热带雨林环境中输电线路工程重难点分析与应对——以非洲热带雨林气候环境为例

李东辉

(中国水利水电第十六工程局有限公司 福建福州 350003)

0 引言

随着社会发展，电能已是经济发展和民生的主要依靠，输电线路的建设也因此成为地区经济发展所必备基础设施之一。目前，随着一带一路倡议得到世界大多数国家的响应，中国建筑企业响应号召，积极走出国门，足迹遍及非洲等经济发展相对落后地区。

非洲中部地带为热带雨林气候，地形复杂、水网沼泽密布、植被茂盛、降雨频率高、雨量大、交通基础条件差、当地相关建筑物资匮乏等，导致建筑企业施工难度增大，如果前期施工策划考虑不足，容易造成施工成本增加，甚至难以按期履约。

面对非洲地区复杂多变的气候环境，如何确保工程建设正常进行，有必要针对该地区特殊环境下的施工中重难点问题进行研究，以规避工程建设过程中发生成本风险和履约风险。基此，本文拟探讨非洲地区热带雨林环境中输电线路工程建设的重点、难点及其应对措施。

1 热带雨林地区气候环境

热带雨林地区主要分布在非洲大陆约南北纬10°之间，位于非洲刚果河流域、南美亚马孙河流域和亚洲印度尼西亚等。终年受赤道低压控制，对流旺盛，具有终年高温多雨等特点。全年平均气温24～30℃之间，常年湿润，空气相对湿度95%以上，无明显季候特征，一年可分为大雨季、大旱季、小雨季、小旱季，其季节变化随太阳直射的改变而变化，不同维度的旱雨季的起止时间也不相同。

雨林地区地形复杂多样，从散布岩石小山的低地平原，到溪流纵横的高原峡谷，地貌形态万千。池塘、沼泽、河流、瀑布众多，植被茂盛，乔木、灌木、藤本植物交错竞生。

非洲地区热带雨林，主要分布在加蓬、喀麦隆、赤道几内亚、中非、刚果(金)、刚果(布)、乌干达、肯尼亚、坦桑尼亚等国家和地区境内，靠近赤道附近的区域。年降雨量由赤道向两侧维度高的地区递减。

2 输电线路工程主要施工技术

2.1 主要施工工艺及流程

输电线路施工的主要工作内容，包括基础工程施工、杆塔工程施工、放紧线工程施工和接地工程施工。

2.1.1塔基基础施工工艺流程

施工准备→测量定位→分坑→基础开挖→基底找平→垫层砼浇筑→钢筋绑扎→预埋件安装→模板安装→砼浇筑→拆模→砼养护→回填至设计高程。

2.1.2杆塔组装施工工艺流程

杆塔施工分为抱杆法施工和吊车吊装法施工。抱杆法施工的工艺流程：现场布置→塔腿组装→抱杆组立→塔材吊装→抱杆提升→塔材吊装(循环)→塔身螺栓紧固；吊车吊装法施工工艺流程：现场布置→塔片地面组装→吊车就位→吊装→塔身螺栓紧固。

2.1.3放紧线施工工艺流程

施工设备进场→安装绝缘子串→安放滑车→展放牵引绳→展放导线、地线和通讯光缆→紧线→回收滑车→间隔棒安装→附件安装→安装跳线。

2.1.4接地工程施工工艺流程

施工准备→接地线沟槽开挖→铺设、连接接地线→连接接地电阻模块(如有)→接地线沟槽回填。

2.2 主要施工技术

在输电线路建设过程中，最重要、最核心、最集中的环节是输电线路的架设和放紧线施工。随着科技进步，一些新材料、新器具用于输电线路工程中，大大提高工程质量寿命和施工效率。

2.2.1钢构架冷喷锌技术

杆塔材料对于输变电工程的质量具有直接的影响。通常情况下，杆塔构件都是钢架结构，因为该结构稳定性较强，且成本较低。但是，该结构长期暴露在空气中，钢架材料很容易受到雨水和不同气候条件的侵蚀，使用寿命缩短。此时，冷喷锌技术的功能则凸现出来，它能够减少钢架结构同空气进行直接接触的概率，从而避免钢架结构受到空气的侵蚀，降低环境以及气候等因素对输变电工程的基础结构影响[1]。

