恶劣地形条件下特高压分体塔设计

段成荫，张连宏，马　栋，朱瑞元

（1.华东电力设计院有限公司，上海　200001；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南　250021；3.国网山东临朐县供电公司，山东　临朐　262600；4.中国电力规划设计总院，北京　100120）



恶劣地形条件下特高压分体塔设计

段成荫1，张连宏2，马栋3，朱瑞元4

（1.华东电力设计院有限公司，上海200001；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250021；3.国网山东临朐县供电公司，山东临朐262600；4.中国电力规划设计总院，北京100120）

摘要：榆横—潍坊特高压交流输变电工程途经山东淄博地区，多为丘陵、山地，部分塔位地形恶劣，坡度达50°以上，采用常规铁塔方案存在一定困难。针对13R159号和13L164号两基位于“刀背山”的单回路铁塔的实际情况，介绍塔位地形地貌和地质条件，对比常规转角塔JC30151A方案和特殊分体塔FT3015A两种方案的根开、塔重、塔腿高差、基础规格和基础工程量等方面，确定分体塔FT3015A的设计方案，并从铁塔设计、塔位布置和基础配置几个方面详细介绍分体塔的设计过程，得出一些有益的结论，为今后山区特高压工程提供借鉴。

关键词：特高压；输电线路；分体塔；恶劣地形；铁塔设计

0　引言

榆横—潍坊特高压交流输变电工程是国家电网特高压骨干网架的重要组成部分，起自榆横1 000 kV开关站，经晋中1 000 kV变电站、石家庄1 000 kV变电站、济南1 000 kV变电站，止于潍坊1 000 kV变电站，途径陕西、山西、河北、山东4省。线路所经过的山东省淄博市淄川区、博山区为丘陵、低中山及中山地貌，全长约70 km，地形起伏较大，表层的粉质粘土较薄或基岩出露，岩性主要为石灰岩、花岗岩、玄武岩、白云岩和泥岩等。部分塔位所处的“刀背山”坡度达到50°，山梁宽度仅为5～6 m，使塔位选择和铁塔设计产生了较大的困难，同时也可能造成施工难度增大，施工安全存在隐患等问题，因此在线路设计中需要根据实际情况进行特殊设计。

针对1 000 kV榆横—潍坊特高压交流输电线路的13R159号和13L164号塔塔位地形陡峭、常规塔型立塔困难的情况，进行不同方案的塔型比选，确定将一基塔分为三基子塔的分体塔方案，从铁塔设计、塔位布置、基础设计的角度介绍分体塔FT3015A的设计思路和设计成果，为今后山区特高压线路工程提供参考。

1　塔位地质情况

1.1地形地貌

13R159号塔位于一山脊斜坡与另一平直山脊交汇处，山脊线坡度约30°，走向约南北方向，大致与线路方向垂直，山脊两侧山坡陡峭，坡度最大达50°以上，脊部平坦区域宽度不超过5m，形成了如图1所示的“刀背山”，滚石、块石散落，植被稀疏，为荒草及灌木。

13L164号塔位于山地山脊上，近山顶，山脊线坡度10°～15°，山脊宽15～20 m，山脊两侧均为陡崖，坡角约50°，地形起伏巨大，如图2所示。山脊上植被发育，杂草灌木丛生。

图1　13R159号塔位陡坡

图2　13L164号塔位陡坡

1.2地质条件

13R159号塔位处覆盖层较薄，基岩裸露。上覆层厚度一般约0.2～0.3 m，为粉质粘土夹碎石；基岩为中风化灰岩，中厚层状，节理裂隙发育，岩层产状为325°∠13°，节理产状为335°∠80°、245°∠70°。由于节理发育，将岩体切割成块状，长期风化等作用局部形成危岩并发生崩塌，形成了局部的岩石陡坎，特别是斜坡与山脊东西两侧发育陡崖，距东侧陡崖约18 m，距西侧陡崖约12 m。地质条件如表1所示。

表1　13R159号塔位地质条件

表2　13L164号塔位地质条件

13L164号塔位处上覆层厚度为0～0.6 m，基岩大量裸露。上覆层为坡积为灰黄色粉质粘土夹碎石，含植物根茎和腐殖质；基岩为中风化灰岩，隐晶质结构，薄至中厚层状，属较硬岩。地质条件如表2所示。

2　铁塔设计

2.1塔型选择

13R159号和13L164号塔属于本线单回路段、30 m/s风区、15 mm冰区，转角分别为左转11°01′10″和0°，考虑两种塔型方案：①按工程统一规划的15 mm冰区单回路转角塔JC30151A，呼高范围45～ 57 m，根开为16.23～19.11 m，高低腿0～-15.0 m，级差1.5 m；②采用特殊设计的分体塔FT3015A，分为3个子塔，呼高范围36～55.5 m，根开为7.65～10.38 m，高低腿0～-8.0 m，级差1.0 m。根据塔位地形情况，比较两种方案，结果如表3所示。

