特高压大跨越工程组塔施工工艺研究与应用

桂和怀 李 凯 朱冠旻

(安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 231202)

1概述

特高压代表了当今世界输变电技术发展的最高水平，输送距离远、输送容量大、可靠性要求高。根据国家电网建设总体规划，到2020年“三华”同步电网将形成“五纵六横”特高压主网架，将建成±800 kV直流输电项目20个，±1 100 kV直流输电项目4个，交流线路5.1万km，涉及多省份，将多次跨越大江、大河，跨越塔高、跨距、施工难度将越来越大，施工安全风险将越来越高。

大跨越工程是输电工程中的重点控制性工程，亦是特高压电网建设中关键节点工程。

多年来,安徽送变电工程公司共施工了12个500 kV以上电压等级的大跨越工程,其中6个为特高压大跨越,在国内同行业中处于领先位置。

2 方案选取

2.1 灵绍线±800 kV特高压长江大跨越工程跨越塔特点

灵绍跨越塔共2基，主体为钢管结构，全高280.2 m，横担长达46 m，重量达75 t，单基塔重近2 000 t。塔位中心设电梯井架。

该塔为国内特高压输电最高塔。

2.2 以往大跨越组塔施工方案

安徽送变电工程公司在以往大跨越工程跨越塔组立采用悬浮摇臂抱杆进行组立，该抱杆的提升、拉线和承托系统工器具笨重、施工工艺复杂，对作业人员要求高，安全风险大[1]。

2.3 定制2×16 t座地双平臂抱杆

针对灵绍线长江大跨越的特点和难点，提出了平臂抱杆进行组立跨越塔施工方案，确定了抱杆性能参数。委托浙江建机厂定制2×16 t座地双平臂抱杆。抱杆最大使用高度300 m；最大吊装重量32 t；作业半径为3.1 m～30 m。

3 工艺要点

2×16 t座地双平臂抱杆由起升机构、顶升机构、变幅机构、回转机构、腰环系统、视频监控系统、智能监控系统等构成，抱杆总装图见图1。

1)抱杆最终安装高度286 m，不超过28 m设置1道腰环，共设置有21道腰环；

2)抱杆总重约250 t，采用大吨位双液压系统下顶升加节设计；

3)抱杆容许30%偏载；

4)吊臂重合区域40°满足有效幅度内所有位置吊装。

4 创新点

4.1 大吨位双平臂抱杆研制与应用

2×16 t座地双平臂抱杆在特高压大跨越工程施工中首次应用，吊装能力最大。该抱杆各系统运行良好，显著提高施工效率，大大减少高空作业量，为后续大跨越工程施工提供了很好的范例[2]。

4.2 采用抱杆视频监控系统

1)视频监测高空作业人员行为，有效监督作业人员规范操作，防止违章作业，保障作业人员安全。

2)视频监测抱杆吊钩、变辐小车等抱杆关键部件运行状态，有效保证吊装设备完好运行状态，避免设备故障带来的安全风险。

3)视频监测吊件姿态，能让指挥人员直观判断吊件高空安装就位距离，实现精准、快速就位，科学指挥，降低违章操作和违章指挥带来的施工风险。

4.3 采用抱杆智能监控系统

1)抱杆智能监控系统由多种传感器、数据采集单元、数据处理单元、可视化人机对话操作界面等构成(见图2)。

2)抱杆智能监控系统设置了风速传感器、力传感器等多种传感器，能对施工作业允许风速、抱杆允许吊重、抱杆允许弯矩等进行实时监测，并能实时提出超限预警、报警，直至停止工作。保证各种工况均在预定允许范围内。进一步提高了抱杆安全性能。

3)抱杆智能监控系统设置了吊装小车位移传感器、吊钩高度控制器等传感器，能实时测量吊装幅度、吊钩高度、平臂回转角度等抱杆状态参数，显示数值同时进行动态仿真演示，避免传统方式靠经验判断带来的误差，有效保障了指挥、操作的准确性、科学性。

4.4 施工方案可视化

将组塔的每个施工步骤、每项施工作业通过CAD,3D技术进行模拟。通过模拟工况，让施工人员更清楚操作要求，指挥人员可以准确掌握施工状态，实现直观指挥、科学指挥，使吊装施工更为安全可靠。

4.5 建立抱杆及跨越塔构件模型，进行耦合计算

调查现场环境、收集气象资料，采用ANSYS有限元分析软件，对抱杆与塔身的连接关系、施工步骤进行模拟计算，获得抱杆位移、抱杆应力、腰环受力等相关数据，探究在组立施工时，耦合结构中输电线路铁塔对抱杆力学性能的影响，采取措施解决铁塔组立施工过程中已装铁塔对抱杆整体位移增大的不利影响。

4.6 根据施工工艺与设计协调优化设计

根据抱杆吊装需要确定塔身分段，增加施工孔、安装孔，确定超重横担分解吊装方式，合理设置腰环，便于抱杆使用，使2×16 t座地双平臂抱杆立塔施工工艺更为科学、有效。

4.7 采用压密注浆工艺对设备基础进行处理，提高基础承载力

结合组塔阶段的吊装工况、大风工况、偏载工况模拟分析计算对既有设备基础的垂直荷载及水平荷载引发的破坏形式，并制定地基加固处理方案。创新采用压密注浆工艺对原有设备基础进行处理，提高基础承载力，使其满足2×16 t座地双平臂抱杆对基座的要求，满足抱杆组立吊装需求，同时节约了基础混凝土用量，减少施工费用。

地基加固方案：

1)垫层合并，统一采用C15+碎石垫层，厚度2 m，45°梯台结构。

2)增加垫层底部注浆层，5.5 m，45°梯台结构。

5 综合效益分析

1)本工法已在灵州—绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程(长江大跨越标段)、淮南—南京—上海1 000 kV特高压交流输电线路工程(淮河大跨越标段)跨越塔组立施工中成功应用，两工程合计节约费用480.2万元；

2)与传统悬浮摇臂抱杆相比，单基同类型高塔组立工期由3.5个月缩短至2.5个月，施工效率提高近30%；

3)高空作业人数由32人减少至24人，高空作业人数减少25%；

4)减少了拉线、承托、提升装置高空作业量，减少高空作业量30%以上，大大降低了施工风险。

6 结语

本施工工艺已在灵州—绍兴±800 kV特高压直流输电线路工程(长江大跨越标段)、昌吉—古泉±1 100 kV特高压直流输电线路工程跨越塔组立施工中成功应用。随着全球能源互联网、我国特高压及跨区电网建设的不断发展，高塔跨越大江大河、湖泊港湾的可能性极大，本施工工艺具有较大的应用前景。

参考文献:

[1] 熊织明，钮永华，邵丽东.500 kV江阴长江大跨越工程施工关键技术[J].电网技术，2006，30(1)：28-34.

[2] 李庆林.特高压输电线路铁塔组立抱杆的方案选择[J].电力建设，2007，28(3)：29-33.