四柱钢管杆吊装工艺及安装质量影响因素分析

2015-03-16孙德新汪弘毅段海涛

湖南电力 2015年1期

关键词：单件法兰盘吊点

孙德新，汪弘毅，段海涛

(湖北宏源电力工程股份有限公司，湖北武汉 430077)

四柱钢管杆吊装工艺及安装质量影响因素分析

Introduction on erection technology of 4－poled steel tower and analysis on factors influencing assembly quality

孙德新，汪弘毅，段海涛

(湖北宏源电力工程股份有限公司，湖北武汉 430077)

通过分析四柱钢管杆的结构特点，统计出吊装高度及单吊重量，并以此指导起重机选型。考虑施工工期及经济性要求，制定合理的吊装方案及安装流程。根据理论分析结果，结合实际施工过程中出现的问题，有针对性地分析影响安装质量的诸多因素，同时给出合理化建议。

四柱钢管杆；预倾斜；专用吊具；吊装方案；轮胎式起重机

1 引言

土地资源日显紧张，为提高土地效益，城市规划部门提供高压线路走廊狭窄，或仅利用绿化带作为高压架空线路的通道。普通的自立式铁塔因为根开宽，需要较大的走廊，占地面积大，不适合在受限制的走廊内架设〔1〕。柏泉220 kV配套线路工程地处武汉周边，其中柏泉变—李家墩变、舵落口(同塔四回路架设)输电线路采取了四柱钢管杆(文中简称 “四柱杆”，如图1所示)。

图1 四柱钢管杆实物图

四柱杆首次在国内大规模使用，除横担支撑材及接头处斜水平材，其余部位均采用法兰盘连接，组装难度较大，很多因素都会影响到安装质量。

2 四柱杆结构分析

四柱杆分为两大类，直线杆和耐张杆，其中直线杆1种杆型为21G4SSZV61，耐张杆4种杆型分别为21G4SSJ61，21G4SSJ62，21G4SSJ63，21G4SSDJ69，相关信息见表1。

表1 四柱杆杆型信息

表1的统计数据显示:四柱杆全高最小值为59.5 m，最大值为83 m；除21G4SSDJ69杆型最下一段主杆件为7.77 t外，其余构件单件重量均小于5 t，且主要分布在杆身下部；横担的单次最大吊重为2.17 t。

表1的统计数据对于起重机选型有着积极的指导意义，考虑到吊重、工作幅度、起升高度等关键参数，结合起重机相关参数，选择某起重机厂出产的25 t级、50 t级、130 t级汽车起重机及180 t级全路面起重机，可满足施工需求。

四柱杆总体结构分为杆身及横担，杆身由主杆件 (正十六边形)、接头 (正十六边形)、水平横梁 (正八边形)组成，如图2所示。为便于高处作业人员登塔及移动，主杆身4个主柱上均设置有爬梯，水平横梁上部0.8 m处设置有水平拉索 (U－10，JK－2，1×19-11.0-1250钢绞线及 NUT－2)，横担上设置有走道。

图2 四柱杆局部结构

3 四柱杆吊装方式

3.1 吊点绳选择及专用吊具

按照表1中统计的起吊重量，结合文献〔2〕的相关参数，对于杆身部分，除杆型21G4SSDJ69最底部4根主材单吊重量为7.77 t外，其他杆型的起吊件及杆型21G4SSDJ69的剩余吊件的单次起吊重量均可控制在小于5.1 t的范围内。

对于重量为7.77 t的主材，吊点绳长度为2.5 m，2根吊点绳的夹角为18°，则单根吊点绳在理想情况下的受力为 7.77×9.8÷cos9°÷2＝38.6 (kN)，考虑钢丝绳的安全系数4.5以及2根吊点绳受力不平衡系数1.2及起吊过程中的动荷系数1.3，计算得到的单根吊点绳的破断拉力不应小于271.0 kN，故吊点绳选用Φ24钢丝绳套，6×37S＋FC结构，公称抗拉强度1 670 MPa的纤维芯钢丝绳，破断拉力317 kN，安全系数取7.0〔3〕，许用荷载45.3 kN；对于其他吊件，选择最大吊重5.1 t予以计算，2根吊点绳的夹角为16°～68°，则承受最大受力时，单根吊点绳在理想情况下的受力为5.1 ×9.8÷cos34°÷2＝30.1(kN)。考虑上述的相关系数，则单根吊点绳的破断拉力不应小于211.3 kN，故吊点绳选用Φ20钢丝绳套，6×37S＋FC结构，公称抗拉强度1 670 MPa的纤维芯钢丝绳，破断拉力220 kN，安全系数取7.0〔3〕，许用荷载31.4 kN。

吊点绳与法兰盘连接处采用专用吊具〔4〕。根据法兰盘螺栓孔直径及法兰盘厚度，考虑起吊件重量，加工30 kN级、50 kN级及80 kN级3种规格的专用吊具 (如图3所示)，专用吊具丝杆处需使用双螺母。

