斜线式施工升降机在输电线路大跨越工程施工中的应用

江苏省送变电有限公司 陈 彬

江苏凤城至梅里500kV线路长江大跨越工程是江苏境内第六条跨江高等级电力通道。工程建成后将能消纳风电、光伏、特高压直流等新能源电能，为长三角“碳达峰”“碳中和”提供支撑，提升苏南受电能力，对于服务苏南负荷中心需求、助力长三角一体化战略具有重要意义。工程采用“耐—直—直—耐”跨越方式，线路全长4055m，跨越档档距为2550m。跨越塔全高385m，建成后为世界最高输电铁塔。跨越塔采用钢管+内配环状钢骨构件+高强自密实混凝土结构，单基跨越塔重量近6500t，填充混凝土约2300m3，灌注高度200m，为同类型工程之最。

大跨越铁塔施工过程中人员竖直上下的效率及安全性，是直接影响工程建设进度的关键因素，大跨越铁塔施工垂直机械化运输体系已经成为工程施工过程中的重要技术之一。本工程首次在大跨越工程组塔及架线施工过程中应用斜线式施工升降机施工技术，安全可靠，施工效率高，有效解决了大跨越铁塔工程施工过程中人员垂直上下运输的难题。

1 斜线式施工升降机在大跨越工程铁塔上应用技术难点

一是输电线路大跨越铁塔不同于一般的建筑物，铁塔四条主管朝向铁塔中心有一定的倾斜度，一般民用建筑上使用的升降机是沿轨道垂直上下运行的，如果升降机要在输电线路大跨越铁塔上运行，需要研究设计一种与铁塔主管倾斜度近似平行的运行轨道。

二是传统民用建筑的升降机吊笼是垂直安装在运行轨道上运行的，由于大跨越铁塔主管有一定的倾斜度，因此需要设计出一种倾斜式吊笼，不仅要保证吊笼能够在倾斜轨道上运行，而且还要保证吊笼轿厢是沿垂直方向轨迹上行驶。

三是大跨越铁塔为钢管结构，主管从上到下的管径不一致，但斜线式施工升降机的运行轨道必须与铁塔主管保持近似平行，因此需要设计一种附墙架，附墙架能够满足主管从上到下管径不一致而使升降运行轨道与主管保持近似平行。

四是输电线路大跨越工程主要位于长江岸边及海岛上，环境恶劣，尤其是在台风季节期间，受大风大雨影响比较严重。在恶劣环境下若使用常规的电缆线方式对升降机供电，电缆线容易被大风吹刮，存在很大的安全隐患，需要设计一种无电缆线的斜线式施工升降机供电方式，避免恶劣环境的影响，同时满足现场使用需求。

五是在大跨越铁塔组立的过程中可以使用组塔用的双平臂抱杆进行斜线式施工升降机的安装工作，升降机一直要工作至导地线架设完成后才能拆除，此时双平臂抱杆已拆除完毕无法进行升降机拆除作业，需要设计一种斜线式施工升降机拆除系统。

2 技术原理

2.1 斜线式施工升降机布置方案

斜线式施工升降机导轨架沿着特大型输电线路大跨越线路跨越塔一根主管从下往上布置，呈一定倾斜角，导轨架通过附墙架与主管上预留的连接耳板采用销钉连接，导轨架中心与主管中心线保持平行，倾斜角度与主管倾斜角近似相等。斜线式施工升降机具体布置方案如图1所示。

图1 升降机布置示意图

2.2 工作原理

斜线式施工升降机系统倾斜布置安装在跨越塔单腿主管上，通过调节底座使升降机导轨架与铁塔主管平行。升降机导轨架通过连接附墙与主管连接，吊笼通过滚轮安装在导轨架上，通过电机驱动使吊笼在导轨架上上下运行。具体工作原理包括：一是采用齿轮齿条传动方式，传动系统与吊笼采用销轴连接。二是传动立柱与地面法向呈一定倾角，与吊笼销轴铰接，上部采用调节杆形式与吊笼顶部连接，整个吊笼箱体可实现角度调整（0～10°），满足不同角度的主支腿工况。三是附墙架采用万向节式调节杆，可实现上下左右调节；附墙连接底座焊接于跨越塔单腿主管上。四是采用变频控制，电机采用S1连续工作制，满足输电线路300m以上高塔连续运行使用。五是采用滑触线无电缆线供电方式，底笼电控接过渡电缆至滑触线，滑触线安装在导轨架标准节上，集电器随吊笼上下运动在滑触线内在滑动。六是通过电机驱动齿轮与导轨架上的齿条啮合，驱动吊笼上下运行。

3 施工升降机安装

升降机安装包括底笼安装、导轨架安装、附墙连接件安装、吊笼安装、传动系统安装、供电系统安装、标准节加高、系统调试等环节。

3.1 底笼设置

底笼主要包括底架和防护围栏两部分。一是底架由底架主架和大、小H型架连接而成，四周与地面防护围栏相联接，中央区域为导轨架连接底座。主要是承受由导轨架传递的轴向载荷。安装时，底架通过地脚螺栓与升降机的基础锚固在一起。二是防护围栏由角钢、钢板等焊接而成，将升降机主机部分包围起来，形成一个封闭区域，使升降机工作时人员不得进入该区域。防护围栏上安装有底笼门并且设置机械电气联锁装置，只有当吊笼在地面静止时，底笼门才能打开，如底笼门未关，吊笼将不能启动，形成有效的安全防护措施，保证施工升降机安全运行。

