关于原位加高改造输电铁塔方法的研究与应用

[摘要]文章通过分析输电线路改造方法的局限性,深入剖析铁塔结构受力情况和铁塔配置状况,提出了在原位通过铁塔底部直接加直腿段撑高铁塔,或者补强所需加高铁塔的基础立柱的方法,达到撑高导线,化解了改造线路需要择地新征塔位的难题,解决运行中线路对建筑物安全距离不足的问题。

[关键词]原位加高　直腿塔节　组合立柱

1　背景

位于城市的输电线路,经常出现在线路下方违章搭盖、树立广告牌,导致输电线路对建筑物安全距离不足的安全隐患。而目前要拆除一些既成事实的违章建筑,手续上非常麻烦,且动用很多的政府执法力量,还会给电力企业带来很多法律上的纠纷。目前可行的办法是,责任方出资将线路加高改造或者直接缆化。缆化费用高,一般是最后无奈的选项。改造线路,通常是择位新建较高的铁塔撑高导线化解与建筑物安全距离不足的矛盾。而在城市或者郊区人员、建筑物密集地,新建铁塔的塔位落址和用地补偿也是非常棘手的难题,所以很多地方的隐患就是因为征地难以实现才使得线路改造不了,安全隐患无法及时消除。

近年来对输电线路的增容改造,主要的工作不是加大导线截面。因为输电线路导线本身具备足够的载流能力,根本原因是线路中某些线段的铁塔呼撑高太低,大电流通过时,导线弧垂加大,对地距离满足不了安全要求,所以增容改造的重点就是选择较高杆塔,择位再立。但是线路增容工程多为供电企业内部技术需求,政府部门不把此类项目作为重点工程而去动用行政力量进行新塔位的用地协调。

2　问题的提出

从输电线路消除安全隐患的改造需要和输电线路增容需要,都要求新征用塔位树立较高杆塔,以解决问题。但是现场碰到的矛盾是,在城市或者城郊建筑物密集区要么难以找到合适的塔位,要么征地时困难重重。基于现实问题,就非常需要探索研究利用原塔位直接能加高铁塔的办法,达到消除输电线路安全隐患或者电网增容的目的。

3　现状铁塔结构受力分析与加高措施

输电线路铁塔都是成型成套的。一般根据当地的气象等环境状况,一类塔型中有多种高度的铁塔,且应用时很少铁塔会用到其能承受的最大垂直或者水平档距,所以结构中裕度是有的。而同类铁塔中,除塔底部不同外,其他部位的结构都是一样的,所选择的地脚螺栓型号也是一致的。

输电线路在建设初期,一般对地高度的裕度不是很大,铁塔的呼撑高通常都不是同类塔型中最高的,所以如在原位改造就可直接选择同类塔型的更高者。但是同类铁塔加高时,塔脚的根开就应更大,原来的杆塔基础就无法利用需要重新浇筑。在原塔位重新浇筑基础会影响运行线路的安全,如果长期停电进行作业,电网的安全可靠性就差,如果是一个变电站的两路进线同塔就更加不可能长时间停电作业了。所以问题的焦点就是如何利用根开太小的原杆塔基础。

经过分析,我们做了突破常规的大胆设想,就是将所选的同类型较高杆塔要加高的节部改成直腿设计,这样就可以解决根开问题。但是这样的铁塔结构原基础是否可以承受呢?这就需要根据不同的情况进行具体的验算。铁塔直腿部分,与原杆塔对接点,是个结构变形处,这在铁塔设计中经常会碰到,所不同的是,一般的变形处是往外变形,而此类变形时往内变形。所以,对此变形处进行重点的受力校验、验算与复核,通常只要将此处主材相对接的抱脚加筋板的螺栓,换成强度较高级别的就可以满足受力要求。还有就是将变形处横隔面的辅材和螺栓适当加强,就可以满足要求。如果原铁塔基础受力不足时,在不停电的前提下,补强基础是个简单的事情,只要采用植筋加强基础底板或者加厚基础立柱的方式就能轻松实现。

