制材料連接牢固，斜材之間的角度要控制在30°以內(nèi)，連接方式上可選擇墊圈，若墊圈超過2個(gè)或8mm就要采用墊板進(jìn)行連接；另一方面，在發(fā)現(xiàn)塔架出現(xiàn)偏心問題時(shí)，可應(yīng)用主架構(gòu)嫁接輔助架構(gòu)及接頭的方式加以解決，這樣能夠在一定程度上節(jié)約塔架結(jié)構(gòu)修建的費(fèi)用。

3.2 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)所面對的困境及改進(jìn)措施

3.2.1 暴雪

暴雪是影響輸電線路大跨越鐵架使用壽命的最主要問題之一。以2017年南方特大暴雪為例，其導(dǎo)致大量的輸電站停止運(yùn)營，且大量的積雪導(dǎo)致鐵塔上承載的壓力過大，出現(xiàn)倒塌事故，在影響輸電線路正常供電的同時(shí)，也威脅當(dāng)?shù)鼐用竦娜松戆踩Ｔ诜e雪堆積到鐵塔上時(shí)，會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，以此對輸電線造成損壞，對后續(xù)的電路供應(yīng)質(zhì)量造成影響?；诖朔N情況，需要鐵塔設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之初詳細(xì)了解鐵塔搭建地區(qū)的氣候環(huán)境及周邊的地理情況，在了解之后針對該地區(qū)情況進(jìn)行具體的鐵塔設(shè)計(jì)，如適時(shí)增加鐵塔分散壓力工件來增強(qiáng)鐵塔的荷載力、在輸電線路上增加一層絕緣的保護(hù)膜來隔絕積雪，減少輸電線路因積雪造成損壞的概率。

3.2.2 地震及雷擊

地震對于輸電線路及鐵塔、通信塔的破壞都是徹底的，對于輸電線路的修理比較簡單，但對于鐵塔及通信塔的維修就十分復(fù)雜，修理過程中需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，且修理過程十分緩慢，在修理期間無法進(jìn)行正常供電，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用裆?。雖然地震屬于不可抗力，但增強(qiáng)鐵塔的各部分穩(wěn)定性能夠起到很好的減震效果，具體可利用物理學(xué)知識來對鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以提升減震效果；根據(jù)N=rhT及h=hg-2f/3的雷擊次數(shù)公式可將輸電線路遭受雷擊的次數(shù)計(jì)算出來，再根據(jù)次數(shù)進(jìn)行原因分析[2]。根據(jù)分析，地勢較高且較空曠位置的輸電線路大跨越鐵塔受雷擊的次數(shù)更多，因此在鐵塔設(shè)計(jì)之初，盡量避開高地勢的空曠區(qū)域，若不可避免，就做好鐵塔的避雷工作。

3.2.3 環(huán)境腐蝕

在輸電線路大跨越鐵塔設(shè)計(jì)中，環(huán)境腐蝕問題也是其重點(diǎn)需要考量的問題之一。由于鐵塔長期暴露在室外條件下，所處環(huán)境極易導(dǎo)致其被腐蝕，尤其一些地區(qū)還有酸雨等自然災(zāi)害，更是對鐵塔的安全性造成了不利影響[3]。以南方地區(qū)為例，南方地區(qū)氣候濕熱，且土壤中酸度較高，對鐵塔的腐蝕程度較大，因此在進(jìn)行鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)，可在鐵塔外部構(gòu)件上進(jìn)行防腐防氧化的刷漆處理，對重要結(jié)構(gòu)部分的鉚釘上纏繞一層隔絕保護(hù)套，以此避免鉚釘長期處于室外中發(fā)生銹化現(xiàn)象，對整個(gè)鐵塔結(jié)構(gòu)造成影響。

4 結(jié)論

綜上所述，在塔架結(jié)構(gòu)中加入平連桿裝置，能夠增強(qiáng)塔架結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性；安裝曲臂及輔助吊架能夠?qū)⑺艿膲毫右苑稚?，延長鐵塔的使用壽命；大坡度塔身設(shè)計(jì)能夠減少建設(shè)鐵塔時(shí)使用的材料量，但需要對穩(wěn)定性問題加以關(guān)注；不能使用單包鐵的作業(yè)方式進(jìn)行鐵塔建設(shè)，以避免偏心情況的發(fā)生。