3.2 导轨架设置

导轨架是升降机的运行轨道，分为导轨架基础座和导轨架标准节。由于输电线路大跨越铁塔不同于常规建筑物，升降机附着在大跨越铁塔一根主管上，主管呈一定的倾斜角度，创新设计出一种可调角度的导轨架基础座通过铰接形式来满足铁塔主管倾斜度要求。导轨架基础座由非标基础节和调节杆组成，调节螺杆使调节杆长度满足倾斜角度要求[1]。基础座通过铰接形式与底架连接。

导轨架标准节由长度为1508mm、截面尺寸为 650mm×450mm的标准节通过M24高强度螺栓连接组成，螺栓拧紧力不小于700N·m。标准节由钢管、角钢等焊接而成，其上装有齿条，通过三个内六角螺钉紧固，齿条可拆换。标准节四根主弦杆下端焊有锥套，齿条下端设有定位销，以便标准节安装时准确定位。导轨架通过附墙架与铁塔主管联接。在安全方面，导轨架的顶部和底部均装有限位装置，当它们与吊笼上的限位开关相碰时，会使吊笼自动停车或减速，一旦常用的上、下限位开关发生故障，三相极限开关就会切断总电源使吊笼停车。

3.3 附墙架设置

附墙架是导轨架与铁塔主管之间的联接部件。由于铁塔主管由上至下管径不一致，导致升降机导轨架与主管之间的间距在不断变化，为此创新设计出一种可调节长度的附墙架结构。附墙架的一端用螺栓安装在标准节的框架角钢上，另一端用销钉安装在铁塔主管的耳板上，中间采用螺纹可调拉杆连接。该结构有效解决了导轨架与主管之间间距不一致的问题，占用的安装空间小，与铁塔主管上的其他构件互不影响，结构稳定，安全可靠。

3.4 吊笼设置

吊笼是升降机用于人员上下的笼状装置，是用型钢、冲孔铝板及钢板等焊接而成的全封闭式结构，上下底面均为花纹钢板，在吊笼内部安装有操作台，用以控制升降机的上下运动。

为了保证吊笼载人后在斜线式导轨架上运行，该装置设计了一种可调角度的吊笼结构。在吊笼本体和吊笼立柱的上部设置调整杆，通过调节拉杆长度来匹配吊笼与导轨架的倾斜角度。同时，在吊笼与传动立柱之间还设有吊链保护，以保障吊笼在调节拉杆失效时，吊笼不倾倒。另外，吊笼立柱上设有安全钩以防止吊笼脱离导轨架。

在吊笼上分别设置单开门和翻板门，且装有电器连锁装置，当任何一扇门开启时吊笼均停止工作，确保吊笼内人员的安全。在吊笼顶部设置由安全栏杆围住的检修操作平台，由吊笼内部爬梯通过顶部天窗可到达检修平台，天窗上装有电气联锁装置，打开天窗盖时，吊笼停止工作，只有天窗盖关闭时，吊笼才可工作。为了便于高空供电系统滑触线安装，在吊笼顶部专门设计了滑触线安拆平台，便于高空安装作业。

3.5 传动系统设置

传动系统是施工升降机的重要传力构件，由起重用盘式制动电动机，斜齿伞齿减速器及传动齿轮等组成，通过自身输出小齿轮与导轨架上的齿条啮合，驱动吊笼上下运行。齿轮减速器（减速比1：16.6），传动效率高达95%，电机采用S1连续工作制，速度在0～60 m/min，满足输电线路300m以上大跨越铁塔连续运行使用。该系统上安装了超载限制器，当载重量超过设计值时，电动机无法启动。整个传动系统通过销轴与吊笼立柱铰接相连。

3.6 供电系统设置

供电系统是施工升降机电力输送的装置，采用变频控制。供电系统采用无电缆滑触线形式，滑触线外壳采用优质绝缘材料，不受风雨等恶劣天气影响，安全可靠，经济适用；滑触线可随升降机标准节的高度加高，与传统电缆线相比使用寿命长，连接更牢固。滑触线为35 m2，底笼电控箱与滑触线通过电缆线连接，滑触线安装在导轨架标准节上，集电器随吊笼上下运动在滑触线内在滑动。单根滑触线长度3m。

3.7 标准节加高

随着铁塔组立高度的不断提升，升降机的起升高度也需要不断提高。在地面将升降机标准节组装好，利用组塔施工期间的起重设备吊装标准节，与事先安装在塔身主管上的附墙连接，至所需高度后，安装导轨架限位碰块。安装过程中应按时检查其垂直度，并及时进行调整。然后进行滑触线安装，通电后进行调试，调试完成后方可进行正常施工运行。