图3 法兰盘专用吊具

3.2 起吊方式

为确保吊装安全，且便于被吊件顺利就位，采取2吊点绳组合的平衡起吊方式。2根吊点绳悬吊于同一吊钩内，吊钩封口弹簧片须有效，防止吊件振动造成吊点绳自吊钩中脱落。

对于被起吊件而言，吊点的选择至关重要，就理论知识而言，被吊件的重心坐标 (xc，yc，zc)可通过计算公式 (1)计算获得。

式中 Gi为吊件中第i部分的重量；xi，yi，zi分别为吊件中第i部分的重心坐标。

对于实际施工而言，吊件的组合方式多样，在理论计算结果的基础上，采取试吊法确定打点的准确位置，在地面组装后，利用25 t级起重机试吊，观察吊件的状态，若在某种状态下，吊件就位简单，则此时的打点方式便为推荐方式。

在吊装施工中，起吊件的构成应综合考虑如下因素:

1)组合件的重量应在起重机某种工况 (起升高度、工作幅度等)下的允许起吊重量范围内。

2)起吊件就位点数不超过2处，超过2处时法兰盘就位连接难度极大，严重者甚至无法就位。

3)组合件中的法兰盘连接，螺栓略微带紧，待法兰盘就位后再行紧固。

4)组合件便于设置起吊点，使其在起吊过程中，就位法兰盘呈水平状态或垂直状态。

3.2.1 单件起吊方式

若单件的起吊重量较大，且法兰盘孔径所适用的吊具只允许单件起吊，或单件起吊方式比其他起吊方式更便于就位安装时，一般采取单件起吊。

单件起吊方式较适用于主钢管及接头，图4及图5为典型的单件起吊方式的示意图。水平横梁单件重量轻，数量多，就工效和就位难度而言，不适宜单吊。

图4 主钢管单件起吊

图5 接头单件起吊

3.2.2 组合件起吊方式

根据四柱钢管杆的结构，组合起吊方式以3件组合起吊方式最为适宜，根据吊装经验，就位面为1处或2处时，就位简易、快捷，而当就位面超过3处时，就位难度较大。

图6显示了较为典型的3件组合起吊方式之一，该组合件包括1个接头＋2个水平横梁，该起吊方式的吊装顺序为:

第1步，先以3件组合起吊方式吊装其中1处接头及相应横梁，例如吊装A腿接头，附带AB面及AD面横梁；第2步，再以3件组合起吊方式吊装对角侧接头及相应横梁，例如吊装C腿接头，附带BC面及CD面横梁；第3步，吊装剩余2个接头，先后顺序不限，如先B后D或先D后B。

图6 接头＋横梁×2组合起吊

应当说明，在该组合起吊方式下，接头与两水平横梁的螺栓不能完全紧固，只能略微带紧，待该段4个接头及4个水平衡梁的螺栓全部安装后，在经纬仪的监视下进行螺栓的交替紧固。

图7给出了另外一种3件组合起吊方式，该起吊方式的缺点在于最后2处横梁就位较为困难。若略有根开的差异，就位难度便增大很多。

图7 接头×2＋横梁组合起吊

此外，横担的吊装同样属于组合件起吊，一般采用3处打点的整体起吊方式，见图8，采用该起吊方式，仅塔身与横担连接的法兰盘2处就位。

图8 横担起吊方式

3.3 螺栓紧固顺序

四柱杆杆身段为等根开布置，每一段水平横梁就位均受根开限制，若吊装一处便紧固一处的螺栓，势必造成横梁及斜水平材无法就位，因此，根据实践经验，螺栓紧固顺序为:最下一段杆身塔脚板安装后，尚不能紧固地脚螺帽，只能略微带紧，待第2层 (自地面起算)水平横梁与接头的法兰盘就位后，调整铁塔的整体扭转，然后紧固地脚螺栓的螺帽。此时，第1层水平横梁及接头的法兰盘螺栓尚不能紧固，待第3层水平横梁就位后方可紧固，依次类推，即待次上一段横梁就位后，方可紧固本段横梁及接头的法兰盘螺栓，上一段横梁及接头的法兰盘螺栓暂不可紧固。

在进行吊装过程中，除上一段及次上一段的水平横梁及接头螺栓不能紧固外，剩余螺栓必须紧固到位。

4 轮胎式起重机选型及作业流程

结合表1中四柱杆全高及单件吊重数据，考虑吊装施工成本及施工效率，结合轮胎式起重机、全路面起重机 (简称 “起重机”)参数，选择25 t级、50 t级、130 t级、180 t级，系为满足提升高度而选用其中130 t级、180 t级起重机，采取流水循环作业方式，作业流程如下:

现场调查→25 t级起重机就位→塔材下车及地面组装→组装18 m以下杆身→50 t级起重机就位→组装18～30 m部分杆身 (横担)→130 t级起重机就位及附臂安装→组装30～65 m部分杆身 (横担)→130 t级起重机附臂拆除并退场→180 t级起重机就位及附臂安装→组装65～83 m部分杆身(横担)→180 t级起重机附臂拆除及退场→四柱杆检修。

