轻便型输电线路基坑一体化装置研制

吴树涛，林桂，陈文兴，余根祥，刘建堃

（国网福建省电力有限公司宁德供电公司，福建 宁德 352100）

0 引言

就输电线路基坑施工而言，经常需要穿越很多地形比较复杂的区域，在基坑开挖过程中，通常使用固定式提土装置进行土石运送。市场上采购的成熟的基坑提土装置针对不同直径、不同地形的基坑适应能力差，泛用性低，且体型均比较笨重，山路运输困难不便，施工单位为解决提土装置运输困难问题，私自使用自制简易提土装置，未通过专业单位设计、制造、检测试验，在结构选材、加工工艺、制动装置设置、起吊绳索选用、承载等方面均存在较大的安全隐患，严重影响基础施工安全。同时在偏远山地无电力能源提供时，需人工提土，降低效率，耗费人力。在作业施工时，采用定时检测是否存在有毒气体或者异常现象，未能对施工人员做到实时监护。为提升输电线路基坑施工效率，确保施工的质量以及施工人员的人身安全，我们研制了一种轻便型输电线路基坑一体化装置。

1 装置结构组成及工作原理

研制的轻便型输电线路基坑一体化装置，包括提土装置整体框架及配件、移动电源柜和太阳能电池板组成，轻便型输电线路基坑一体化装置实物如图1所示。

图1 轻便型输电线路基坑一体化装置

各组件由螺栓插销等连接固定在整体框架上形成基坑一体化装置，设备安拆方便，便于运输，适用于沿海山地丘陵等野外各种地形作业。研制的轻便型输电线路基坑一体化装置均为自行设计和国内制造，是输电线路工程基坑施工的专用机械，体现了以人为本、安全第一的理念，提高了基坑施工安全性和效率，装置的主要构成组件及工作原理如下：

（1）整体框架及可拆卸脚踏框架。整体框架四周设置横杆及围栏，一方面以使作业现场保持整齐、美观，另一方面可以起到坑口四周保护作用，有效防止石头、滚动物体滑落伤人以及基坑口周围人员误坠。脚踏框架可拆卸，方便携带，中部留置施工通道口，施工通道口上架设立体安装架，施工通道口四角固定设置有安装架托板，立体安装架底部立放于安装架托板上，立体安装架底部一侧边框与施工通道口一侧边框通过螺栓可拆卸连接安装，方便装置装卸外携搬运。工作时，利用第一合页展开立体框架的顶框；利用第二合页展开立体框架的侧框并通过斜撑杆两端与支撑固定套插接，使侧框与顶框垂直，将立体框架架设放置于输电线路基坑上，根据输电线路工程塔基所在不同地形及不同基坑尺寸直径，调整可拆卸脚踏框架的连接杆，增加对应长度的可拆卸脚踏框架。

（2）提土装置。提土装置安装于整体框架中部，选择时充分考虑基坑开挖的土石方量，确定合理提土的额定载荷。设置电动卷扬提升机，优点在于其稳定性，能够持续的功率运转设备从而提高工作效率，大大提高了提土速度。电动卷扬提升机可以无线式遥控使用，操作简单性高，性能稳定，深度可达20 m，可以大幅减免土壤提土人员的劳动力。同时卷扬提升机可以采用人力手摇方式，避免失电情况时无法提土问题。考虑提土过程中操作失误提桶下坠掉入基坑，对基坑内施工人员造成物体打击伤害风险，设置卷扬提升机棘轮配合的棘爪安全制动器。

（3）气体检测仪。输电线路基坑有限空间因其处于封闭或部分封闭状态，自然通风不良，容易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或含氧量不足，导致缺氧窒息、中毒、燃爆等危害。地下有限空间作业环境受自然因素影响较大，特别是夏季的高温、高湿等不良气候条件会在不同程度上加剧地下有限空间环境的恶化，给作业人员生命健康造成极大威胁[1]。本装置设置实时气体检测智能系统，检测基坑内的是否有有害气体以及氧气浓度，时刻保障基坑内施工环境安全，提高了基坑内施工人员的安全性。

（4）送风装置。基坑的大小和形状决定了通风要求。部分输电线路工程基坑可自然通风，但自然通风又不足以创造出合适的作业环境。考虑到这种情况，进行连续机械通风是基坑地下有限空间最常用和有效的工程措施，本装置配置了220 kV-J0HZ-250W鼓风机，强制进行通风，送风量可达到80 L/S。安全管理人员也可以在作业开始前对作业场所进行评估，根据基坑的空间的大小以及每小时要求的换气量，选配合适的鼓风机。同时通风气流很大程度上取决于管道，考虑管道长度超过7.5 m时，或者风道上的弯曲，特别是超过90°的弯曲时，会降低输送到有限空间内的气流[2]，装置将鼓风机放在更靠近基坑开口的侧方，使风道可以垂直输送，确保送风量。

（5）安全软梯。本装置配置绝缘软梯，是一种输电线路工程基坑作业人员上下工具，特别当气体检测发生预警或报警后，作业人员在采取自救措施的同时，监护人员尽快采取措施配合脱离危险区域。考虑上、下软梯过程中作业人员没有保护措施，仅凭作业人员的双臂用力进行攀登，万一上下过程出现脚下滑，体力不支、未抓牢时，都会可能发生高空坠落事故，可以加挂一条绳索跟随作业人员上下活动，起到后备保护的作用，另一方面对上下软梯的作业人员起到外力辅助起吊作用，降低操作人员的劳动强度，提高作业人员保障安全的信心[3]。