3.8 系统调试

安装完成后，对升降机系统进行整体联机联调。调试内容包括：一是检查导轨架标准节的垂直度是否符合要求；二是检查导向滑轮的间隙、背轮与齿条的间隙、齿轮与齿条的啮合间隙是否符合要求；三是检查上下限位开关是否灵敏可靠；四是检查滑触线集电器运行通畅性；五是调整吊笼与驱动装置的对称度；六是调整齿轮齿条的黏合间隙和平面度；七是调整吊笼和驱动装置的耳板位置。

4 施工升降机型式试验

施工升降机型式试验项目主要有：载荷检验、坠落试验、安全装置检验，型式试验如图2所示。

一是载荷检验。载荷试验分为空载试验、额定载荷试验、超载试验。空载试验规定要求为：全程不少于三次循环，安全装置应灵活可靠，起、制动正常，无瞬时滑移现象，运行平稳，无异常响声。额定载荷试验规定要求为：在运行试验中，吊笼内装额定载荷，外偏、内偏按样机接电持续率全程各连续运行30min，每个循环升降过程不少于一次制动。运行平稳，无振颤、冲击现象，起、制动正常。超载试验规定要求为：125%额载均布，全程不少于三个循环运行试验，应运行平稳，起、制动正常，无异常响声。

二是坠落试验。吊笼以额定速度上升3～10m，按坠落试验按钮，吊笼可靠制停。制停距离0.20～1.60m。其电气联锁开关应动作，升降机结构无任何损坏。

三是安全装置检验。安全装置检验项目主要有：防护围栏及围栏门联锁保护、吊笼顶部防护、吊笼顶部天窗安全保护装置、吊笼门联锁保护装置、吊笼安全钩、超载保护、上下限位开关、极限开关、防冲顶开关、机械防冲顶措施等。

图2 施工升降机型式试验

5 升降机拆除

当施工作业结束后需要进行施工升降机拆除，拆卸的方式和顺序基本上与安装的方式和顺序相反。施工结束，现场组塔的大型起重设备已经拆除完毕，无法利用其进行升降机拆除作业。该升降机系统设置有自拆除的吊杆装置，由吊杆底架、微型电动葫芦及吊臂结构组成，使用时吊杆安装在吊笼顶上的吊杆插孔座中，采用电动方式控制被吊物的起升和下降。

将加节按钮盒接线接至吊笼内电控箱的相应接线端上，并将电控箱内的转换开关处至“检修”位置，再将加节按钮盒置于吊笼顶部，完成了在吊笼顶部操纵吊笼上下运行的准备。在吊笼顶部装上吊杆，完成接线工作。自上而下同步与标准节拆除附墙架、滑触线和固定铁件。

当标准节剩余高度不超过40m，利用汽车吊拆除标准节及其附件。导轨架应保留3～4节最后拆除。然后使用汽车吊依次吊离传动系统、吊笼、底架围栏、底架、剩余标准节，完成升降机拆除工作。

6 社会效益和经济效益分析

斜线式施工升降机作为大跨越组塔及架线施工过程中的人员运输的施工装备，现场安装及操作方便，极大地降低了工人的劳动强度，节约时间，提高了施工作业工效，有力地推进了全过程机械化施工，减少高空移动风险，保证人身安全。采用输电线路大跨越塔斜线式施工升降机进行大跨越工程组塔及架线施工过程中的人员垂直运输可以作为一种标准化、实用化的作业方法加以推广应用，具有较高的应用价值。

采用斜线式施工升降机进行人员上下铁塔垂直运输作业，极大地减少了施工作业工期，施工升降机安装高度按照330m考虑，节约工人上下登塔约1.5h /趟（往返），每天约3h，立塔架线按210天有效工期计算，节省出630h作业时间，节省工期近2个月。

7 工程应用

江苏凤城至梅里500kV线路长江大跨越工程北岸跨越点，位于靖江市新桥镇孝化村财神圩附近，南岸跨越点位于江阴市利港镇黄丹村同兴圩附近，采用“耐—直—直—耐”跨越方式，耐张段长度为4.055km，档距分布为755m、2550m、750m，共新建6基铁塔，跨越塔2基，锚塔4基，按同压双回路架设。工程跨越塔全高385m，斜线式施工升降机安装于跨越塔B腿主管，倾斜角7.4°，工作高度332m。

南阳—荆门—长沙1000kV特高压交流输变电工程螺山长江大跨越左岸位于洪湖市螺山镇东侧，右岸位于湖南省临湘市江南镇西侧，主跨档档距2415m，两岸采用相同的双回路直线跨越塔。跨越塔为双回路三层横担垂直排列鼓型塔，全高371m。斜线式施工升降机安装于跨越塔B腿主管，工作高度291.5m。

8 结语

斜线式施工升降机成功应用于江苏凤城至梅里500kV长江大跨越工程及南阳—荆门—长沙1000kV特高压交流输变电工程螺山长江大跨越工程，证明了该系统的可行性，解决了人员垂直运输的施工难题，不仅节约了时间，还降低了作业人员的体力消耗，减少高空移动风险，安全性高，安装及操作简单，工作效率高，为后续同类型大跨越工程施工提供了很好的应用经验。