全过程机械化施工在特高压输电线路建设施工中的应用探讨

全过程机械化施工在特高压输电线路建设施工中的应用探讨

孙浩

陕西送变电工程有限公司

摘要 全过程机械化施工，改变了线路工程建设过去以人力为主、机械为辅的方式，实现了线路工程建设向机械化方式的转变，有利于提升电网安全质量、效率效益、工艺水平，是一流电网建设技术发展的必然要求。而技术先进、定制专业化、标准模块化的输电工程施工装备，是全过程机械化施工的有效支撑。本文总结多条1000kV、±800kV输电线路施工经验，从施工可实施性入手，为提高输电线路施工过程中机械装备应用比例，降低工程建设人工成本，从临时道路修建、物料运输、基坑开挖、基础浇制、铁塔组立、导线架设、接地敷设等方面考虑，为全过程机械化施工提供思路，探讨输电线路工程全过程机械化施工的想法和心得。

关键词：特高压 输电线路 机械化施工 机械装备

1. 概述

输电线路全过程机械化施工是一种全新的工程建设模式，为提升坚强智能电网工程建设能力，国家电网公司着眼输电线路建设全过程，统筹推进，推行全过程机械化施工模式，以满足一流电网建设需求，支撑特高压等重点工程建设。全过程机械化施工理念，就是以新的视角、新的方法、新的思维模式，指引线路工程建设各个过程机械化施工新模式的实现。规划设计不能固守传统的思维方式，需要为机械化施工创造更多、更好的条件。施工本身也需要不断从技术、装备方面适应机械化作业要求。管理要组织好全过程机械化施工方式，包括机械配置、进场道路、民事协调等，通过提前谋划、流水式施工作业，高效完成工程建设。

2. 全过程机械化施工总体思路

在输电线路全过程机械化施工推广中，总体思路是以人为本，注重人的安全。尽可能的减轻人的体力劳动负荷，以机械装备实现人力难以完成的作业，压降甚至减除人身的安全风险，提高施工效率、工程安全质量管理水平。在实施过程中，需要多专业协同，多环节结合。在设计阶段，就要考虑各阶段施工中机械设备的使用，为全过程机械化施工创造条件，勘测应为设计优化、装备选配提供全面、准确的基础数据，勘测技术方案满足基础型式、机械化施工等特殊技术要求。工程设计应充分考虑现场水文地质、交通条件、施工与装备技术状况，创新优化，适应全过程机械化施工技术要求，开展多种设计方案比选，实现综合指标先进；在工程施工过程中，精心组织，施工组织应根据工程设计、规模、施工场地及周围环境条件、技术复杂程度等，综合考虑工程特点、施工条件和技术水平，合理选配施工装备，保证全过程机械化施工活动有序、高效、科学合理地进行。需提前解决青赔问题、民事协调等，才能发挥机械设备的高效率，需要科学组织施工，才能实现人、材、机的合理衔接，从而实现流水式连续作业，提高施工效率和安全质量管理水平，压降消除人身安全风险。

3. 工程施工中的具体实施

3.1临时道路修建

应综合考虑物料运输、基础开挖、组塔施工、架线施工等工序施工装备的进场需要，同时兼顾环保要求。目前，大量线路铁塔塔位地形条件复杂，给施工物料的小运运输及施工装备进出场运输带来很多困难。因此，首先需要修筑临时施工道路，通过填平、拓展、碾平压实等手段对原有道路进行改造，甚至开辟临时道路。根据不同地形条件及道路情况，需要配备具有不同功能的临时道路施工装备。现有常规临时道路修建设备主要见下表：

在实施过程中，应注意合理化设计与临时道路修建机械化，设计阶段应优化设计方案，以便于后期临时道路修建机械化施工：

①条件允许情况下，线路路径尽量靠近公路干道，可有效缩短临时道路长度；

②山区线路走向允许情况下，线路路径尽量沿主山脉设置线路路径，后期施工道路修建可一路兼顾多基塔位；

③线路允许情况下，尽量靠近已有线路路径，可有效利用原施工道路，或对原施工道路进行拓宽、平整即可；

④优化构件长度，以减小临时道路转弯半径，降低临时道路修建难度和成本。

总之，在工程设计阶段，应根据不同地形、地貌，严格控制所设计单体杆塔构件及基础构件的重量、构件长度，均为后期施工运输提供了便利条件；此外，设计阶段应因地制宜地选择杆塔和基础型式，并优化杆塔构件、节点、基础尺寸及截面，以达到减少运输量和降低运输困难的目的。