表3　JC30151A和FT3015A方案比较

对比表3结果。JC30151A方案：铁塔根开较大，陡峭地形下造成塔腿高差较大，不利于接腿配置；塔重较大；基础工程量大，由于所受荷载和基础悬挑长度均较大，导致桩径和埋深过大，不够经济且对施工造成了很大困难；塔腿处坡度较大，加之塔腿较长，导致塔腿上方需要较大的开方量，亦不利于下边坡稳定。FT3015A方案：铁塔根开比JC30151A小、塔重也较轻；塔腿高差较小，有利于高低腿设计和布置；基础桩径和埋深均较小，虽桩数增加，但总的基础工程量仍较JC30151A方案为小；塔腿处坡度略小于JC30151A方案，但由于本方案接腿长度和根开均较小，上边坡开方量不大。可知，JC30151A方案由于铁塔根开较大，在13R159号和13L164号塔位处难以适应剧烈变化的地形，而且可调节的余地也很小。FT3015A方案基本可以满足地形变化要求，且将一基塔分解为三基子塔的方法使得该方案具有一定的调节空间，因此本工程采用FT3015A方案。

2.2铁塔设计原则

根据铁塔设计规程规范［1-5］，FT3015A按耐张塔设计，允许转角为0°～20°，设计风速30 m/s，导线覆冰15 mm，地线覆冰20 mm。全塔采用角钢，L125×10以上主材使用Q420。呼高范围36 m、39 m、42 m、43.5 m、48 m、55.5 m，高低腿为0～-8.0 m，级差1.0 m。导线采用双挂点，耐张金具采用GD-84/100-40/170 （L=170 mm，M=52 mm），联间距600；地线耐张金具采用GD-21/32-60/112（L=112 mm，M=30 mm）；跳线采用单挂点，金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）；避雷线金具采用U-21100（C=26 mm，M=24 mm）。

2.3单线图

FT3015A塔单线图如图3所示，塔身顶部开口宽度为1.4 m，变坡宽度为3.4 m，塔腿主材单坡坡度0.07，塔腿最大主材Q420B220×24，横担主材Q420B160×10。

图3　FT3015A塔单线

3　塔基配置

3.1塔位布置

如图4所示，FT3015A塔位依据电气要求和地形条件设置，左塔由于地形较低采用较大呼高，右塔采用较小呼高，3个子塔之间的横向距离为27 m，纵向可前后适当调整以适应地形变化。

图4　塔位布置

表4　13R159号塔基础设计

表5　13L164号塔基础设计

3.2基础设计

依据基础设计的技术规定［6］，根据塔位地形和地质条件，设计13R159号塔和13L164号塔基础分别如表4、表5所示，基础型式为人工挖孔基础，基础直径为1.6 m，设计埋深为8 m，基础全长为8.5～10.5 m，主筋为HRB400-48Φ28，外箍筋为HPB300螺旋筋Φ8，内箍筋为HPB300-Φ16。

4　结语

根据1 000 kV榆横—潍坊特高压交流输变电工程线路工程13R159号塔和13L164号塔的实际情况，介绍了塔位地形地貌和地质条件，通过与常规单回路转角塔JC30151A的比较确定了上述两基塔的塔型，从铁塔设计、基础配置等角度阐述了恶劣地形条件下的分体塔设计思路、设计原则和设计过程，得出结论：与常规单回路转角塔JC30151A相比，分体塔FT3015A方案根开较小，更能适应陡峭地形条件；FT3015A方案塔重较轻、基础直径较小、埋深较浅、基础工程量较小，适合13R159号塔和13L164号塔的实际情况；FT3015A 3基子塔依据电气要求和地形条件平行设置，横向距离为27 m，纵向可前后适当调整以适应地形变化。

参考文献

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空输电线路设计规范［S］.

［2］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.

［3］GB/Z 24842—2009 1 000 kV特高压交流输变电工程过电压和绝缘配合［S］.

［4］GB 50009—2012建筑结构荷载规范［S］.

［5］DL/T 5154—2012架空送电线路杆塔结构设计技术规定［S］.

［6］DL/T 5219—2005架空送电线路基础设计技术规定［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

中图分类号：TM753；TU753

文献标志码：A

文章编号：1007－9904（2016）05－0010－04

收稿日期：2016-03-15

作者简介：

段成荫（1987），男，工程师，从事输电线路设计工作。