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摘要：针对±1100kV昌吉-古泉特高压输电线路铁塔组立施工中，基于横担单件重量、起吊幅度、抱杆起吊性能、临近带电线路偏拉绳受限等现场条件，创新研究主抱杆结合人字辅助抱杆吊装铁塔横担施工方法，形成完备的辅助抱杆系统设置、铁塔横担吊装方案、工器具受力分析、选型验算模型，最终取得了良好的应用效果。
关键词：人字辅助抱杆；吊装；特高压；横担
1研究背景
昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程施工时是世界上输送距离最远、输送容量最大、电压等级最高、技术最先进的“四最”输变电直流工程，铁塔结构重量、横担长度超过以往的线路，施工技术相当复杂、难度非常大，现有的施工技术、施工工艺已不满足施工安全、技术要求，且没有相关的施工经验可借鉴。该工程铁塔组立面临迫切攻关解决的技术难题有：铁塔横担结构多样复杂，单件结构长度及重量均远远超过以往线路铁塔，单边横担长度23-32.8m，重量7.4-18.09吨，全线25种塔型均无法直接用传统的□800mm悬浮抱杆吊装横担，且全线近距离平行带电高压线路，面临巨大的触电、感应电伤害风险，而受运输道路条件、施工工具投入、施工进度要求等限制，无法大面积使用双平臂抱杆或大吊车组塔，立塔施工遇到了全所未有的技术难题，必须创新研究适用的铁塔组立及横担吊装技术。
2横担吊装方案研究
2.1施工特点、难点
（1）±1100kV特高压直流线路铁塔横担超长超重，单边横担长度23-32.8m，重量7.4-18.09吨。
（2）该工程全线平行±800kV灵邵线、±500kV宜华线，线行中心线与特高压线路边导线平均距离66米，最近距离才45米。触电、感应电风险大。
（3）该工程全线途径河网、村镇密集区域，桩位多在房前屋后，施工运输道路均为乡间小道、残旧便桥，大多数桩位大型设备无法进场。
2.2现有技术适用性分析
现有特高压工程主要铁塔组立施工方法主要有：内悬浮外拉线抱杆、座地摇臂抱杆、座地平臂抱杆。根据各方法吊装工具起吊性能、使用地形条件、施工效率、施工成本等特点，并针对±1100kV特高压铁塔结构、现场地形条件等参数，对现有特高压铁塔组立施工技术进行性能及优缺点分析，可以发现现有特高压铁塔组立施工方法均不适合作为±1100kV特高压线路主要组塔方法，须创新研究新的使用于±1100kV特高压线路的铁塔组立施工技术才能保证工程高效顺利进行。
2.3 横担吊装总体方案确定
根据现有组塔方法的优缺点分析，可以发现内悬浮外拉线抱杆组塔方法只是在吊重、起吊幅度及偏拉绳方面不满足要求，若能结合轻便高效的内悬浮外拉线抱杆方法，研发一种具有摇臂功能的辅助工具吊装横担，可有效解决立塔施工技术、效率、成本等方面难题。经过多种方案比较，最终决定研究可调整起吊幅度、偏拉少、吊重量大的人字辅助抱杆吊装铁塔横担。
总体吊装方案设计如下：利用□800mm×800mm×35.8m外拉线内悬浮抱杆吊装塔身部分塔材，之后在塔顶安装人字辅助抱杆，并用□800mm×800mm主抱杆结合人字辅助抱杆分片分节吊装直线塔横担中部及地线支架、耐张塔地线支架。直线塔横担端部及耐张塔横担采用主抱杆结合地线支架辅助吊装。
3人字辅助抱杆的研究设计
3.1设计思路
首先对各种塔型横担结构特性、重量、长度等参数进行研究分析，制定初步的单吊结构及重量参数。再根据横担吊件重心位置、重量等参数，制定人字辅助抱杆的长度、根部坐落位置、起吊性能等参数。之后进行辅助抱杆主体结构及抱杆根部、端部等连接配件设计及加工。
3.2辅助抱杆性能要求分析
（1）人字辅助抱杆根部坐落位置
从铁塔设计结构特点、□800mm×800mm×35.8m主抱杆只能吊装塔身部分，辅助抱杆安装采用主抱杆吊装等因数考虑，人字辅助抱杆底部分别安装在两侧塔身主材的的顶部。
（2）单吊重量分析
按吊件能独立分解吊装、组合重量较小、重心位置离铁塔较近的原则，将各种塔型横担结构分解成能独立吊装的吊件并统计单吊重量。根据表3-3统计分析可知，计划使用人字辅助抱杆吊装的单件重量最重为5t，部位为ZK3010B2型直线塔横担中部。人字辅助抱杆最大设计吊装重量6t可满足要求。
（3）人字辅助抱杆长度分析
设定人字辅助抱杆底端安装在铁塔主材顶部、倾斜后最小水平夹角30°工况下各吊件能垂直起吊，可计算出各种塔型辅助抱杆最小需求长度。分析计算过程见：表3-3 人字辅助抱杆吊重、长度分析统计表。
通过计算分析可得：直线塔人字辅助抱杆最长14029mm，即人字辅助抱杆设计长度15000mm可满足要求；耐张塔人字辅助抱杆长度11712mm，即人字辅助抱杆设计长度13000mm可满足要求。
3.3人字辅助抱杆研制
（1）人字辅助抱杆结构设计
人字辅助抱杆由抱杆主体结构标准节、顶部连接配件、底部连接配件构成：
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图3-2 抱杆吊装系统设计示意图