2.2.2张力架线技术

人工放线是传统的输电线路放线主要方式，该方式在应用过程中很容易破坏导线的外包装，而在损坏导线外包装过程中，会提升电晕产生的几率，严重者将导致导线烧毁，且人工放线效率低，质量难以保证。张力架线技术是将输电线路实施高空悬浮支架的施工办法，以最大程度减少输电线路和地面以及地上的房屋之间存在直接或间接的磨损或接触，有效减少输电线路在其运行时候和大地之间的耦合电容消耗能量，同时减少无线电或者噪声等造成的电磁波对输电线路的影响程度，保证输变电线施工质量[2]。

2.2.3无人机先导技术

在输电线路施工技术中，无人机架线技术属于一种特殊的针对性技术，目前主要应用在一级牵引绳展放区域，能够直接快速地将先导绳投放到目标位置，在实际应用中已取得良好效果，但在输电线路展放过程中，经常会遇上一些特殊的地形，如地形复杂的山区，普通机械设备难以进入其中，此时，则可以合理应用无人机，提高输电线路建设的经济合理性。无人机技术的应用，能够节约作业时间，提高工作效率，也不需要机械设备进入复杂区域进行施工，大幅降低施工成本。

2.2.4钢构架杆塔组装技术

传统的钢构架杆塔组装施工，通常以抱杆法施工为主。该技术能适应各种复杂环境中的杆塔组装需要，缺点是施工效率低，周期长，人工费用高。随着社会技术发展，不同性能和用途的吊车不断被开发出来，在一些交通条件好、汽车吊可以直接到达、或者通过简易修筑临时道路后汽车吊可以到达的作业区，可以采用吊车组装杆塔。吊车组装的优点是，施工速度快，单级杆塔组装成本低；缺点是，受地形条件制约影响较大，通用性不强。

3 非洲地区输电线路工程施工重难点及对策

输变电国际工程建设，受工程所在地资源和条件限制，大多采用EPC或PC模式。这种合同模式可以提高有经验的国际承包商的参与积极性，充分发挥国际承包商的资源优势，提供更先进的设计理念，提供性价比更高的工程材料，提高工程质量。但由于地区环境复杂多变，前期调查不深入，承包商的合同风险很大；如何在复杂的施工环境中能够客观地分析工程建设过程存在的重难点，则可以降低承包商的履约风险和节约成本。如喀麦隆曼维莱水电站输变电工程，位于非洲中西部喀麦隆共和国南部，地处热带雨林区，属于热带雨林气候；该合同工程包含1条长280 km的双回路225 kV输电线路、2个新建变电站和1个扩建变电站，且该工程为EPC合同项目。该输电线路承担着喀麦隆南部大区主要电力供应，建成后将成为喀麦隆规模最大的输电线路。根据初步设计成果和勘探情况分析，约有10%的部位受沼泽地影响，受影响的塔基达60多基。

3.1 线路通道环境调查与地形测量

在非洲热带雨林地区，原始森林覆盖率高，人口密度小，当地居民村落一般分布在公路两侧，公路两侧500 m之外大多是无人迹活动区域，且雨林地区植被茂盛、生长速度快，周边地形资料获得困难。输电线路路线初步设计完成后，复核线路路线周边环境，与初设阶段地形地貌出现较大偏离，需及时修正线路路径。根据详设需要，需提供线路通道范围内的地形、地貌数据，但在人口分布稀疏、远离城镇、GPS信号差的热带原始森林中，获得基本的地形测量数据则是工程设计阶段的重点难点之一。没有精准的测量资料则难以提高设计精准度，增添设计变更，势必为施工阶段的顺利实施增扩难度。