4.1 25 t级起重机

因呼称高度不同，一基四柱钢管杆，利用六桥13 m货车运输需要7—11车。25 t级轮胎式起重机主要用于钢管杆卸车及地面组装。

此外，若吊车座脚能够满足工作幅度要求允许的情况下，将底部18 m组立完成，包括杆身及水平横梁吊装。

因130 t级起重机及180 t级起重机需要安装附臂才能具备足够吊装高度，其中附臂的安装辅助工作主要由25 t级 (或50 t级)起重机完成。

4.2 50 t级起重机

50 t级起重机主要吊装18～30 m部分。

4.3 130 t级起重机

130 t级起重机主要吊装30～65 m之间部分。若四柱杆全高不超过65 m，则130 t起重机可完成全部吊装任务，含主杆身、水平横梁、导线横担及地线支架。

4.4 180 t级起重机

180 t级起重机主要吊装65～83 m部分，主要为主杆身、水平横梁、导线横担及地线支架。

应当说明，因与新建线路平行走线的有110 kV及220 kV输电线路，且导线横担尖与运行电力线路的最近距离不超过16 m，故四柱钢管杆在吊装施工前，起重机操作人员须对现场实地考察后，确定起重机的座脚位置及吊装方案，进行单基策划，采用 “一基一方案”。根据文献〔5〕的要求，起重机与输电线路的最小距离不小于4 m(与110 kV线路)和6 m(与220 kV线路)，施工过程中，利用绝缘绳及彩旗设置限位警示，并设专职安全员予以监护。

5 四柱杆加工质量对安装质量的影响

5.1 法兰盘螺栓孔装配间隙

文献〔6〕第9.1.5条指出 “锚栓的孔径宜为锚栓直径的1.1倍，螺栓的孔径宜比螺栓直径大1.5 mm”。在杆塔加工前组织的铁塔图纸审查时，经施工单位提议、设计单位论证，主钢管的法兰盘螺栓装配裕度 (即镀锌后的螺栓孔直径与设计螺栓外径的差值)为3 mm，塔脚板的法兰盘螺栓眼孔装配裕度为15 mm。实际安装结果表明，推荐的装配裕度能够保证安装的顺利实施，且对于调整基铁塔的整体扭转有保障。

5.2 构件的不可替换性

所谓构件的不可替换性，系指由于加工误差导致原本结构相同、可互换的构件，互换后无法安装的情形。因采用的四柱杆加工精度要求高、难度大，故要求每基杆在发货前都必须进行黑件试组装，在试组装过程中出现影响安装的因素，在加工车间内部消除。

试组装完成后，应做位置信息的详细记录后方可进行镀锌，记录随铁塔一起发送至安装现场。对杆身主钢管及接头位置标示，例如可标示为构件1201－A腿。对水平横梁位置标示，例如可标示为构件1609，本侧连接B腿，对侧连接C腿。

从某种意义上讲，黑件试组装完成后的镀锌成品，现场组装时按照厂家试组装顺序来进行，不得随意调整安装位置。

5.3 主杆身长度误差

设计图纸指出:发运管段长度偏差的允许值为±2 mm。若各段主杆件长度误差不断累计，极端情形下，某一条腿的杆件长度始终为正误差，而相临腿的杆件长度始终为负误差，累计10段后 (即高度约为60 m)，累计腿间高差值将达40 mm，加之基础施工时顶面高差的允许误差4 mm，两水平法兰盘高差值可能为44 mm，足以使水平横梁无法安装。

故考虑主杆身长度误差，应采取相应的逐段找正措施，例如，通过建设单位、运行单位、设计单位、铁塔加工单位及施工单位的多次研究，决定加工厚度为1 mm的镀锌薄铁片，在法兰盘间起补长作用，确保高层水平横梁安装顺利及四柱杆倾斜率满足验收规范要求〔7〕。

5.4 四柱钢管杆安装操作对安装质量的影响

安装操作主要体现在吊装顺序、螺栓的逐段紧固，以及杆身倾斜率的逐段找正及调整。

5.5 其他

1)法兰盘焊接错误，包括法兰盘直径错误、螺栓孔错误 (孔径加工错误及螺栓孔方向错误)，此类问题说明供货方未按照要求进行试组装，唯一解决方案是重新加工供货。

2)水平拉索在钢管杆安装过程中为高处作业人员水平移动提供有效保护，应与钢管杆同步(或早于)供货，如不能及时供货，将影响钢管杆的安装进度。

3)黑件热处理及镀锌，将对某类性质的杆件产生变形干扰，若施焊工艺欠妥，将导致黑件试组装时可顺利安装，但镀锌完成后无法安装的问题，该问题主要出现在横担部位。

除上述因素外，基础顶面预倾斜及高差、基础根开及地脚螺栓间距同样是影响安装质量的主要因素。