3.2 物料运输

随着人工成本不断增加，人工搬运、马帮运输已极少见，采用专业运输工具是最好选择，输电线路施工常用的运输工具如下：

3.2.1轮式运输工具

优点：大卡车载货量大，可以考虑在市郊乡村普通路面使用；三轮运输车载货量小，可适应于山区临时道路，行走速度快。

缺点：大卡车对道路的坡度、宽度、转弯半径及路标准有严格要求；山区坡度较陡临时道路不适用；受气候影响大。

3.2.2履带式运输工具

优点：履带运输车由于履带与地面接触面积大，可使用于河网、泥沼及沙丘地段等软弱地基地段，也可用于山区较大坡度（约30°）地段；转弯性能优于轮式运输车；受气候影响小。

缺点：行走速度不及轮式运输车。

3.2.3索道运输

在架空输电线路中，最常用的是双线循环式索道。双线循环式索道由装载站、卸载站、支架、承力索、牵引索、驱动装置、货车、锚固装置和张紧装置等主要部分组成。在装载和卸载站间架设不同直径的两根平行钢丝绳作承力索，承力索二端锚固，通过葫芦张紧，一根较大用于载重，另一根用于空载。承力索中间由若干支撑架支承。牵引索在两根承载索下方布置，并在装载站和卸载站通过滑轮、驱动装置布置成闭合环路并张紧。牵引索上用螺栓式抱索器等距固接料桶或吊钩等承重装置，料桶用于输送砂石或联板、包钢等短塔材吊钩用于输送长塔材，料桶或吊钩以承载索为轨道被牵引索拉动运行。

优点：工效高、施工方便、建设周期短、对环境破坏小；可适应于高山大岭等；建成后运输成本低，不受气候影响；

缺点：架设成本受地形条件影响大；需要定期维护、安检。

3.2.4飞行器运输方式

输电线路中常用的飞行器运输方式有直升机运输方式和飞艇运输方式；

优点：运输速度快，可保证工期；

缺点：运输成本过高，受环境、气候影响大。

3.3基础开挖

现阶段平丘地段大开挖基础施工基本以机械开挖为主，然而线路基础为了避免大开挖造成环境破坏，现已大量采用原状土基础（掏挖式基础、挖孔基础），比例超过70%左右，原状土基础开挖基本以人工掏挖为主，其施工风险大，且开挖效率相对较低。近几年随着施工装备制造水平的提高，机械化开挖在施工效率、安全性等方面具有明显的优势。输电线路工程主要的基础开挖机械如下：

3.3.1挖掘机

优点：挖掘效率高，适用于大开挖基础；

缺点：挖掘土方量大，对环境破坏较大。

3.3.2挖孔、钻孔类机械

①旋挖钻机

优点：对地层有广泛适应性，在黏性土、粉土、砂岩等土层钻进速度快，无泥浆循环，高度自动化且有良好环保性；适用于不同孔径（0.5-1.8m）原状土挖孔及掏挖基础；不需护臂，配备扩底转头还可实现掏挖及桩基扩底；

缺点：岩石地段转进速度慢，更换转头频率高；其设备复杂，设备体型大，对山区道路要求高，价格也较高。

②冲击打桩机

冲击打桩机主要依靠重力式冲击转头进行机械成孔。

优点：冲击钻机设备简单，施工方便，故障率低，动力消耗少；黏性土、粉土、砂土、风化软岩、卵石层和基岩等地段均使用，适应性较强；施工工艺可分为钢丝绳冲击成孔和反循环冲击成孔；