（3）型式试验
人字辅助抱杆设计加工完成后，经中国电科院型式试验合格后才投入使用。
3.4人字辅助抱杆吊装横担施工方法
（1）塔身顶段用内悬浮外拉线□800mm×800mm×35.8m主抱杆组立完、补齐小铁并紧好螺栓后，将主抱杆提升至露出塔顶18米左右。
（2）辅助抱杆在地面组装好后，利用主抱杆吊装辅助抱杆，将人字辅助抱杆两边底座分别与预先固定在塔顶的支座用穿销连接。
（3）随后安装好调幅系统和起吊系统滑车组并穿好磨绳。人字辅助抱杆顶部通过滑车组与主抱杆顶部连接形成调幅系统，按照要求起吊幅度调整好辅助抱杆的倾斜角度。
（4）根据各种塔型横担长度、重量等结构特点，及辅助抱杆的起吊性性能，分别采用整段吊装、分节吊装、与地线支架组合吊装等方式吊装。
（5）吊装前横担组装位置应在吊点的正下方，不能偏吊、斜吊。该工程人字辅助抱杆最大吊重控制在5吨以内，辅助抱杆水平夹角不能小于30度。
（6）吊装完横担后，按照安装人字辅助抱杆的相反程序拆除人字辅助抱杆。
3.5主要受力工器具计算及选择
主要受力工器具包括机动绞磨、抱杆、抱杆拉线、起吊绳（包括起吊滑车组、调幅滑车组、吊点绳、牵引绳等）、承托绳和控制绳等。工具受力计算先将横担各次的吊重及相应的抱杆倾角、控制绳及拉线对地夹角进行组合，计算各工器具受力，取其最大值作为选择相应工器具的依据。
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图3-3 人字辅助抱杆受力分析图
3.5.1人字抱杆吊装横担受力计算
（1）承托绳与主抱杆夹角不大于45°，受力侧单根承托绳与合力夹角按30°考虑。主抱杆自重2728kg=26.73kN，拉线等附件的重量按300kg=2.94kN考虑。控制绳对地夹角取45°，调幅系统与起吊系统工作绳数都为4。
（2）人字抱杆吊装横担时，根据组合长度取15m。主抱杆外露塔顶按18m考虑。承托绳合力线与抱杆轴线夹角ψ取35.3°，抱杆轴线与铅垂线的夹角δ取1°。
（3）吊装ZK3010B2横担中部时，吊重为最大吊重，取吊重5000kg=49kN，起吊绳与铅垂线夹角β=1°，调幅系统拉线合力与铅垂线夹角τ=62.503°，人字抱杆与水平线夹角ε=66.94°。
（4）经过计算，控制绳静张力合力F=1.22kN，起吊绳合力T=53.71kN，牵引绳拉力T0=15.81kN，主抱杆轴心压力N=77.34kN（小于233kN，符合要求），单根承托绳受力S=37.69kN，人字抱杆受力N0=65.05kN，调幅系统所受合力=21.96kN，T2单根调幅绳拉力=6.47kN，抱杆拉线静张力P=25.53kN，单根人字抱杆轴心受力=32.99kN（小于62.4kN，符合要求）。
3.5.2 主要受力工器具选择
（1）牵引系统工器具选择：
1）牵引系统钢丝绳：
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选用5吨级起重滑车和卸扣。
3）调幅滑车组和卸扣选择
[T]=TO+T=6.47+21.96=28.43kN
分别选用5吨级的滑车组和卸扣。
4 关键技术与创新点
±1100kV昌吉-古泉特高压直流输电线路是世界首条最高电压等级线路工程，国内外对其关键施工技术的研究以前还没有先例，因其特有的结构设计参数、技术要求、质量要求等特点，传统铁塔组立施工技术绝大多数已不适用，且还没有相关施工经验借鉴，本次对其关键施工技术的研究是系统性、开创性的。目前输电铁塔多采用内悬浮抱杆组立，大跨越高塔多采用座地摇臂抱杆、平臂抱杆或大吊车组立。传统的内悬浮抱杆组塔方法由于吊重、起吊幅度等限制，已不适用于±1100kV特高压铁塔横担吊装。而座地摇臂抱杆、平臂抱杆或大吊车等施工方法，因进场道路及场地限制、效率低、成本大等原因，无法大面积使用。本次研发基于结合传统吊装工具的人字辅助抱杆吊装横担技术，同时具有工具量少、操作简单、运输及场地要求低、安全高效等优点。
5结束语
人字辅助抱杆及配件完成研制并经中国电力科学研究院型式试验合格后，投入到昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电线路工程（皖2标段）铁塔组立施工现场使用，全线158基铁塔共120基均采用人字辅助抱杆技术，解决了施工技术、效率、成本及节能环保等诸多问题，安全、高效的完成了横担吊装，取得良好的应用效果，得到业主单位和同行的一致好评。
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作者简介：
伊炳昆，1988年1月出生，男，汉族，湖北省黄冈市，工程硕士，华南理工大学，工程师，研究方向：输变电工程施工及机具物资管理。
论文作者:伊炳昆,钟贵波,蒋菠,杜悦,曾志
论文发表刊物:《河南电力》2019年7期
论文发表时间:2020/1/3
标签：人字论文; 铁塔论文; 夹角论文; 特高压论文; 重量论文; 调幅论文; 长度论文; 《河南电力》2019年7期论文;