王晓刚1 刘军建2 陈孝阳3 丛鹏4 孙文成5
（1.3.四川蜀能电力有限公司 四川成都 610051；
2.国家电网西藏电力公司 西藏拉萨 850000；
4.国网西藏电力有限公司信息通信公司 西藏拉萨 850000；
5. 国家电网西南分部 四川成都 610000）
摘要：国网西藏电力有限公司、国家电网公司西南分部组织开展了高原地区典型地形铁塔组立施工装备研究，在内悬浮内拉线抱杆的基础上，吸收座地式平臂抱杆组塔技术、座地式摇臂抱杆吊装组塔技术的优点展开课题攻关，最终完成了预期研究计划，并经过模型验证、实体装备试验验证证明研究成果达到了预期目标。
关键词：高原地区；典型地形；铁塔组立；施工装备
引言
内悬浮内拉线抱杆组塔技术，其抱杆具有轻便、紧凑、利于组装、结构简单、便于掌握等特点，已经被广泛应用，但也存在施工效率低、安全性能相对较差等不足之处。座地式平臂抱杆组塔技术、座地式摇臂抱杆吊装组塔技术等安全性能高的先进组塔技术，具备安全性能高、单次起吊吊重大、起吊平稳等优点，但也有它的局限性，存在组塔设备自身运输、组装、调试、拆除费时费力，且费用较高等不足之处。因此，这些先进技术只有在运输条件好、地形条件好、铁塔本身重量及结构尺寸大等条件下，其技术经济效益才明显。
故此，针对高原地区典型地形铁塔组立施工，开展典型地形铁塔组立施工装备及其工艺研究，形成施工效率高、安全可靠的典型地形铁塔组塔装备及工艺，对今后输电线路建设具有重要意义。
1 研究思路
首先充分分析现有组塔技术的特点，掌握各自的优缺点，初步确定技术方案。进而找准技术方案需要解决的关键点，并合理解决。在此基础上设计加工模型，在模型的基础上进行试验检验，对解决办法进行试验和验证。针对模型试验结果进行方案优化设计，确定可行的方案。最后将技术方案实现实体设计，并进行试制试验，并反复优化改进，直至达到实用效果。
2 研究方案的解决
在对现有各组塔技术做了详细研究分析后，可以得出此次的研究工作应以当前应用范围最广的组塔技术为基础才能研制出真正具有推广价值的装备，因此，宜采用“内悬浮内拉线”的基本方案，但必须能够克服内悬浮内拉线抱杆组塔技术的不利因素。在确定了这种基本研究前提下，我们进一步对内悬浮内拉线抱杆组塔技术进行了细致深入的分析，进行了大量的计算以找出吊装系统受力与主要参数的关系，形成了系列关系曲线，可以直观的看出相互间的关系，此处仅展示部分分析图示如下。
图1 内悬浮内拉线抱杆组塔系统受力关系图
G—被吊构件的重力；β—起吊合力方向与铅垂线间的夹角（简称“起吊绳合力线铅垂角”）；
ω——控制风绳对地夹角；δ——抱杆轴线与铅垂线间的夹角
经过分析，得出如下结果：
（1）必须依赖控制风绳实现吊件与已组立段铁塔间保持一定距离以及满足就位需求，起吊合力方向与铅垂线间形成夹角β，由于控制风绳的作用，使得整体吊装系统的受力性能变差，存在巨大的安全风险。
（2）β值为0时，控制风绳的作用失效，受力大小为0，各受力系统受力大小则与ω值无关，但内悬浮内拉线抱杆组塔不可能实现β值为0。
（3）β值＞0时，系统受力（控制风绳受力、牵引绳受力、抱杆拉线受力、抱杆所受轴压、抱杆承托绳受力等）均随β、ω、G的增大而增大，后期更是急剧增加。
（4）β值＞0时，β、G值越大，受力系统各部件受力随ω增大的幅度越大。
（5）当工况达到一定程度，某一参数仅需增加一点，受力系统各部件受力就远远超过额定荷载，严重时导致受力部件损坏从而引发事故。
（6）减小起吊重量G（甚至按单件塔材吊装）自然可以改善受力状态，但是施工效率也必将大幅下降，因此不能一味的降低。
（7）减小β数值（其他参数不变化），受力状态可以得到明显改善，但某些参数同时变化，情况就不一定了，例如通过增大抱杆倾角和抱杆露出长度来实现减小β数值，对控制风绳、吊点绳、牵引绳受力状态有改善，但抱杆的拉线、抱杆、承托绳等的受力状态却是向不利方向发展的，因此不能简单的改变其他参数来实现β数值的减小。
（8）减小ω数值（其他参数不变化，且β值不为0），受力系统受力状态可以得到明显改善，但当地形条件受限时，ω数值也无法减小，另外特殊地形下，控制风绳施放点只能设置在较远的对面山头上，除了施放、指挥不便外，控制风绳的自身重量和产生的风荷载也增加不少，同样增加了安全隐患。
（9）当地形条件较差，控制风绳对地角度达到一定程度后，且β角也无法减小时，就只能减小G，甚至单根塔材吊装高空组装，施工效率大幅降低的同时高空作业量大幅增加。