采取的措施：采用航拍测量技术采集地面地形数据，为设计研究和排杆提供数据支撑。通过航拍飞机的测量飞行，可以获得大于300 m宽的走廊数据，通过专业技术处理得到数字地面模型(DTM)、数字高程模型(DEM)、数字表面模型(DSM)和分辨率可高达0.15m～0.3m的数字正射影像照片，空间平面坐标误差小于±5cm，高程误差小于±20cm，能够满足线路布设、塔位排杆和地形图绘制的要求。但需要注意的是，航拍测量技术虽为专业测量技术，但需委托专业的航拍机构实施，并根据当地法律办理飞行许可。其次，由于地区环境复杂，季节性河流、沼泽、湖泊众多，根据设计的进一步要求，需对小范围的局部区域地貌进行核查，才能大大降低核查工作量，提高设计的准确度和工作效率。

3.2 塔位地质勘察

地质资料是塔基基础设计的必备资料，设计图中的塔位实际地质地貌，如果不满足设计要求，则需要调整塔位，甚至增加杆塔。而在热带原始森林中，地质资料无法通过航拍获得，只能依靠实地查勘获取。这对在植被茂密、无人员活动和钻探设备无法到达的原始丛林中，如何定位塔位和揭露地质条件，是前期施工又一重点、难点。

采取的措施：通过之前航拍测量数据和Google卫星地图，先进入到塔位附近区域，再通过高精度手持GPS定位(精度可达0.2m)塔位的具体位置；然后，按照设计要求，分别对4个塔脚的地质情况进行勘探。由于前期大中型钻探设备无法进入，通过采用人工挖探坑+轻型触探仪相结合的方式，获得塔位附近的地质情况，对每杆塔布置一个探坑，位置位于4个塔脚对角线中心点处，探坑口径为1m×0.5m。先采用人工挖探坑，深度1.5m左右，再采用10kg轻型触探仪触探坑底以下2.5m～3.0m区间的土壤承载力情况(轻型触探仪最大触探深度达3.0m～3.5m)。因此，以获得地表以下深度4.5m～5.0m左右的地质资料及土壤承载力数据，减少探坑对基础的影响，最大限度地揭示基础附近的地质情况。

3.3 雨季工程材料运输

热带雨林地区，雨季周期长、降雨频率高、雨量大、降雨对工期影响较大，只能充分利用非下雨时段施工，保证足够的施工时长；但雨后道路泥泞，运输车辆难以甚至无法通行，影响工程材料进场。如何保证在雨季将工程材料和施工材料顺利运抵施工现场，是保证工期的难点之一。

采取的措施：根据热带雨林气候环境特点，在一般运输车辆无法行驶的路段内，使用履带运输车转运。履带运输车的车厢长度和宽度，可根据工程实际需要在厂家定制，车厢可根据需要自行更换。履带运输车的履带宽度可达500 mm，载重量大于5t,时速大于5 km/h，行驶在25%以下坡度的道路上，尤其是在泥泞路面和软基路面上，更能充分发挥机械设备性能，极大提高工作效率，确保足够的施工时间。

3.4 沼泽区软土地基处理

热带雨林中存在众多季节性的沼泽、河流，在前期勘察和设计阶段，无法将所有塔位全部避开上述地段，经常会遇到开挖后才发现基础持力层是软土地基，不满足承载力要求，而此时又不能通过变更调整塔位。因此，如何处理沼泽区软土地基是输电线路在热带雨林中常见现象，也是施工的难点之一。

应对的措施：沼泽区软土地基，主要有基底透水性不高和基底透水性高的软基，且易二次软化的地基。软土地基的处理形式，主要有：换填法、沉降法、井点降水法、预制桩或高压旋喷桩、块石换填等。换填法是最常用、成本最低的软土地基处理方法，如果无法通过换填达到设计要求的，则可以选择其他处理方式。对于基底透水性不高的软土地基，则采用深挖换填的方式进行处理，换填后的基底承载力需满足设计要求，换填材料采用碎石或块石；如果持力层土壤软化严重，采用碎石或块石换填无法满足要求的，则可以在碎石中加入一定量的水泥胶凝材料，现场掺拌后铺在基坑底部，厚度不小于50cm，且在水泥胶凝材料终凝前一定要抽排水，确保换填质量。若出现渗水性较强的地质状况时，上述换填已无法满足要求，则需要采用水泥灌浆闭气方式止水，或者井点降水，然后再换填至设计基底高程。不过，施工时段，最好选在旱季施工，可以降低施工难度。