（6）太阳能板及蓄电池。本装置设置了电动手摇式卷扬提升机、气体检测仪及通风设备，由于野外供电的限制，使装置的应用受到一定的限制，因此设置蓄电池组及太阳能板。太阳能电池板将太阳能转换为电能输出，经DC/DC电路降压到合适的电压给蓄电池充电存储电能。蓄电池给整个装置设备提供电能，控制器使用合适的控制算法，使太阳能电池工作在最大功率点处，太阳能电池板效率最高，得到充分的利用。在有光照的情况下，太阳能电池板给装置提供电能的同时，将多余的能量储存在蓄电池中，在夜晚或者阴雨天气，利用蓄电池中的电能给装置供电[4]。蓄电池设置2组，1组用于现场使用，1组充电备用。蓄电池存放于移动电源柜，移动电源柜采用抽屉式结构设计，方便蓄电池的安放及更换。

2 装置技术特色

研制的轻便型输电线路基坑一体化装置其技术特色如下：

（1）采用热镀锌高强度钢作为整体框架，再做二次喷漆上色，整体的脚踏框架承重质量好、提重能力高，重量轻的同时又不畏风吹雨淋日晒。

（2）针对不同规格直径的基坑及特殊地形，新型便携式提土设计时还可延伸，通过合页展开延展框架并利用连接杆固定，装置直径可长可短，应对不同的电线路基坑直径不同都能使用，1.1 m～2.0 m甚至更大的直径，根据线路施工人员的需求来调整装置，使设备适应性更强、应用性更广。

（3）设置电动卷扬提升机，可以无线式遥控控制，有效控制距离高达80 m，并增设应急手摇式卷扬提升机。施工挖掘过程产生的土石，可通过电动卷扬提升机进行运送，当电力供应中断时也可使用应急手摇式卷扬提升机进行人工提土，使用应急手摇式卷扬提升机时配合防坠机构，保证运输过程的安全，提高了现场施工作业的工作效率及容错率。

（4）设置实时气体检测智能自动化控制系统，施工时，将气体检测报警控制器送至基坑底部，检测基坑内有害气体以及氧气浓度等空气质量情况，回传至单路多功能控制柜，当气体质量不达标时及时报警，单路多功能控制柜控制鼓风机进行工作，对基坑内部输送新鲜空气，时刻保障基坑内施工环境安全，提高了基坑内施工人员的安全性。

（5）设置移动电源柜，并设置公文包式折叠太阳能光伏板。整个装置的电力供应由移动电源提供，使用逆变器将移动电源逆变为AC220V电源供电动卷扬提升机、单路多功能控制柜、鼓风机和气体检测报警控制器的使用。当移动电源在使用过程中，连接太阳能光伏板为移动电源实时充电，在电池放电的同时能给电池充电，以延长电池使用时长，提高续航能力和工作效率，解决了施工人员在山地施工等无电情况或者没办法使用发电机的工况。

3 工程应用

为了研究装置效果，在福鼎树兜～店下Ⅰ、Ⅱ回110 kV线路工程#23塔基坑施工的过程中采用轻便型输电线路基坑一体化装置进行应用。该输电线路工程位于福鼎市店下镇，沿线属丘陵地貌，局部少数塔位较陡峭，草木茂盛，地形起伏，沿线地面黄海高程约为18.50～174.00 m左右。#23塔位于属于丘陵山脊地形，地势较高，地表第四系覆盖层以坡残积土为主，下伏各类风化程度的花岗岩。岩性主要为流纹岩、凝灰岩、凝灰质砂砾岩、粉砂岩等，场地土类型属于中硬土，采用TJ2557、TJ3262型式基础，开挖深度最高达7 m。每基基础混凝土用量约21.98 m3，相应土的挖方量也为56.5 m3，通过试验，装置起吊重量可达80 kg，电动额定载荷起升速度0.2 m/s。安全制动：核定载荷大等于10 min，挂点静负荷5 min无裂纹变形。减少对基坑周遭原状土的扰动5%。与传统的人工开挖提土工艺相比，人工成本从3人·天降低至2人·天，施工周期约为3天缩减为2天，定额人工单价约70元/工日，单基铁塔基坑施工人工成本为由630元减少为280元。同时采用轻便型输电线路基坑一体化装置实现安全智能控制管理功能，有害气体全自动检测、通风，送风量大于80 L/s。

由以上可知，采用输电线路基坑一体化的施工，简便快捷，不仅总成本低于传统施工方式，而且可以缩短整体施工工期。另外，输电线路基坑一体化施工效率得到很大提高，确保了人身安全，经济效益和社会效益非常明显。

4 结语

研制的轻便型输电线路基坑一体化装置易于山地地形携带、运输，布置方式灵活，对场地适应性强，设备性能良好、操作方便，承载能力力高，施工成本低，可以有效针对输电线路工程深基坑开挖存在的风险点，实现机械提土、有害气体全自动检测、通风、通信传输等功能，确保施工风险可控、能控、在控。研究成果已申请国家专利2项，具有良好的技术特色。装置成功应用于福鼎市树兜镇至店下镇路段的Ⅰ、Ⅱ回110 kV线路工程，提高了施工质量和效率，避免了基坑开挖的安全风险，为加强了输电线路工程施工技术和装备创新，推进施工企业转型升级，持续提高输电线路的工程建设能力，整体经济效益和社会效益明显，值得在输电线路工程基坑施工中推广应用。