缺点：依靠重锤冲击岩土层，施工效率较低，钻头磨损较快，对水需求量较大。

③机械洛阳铲

机械洛阳铲依靠铲头重力冲击成孔。

优点：设备简易，生产简便，采购成本低；相对人工开挖效率较高，使用成本低，经济效益显著；自重轻，可拆分，对交通条件无特殊要求；设备成熟可靠。

缺点：仅适用于土及碎石土；需人工扩底。

④履带式液压冲击钻机

液压冲击钻机依靠液压锤振动成孔，属于“软硬统吃”的一种成孔机械。

优点：几乎适用于各种地质状况，从粘性土、砂性土、到砾石层、卵石、漂石到软岩、硬岩；设备简单，操作方便，

缺点：成孔形状不易控制，成孔速度慢。

⑤岩石锚杆钻机

输电线路岩石锚杆基础的特点是基本都位于高山大岭，锚孔要求精度高，因此其机械钻机的要求是轻便化，高效化、精度高。

3.4混凝土施工的机械化

线路基础混凝土施工技术，包括混凝土制备和输送，混凝土泵送，混凝土灌注等，根据塔位不同地形条件需要选择不同的混凝土施工方式。使用的机械设备如下：

①平丘地段，交通便利，可选用“搅拌站集中搅拌—罐车运输—混凝土泵车—浇筑”的施工模式。

优点：该施工方式运输量大、施工效率高、可保证质量；

缺点：对搅拌站距离、沿线地形要求严格。

②一般山区具备修建临时道路情况下，可考虑采用以下两种模式：

模式一：集中搅拌—履带式罐车运输—浇筑；

模式二：各种物料装入履带式罐车，要求罐车具备搅拌功能，在运输过程中进行搅拌，到达塔位可立即浇筑；

③高山大岭不具备修建临时道路情况下，可考虑采用“索道运输物料—现场小型机械搅拌-浇筑”的模式。

④合理化设计与混凝土机械化施工，设计阶段，优先采用原状土基础，可利用原状土特性，减少混凝土用量；

通过基础埋深、主柱宽度、底板宽度和厚度的优化，可有效较少混凝土用量；

特高压线路基础柱体截面均较大，可考虑采用空心钢筋混凝土基础，以减少混凝土耗量。

3.5组塔施工的机械化

现阶段，杆塔组立主要依靠落地平臂抱杆、落地摇臂抱杆。随着特高压输电线路电压等级的不断提高，输电线路铁塔的塔形尺寸显著增加，塔材单件重量大，安装精度要求高，质量控制严，组塔施工难度增加，对组塔施工水平也提出了更高的要求。因此，必须根据结合工程实际条件，选择合理的机械化组塔模式。

①对于塔位地形条件较好，塔型尺寸较小的铁塔可采用抱杆或大型流动式起重机进行组塔；

②对于地形条件恶劣，临近带电线路地段等不适于打设外拉线的特殊环境，可采用单动臂或多摇臂抱杆进行组塔。

在设计阶段，按照机械化施工的要求，优化了铁塔结构、节点尺寸，严格控制单个构件的重量，以充分适应现场组塔机械的配置要求；节点构造力求传力明确且构造简单，便于组装，以提高机械化安装效率。铁塔组立使用的机械设备如下：

3.6架线施工

对于中低山区、局部高山大岭的地形及交叉跨越情况，设计考虑采用无人机引导绳展放导地线，可显著提高展放施工效率、减少高空作业和人员投入，避免沿线通道开辟和植被砍伐，保护生态环境。

无人机展放初引绳、机械展放导引绳，采用牵张机进行架线施工，根据施工分裂导线的特点，紧线、附件安装和提线，大截面导线架线施工工艺复杂，影响安全因素众多，施工最高张力值的选取与档距中央交叉为最恶劣情况，根据设计提供的导地线应力曲线，控制好各种地貌导线对地最小垂直距离、导线对交叉跨越物的最小垂直距离，完成导地线的机械化架线。架线施工使用的机械设备如下：

3.7 接地敷设

根据地形及土壤情况，传统的接地装置敷设采用开挖方式，面临青赔、水土保持、植被破坏等问题，影响工期、增加投资，设计考虑采用免开挖定向钻机施工。提高接地敷设机械化施工水平方面，使用的机械设备主要为专用设备，具体如下：

4. 总结

总之，全面推进机械化施工是一项系统性工程，输电线路设计、施工过程中应着眼于电网建设行业实际和未来发展，从技术标准、工程设计、工程管理、装备体系、考核评价等方面入手，有效支撑特高压和超高压等常规工程大规模建设的需要，为送变电施工企业走向正规化、现代化奠定了坚实基础，增强了市场竞争力。实践表明，线路全面机械化施工能减少人力成本、提高工程施工效率，提升施工安全性，减小对环境的不利影响，综合效益明显，是效率与安全、质量并重之举。

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