3.5 杆塔组装方案选择与资源配置

杆塔组装是输电线路施工的关键工作之一。目前常用的组塔方案有抱杆法和吊车组装，两种方案各有利弊，且对施工进度和成本影响都很大。在非洲区域工程中，由于当地设备资源有限，设备进场周期长等弱点，提前制定合理的杆塔组装方案是其线路施工的重点。

非洲国家当地劳动力便宜，但满足线路安装施工的特种作业工种的人员数量少、且技术水平差；如果过多的中国技术工人则增大施工成本；而且，热带雨林地区河流多、桥梁少，一般乡道上的桥梁多为危旧木桥，机械设备无法通行。因此，在该地区的杆塔组装施工，一般应选用抱杆法和吊车吊装相结合的组合方案，即，在吊车可以直接到达的区域，采用吊车组装；吊车无法到达的区域采用抱杆组装。以15 t/基的杆塔为例，吊车组装需要2～3 d，抱杆组装则需要5～7 d，吊车组装的进度优势明显，但是复杂的地理环境，限制了吊车的使用率。因此，需要综合考虑两种方案配合进行。

3.6 无人机先导技术应用

热带雨林地区，沟塘密布、河流与沼泽较多，采用传统放线方式，施工效率低、成本高。利用高载重无人机牵引先导绳，则可以大大提高施工效率，尤其是近几年无人机在工程领域上应用越来越广，其技术也越来越成熟、高效。

具体工作流程为：先用无人机将质量小、强度高的一级牵引绳带至目标塔位，在塔上施工人员的配合下，将牵引绳穿过铁塔上预先挂好的滑车，再继续携带牵引绳往下一基杆塔飞行。施工人员使用无人机，在一个放紧线施工区段内，每基杆塔之间完成一级牵引绳的展放后，再逐级置换为规格更高、直径更大的牵引绳，直至把导地线牵放至各塔位上。

3.7 登高作业人员配置

在非洲地区的国家，劳动力便宜、技能水平低、建筑技术工种仅限于常规的土木工程方面，杆塔组装、放紧线和金具安装等登高作业的人员更少，当地劳动力资源无法满足工程建设需要。中国在输电线路安装方面的工人技术水平较为成熟、工作效率高、便于沟通，但用工成本高。如何合理配置登高作业的中方技术工人与当地技术工人，是输变电工程建设的工程策划重点之一。

以笔者所在工程的经验，杆塔安装工作可分为蹬塔作业人员和地面保障人员。蹬塔作业人员，应由有经验的中国工人和少量的技术水平成熟的当地工人负责，每基杆塔的人员数量5～7人为宜；地面保障人员，则应由1名沟通能力较强的中国人员带领10名左右的当地人员负责，中外员工配比为1∶2；放紧线工作的登高安装人员，以中方人员为主，当地人员地面配合，螺栓紧固、压接及材料供应等工作可由当地工人负责，中外员工配比为1∶2。个别当地技术工人成熟的地区和国家，则可以适当减少中国技术工人用量，但应充分确保现场中外员工之间的交流顺畅、配合默契。

4 结语

当前，中国的输变电工程技术已经非常成熟，处于世界领先水平。工程建设顺利实施，除了要有成熟的工艺技术外，还需有充足的资源做保障。在国际工程建设中，输电线路工程建设仍面临着很大的挑战，尤其是热带雨林地区，气候环境独特，中国承包商缺少该环境下的施工经验。本文总结了非洲地区已建项目的工程经验，旨在提高中国企业在该气候环境下的应对能力，助力提高我国企业在非洲地区乃至更广泛的区域的抗风险能力，提升中国企业信誉。