（10）铁塔组立施工导则规定“两内拉线平面与抱杆的夹角应不小于 15°。当该夹角小于15°时，应采取防止抱杆倾倒的措施。”，实际组立施工时，当铁塔组立施工到头部时，铁塔跟开较小，为满足就位需求，抱杆外露长度必须足够高，这必将导致该夹角远小于15°，受地形条件限制时往往又无法采取防止抱杆倾倒的措施，这就给组塔施工安全带来巨大隐患，且施工效率大幅降低。
（11）铁塔组立施工导则规定“抱杆与铅垂线的夹角应小于 5°”。实际组立施工时往往很难满足此要求同时又无法采取补充措施，尤其是组立酒杯塔、猫头塔等塔型的塔头部分吊装时，抱杆与铅垂线的夹角一般都会远远超过导则要求，因此施工安全隐患很大。
综上所述，内悬浮内拉线抱杆组塔之所以安全性能低关键就在于：内悬浮内拉线抱杆的吊装作业半径很小，必须依赖控制风绳实现吊件与已组立段铁塔间保持一定距离以及满足就位需求，且随着地形条件限制而导致控制风绳对地角度增大时其系统受力性能更是急剧下降。另外由于控制风绳的存在且是人力配合同步松出，人力配合要做到“同步”自然是有难度的，因此进一步降低施工安全性能和作业效率。
由此可见，要解决内悬浮内拉线抱杆组塔技术的不利因素，首先就得解决吊装作业半径问题，因此增加吊臂成为必然，但必须突破现有带吊臂抱杆的作业半径调整方式，以降低吊臂的重量同时提高安全性能。另外，即便是现有的吊臂类抱杆在吊装时也难免需要人为操作控制风绳来维持吊件起吊过程的稳定性而降低了作业效率，故此提出为吊件提供起吊 “轨道”的解决办法，既可以保持吊件稳定性又可实现高速起吊。至此先后经过解决方案框架设计、模型验证、实体装备研制，最终形成了一种全新的组塔施工装备及工艺。
3 研究成果工艺原理
此次研制的高原地区典型地形铁塔组立施工装备由一根主抱杆和两组吊臂组成，吊臂内侧与主抱杆旋转座连接，吊臂外侧与主抱杆顶部通过吊臂拉线连接使其保持水平。抱杆由上拉线系统和承托系统使其悬浮于铁塔结构内。每组吊臂由两根构件组成，吊臂上有一调幅小车可以水平移动，调幅小车上有一控制起吊绳的滑轮和一长轴，长轴两侧连接溜索的一端绳头。两侧起吊绳对称布置，起吊绳由牵引设备经过地面转向滑车顺抱杆结构内部向上，随后经过抱杆顶部滑车、调幅小车上，最后向下与吊件连接。现场布置见图2所示，其吊装工艺基本步骤如下：
图2 典型地形铁塔组立施工现场布置示意图
1—主抱杆；2—吊臂；3—溜索；4—牵引绳；5—吊件；6—调幅小车；7—调幅绳；8—吊臂拉线
（1）吊件上对称连接两个起重滑车，滑车挂到溜索上。调幅绳通过吊臂外端转向滑车将调幅小车拉动至满足吊件起吊位置，见图3所示。
图3 将调幅小车拉动至满足吊件起吊位置示意图
1—吊臂构件；2—起吊绳；3—调幅小车滑轮；4—溜索；5—吊臂拉线
（2）启动牵引设备牵引起吊绳，起吊同时配合收紧溜索，检查受力系统正常后。
（3）继续牵引起吊绳，吊件顺溜索斜向上起吊，当吊件高度超过就位点一定距离后停止起吊，松出溜索。见图4、图5所示。
图4 吊件起吊中示意图
1—吊件；2—吊件与溜索连接滑车；3—溜索
图5 吊件起吊高度到位后松出溜索示意图
1—牵引绳；2—吊臂拉线；3—（松弛的）溜索；4—吊件与溜索连接滑车；5—吊件
（4）随后松出调幅绳，调幅小车自动向内移动，当吊件位置满足就位时，松出起吊绳，吊件缓慢下降，与已组立段连接点对接完成就位。见图6所示。
图6 松出牵引绳完成就位示意图
4 成果特点
（1）彻底消除现有组塔技术吊件控制风绳的制约，施工效率和安全性能大幅提高。
（2）特殊的调幅方式降低了对吊臂的强度和长度要求，相比现有吊臂抱杆大幅降低吊臂重量，加上溜索的作用，进一步缩短吊臂长度，从而大幅改善“头重脚轻”的不利因素，因此对抱杆的稳定性和操作性等带来很大提高。
（3）吊件顺溜索近塔身斜向上起吊，受地形影响最小，地形适应能力强。
（4）溜索为吊件提供定向“轨道”，吊件自然可以快速平稳起吊，施工效率大幅提高。
（5）相比现有吊臂抱杆，设备自身的运输和安装使用难度大幅降低。
5 结论
此次研究成果经模型验证和现场实体试验验证达到了预期的目标，为高原地区典型地形的铁塔组立施工提供了全新的技术支持，同时可以向各种地形条件、各种电压等级的铁塔组立施工推广应用，当然在推广应用前还需要做的工作就是进一步针对装备做好系列化的研究工作。
论文作者:王晓刚1,刘军建2,陈孝阳3,丛鹏4,孙文成5
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/22
标签：吊臂论文; 铁塔论文; 受力论文; 地形论文; 调幅论文; 夹角论文; 技术论文; 《河南电力》2018年15期论文;