通过上述分析,根据现场需要在原位通过直腿设计塔底部直接撑高铁塔,必要时不停电补强基础,就可以实现在原位直接加高改造铁塔,解决线路对地安全距离小的问题。

4　现状铁塔基础受力分析与加高措施

如果上述直腿方法因塔型受限或者结构受力无法解决,那就将焦点转移到铁塔基础。在基础上加高的方法,根本上还是需要保证原铁塔的根开不变。如直接加高铁塔基础立柱也是一种可以尝试的办法。但是直接在基础立柱延伸,第一,由于倾覆力矩加大,必须进行必要的基础联合并在侧面补桩加强。第二,延长立柱,改造线路需要长时间停电移开原塔在原基础上植筋、布结构筋等并浇筑混凝土,而混凝土需要保养一段时间达到强度后才能组立铁塔。这对于在承载电网负荷的运行线路上改造,是无法接受的。所以,一定要有解决需要长时间停电的办法。

我们采用了高塔中通常采用的组合立柱取代需要在原基础立柱上浇筑混凝土的办法。具体做法是,先对新基础进行验算,在不需要停电的前提下,对原基础立柱植筋做联合基础补充辅助桩基,解决倾覆力矩超过原基础设计的问题。然后在停电时,将加工好的组合立柱直接作为基础立柱的加高段,这样就能在通常的短时间停电时,改造好线路,原位撑高铁塔,解决线路对建筑物距离不足的矛盾。

5　工程实践

5.1直腿铁塔加高法

位于厦门海沧区马銮村的原110kV杏霞线8号铁塔特殊加高前,8～9号对房屋安全距离不够,曾发生违章建筑的施工工人被电伤的事件,且8号塔周围被民房包围,无塔位可立新塔。如图1所示。经过技术分析攻关,采用原位直腿加高6m的方法进行处理。杏霞线8号原塔型为ZGU,-18,加高6m仍在这类塔型的使用条件范围内。原基础也经校验,无需补强则可满足要求。特殊加高改造投运后,该塔经过6年多次台风的考验,无出现异常情况,运行效果比较理想,如图2所示。

5.2组合立柱基础加高法

如图3所示,将要改造的铁塔因为已经是同类塔型的最高铁塔了,如果再采用直腿法,已经超过该类塔型的适用范围了,势必降低铁塔受力的结构安全系数。我局经过运行、设计和技术管理部门共同研究,采用了组合角钢立柱法如图4所示,该法也是利用原有基础的根开,在采用联合并加辅助桩基加固原有铁塔的基础上,带电或者停电时采用特殊的顶高措施(另文论述),无需松线,将原塔直接往上提升。而组合角钢结构也是稳定的结构,在浇筑混凝土前完全可以抵御自然风力。等线路送上电后,再行浇筑混凝土加固保护防腐。

6　效益分析

以厦门翔安区一迁改工程为例分析:110kV翔梅线27～28号段有一处导线对地安全距离不够,只要将导线撑高3m就能解决该隐患。如采用常规的改造方法就是要新建2基比原塔高3m的直线塔方可解决问题。采用本文的两个方法在原位加高也能解决。经过经济核算:

(1)常规方法:换位重立新塔,工程综合造价:73万元;

(2)方法一(直腿铁塔加高法),工程综合造价:33万元;

(3)方法二(组合立柱基础加高法),工程综合造价:52万元。

具体经济指标详见表1。

由于上述工程中还有塔位地势低,长期泡水的问题,所以采用方法二组合立柱基础加高法,最后将组合立柱浇筑素混凝土包裹防腐,然后塔位回填土方。而方法一,虽然有其经济上的优越性,但是,还是留有其它的隐患。

以上分析可见,采用本文的两个原塔位加高铁塔方法的迁改方案,不仅节省造价,还节约了新塔位占地,并减少了新塔位用地协调的重重困难和诸多麻烦。另外工程对外协调相对简单,能带来工程进度上的优越性。所以本文提出的方法在实际应用中具有较大的经济和社会效益。

7　结束语

原位加高输电线路铁塔的改造方法是厦门电业局输电线路管理、设计、运行维护等技术人员共同着力解决问题而进行的技术和改造方法的创新。根据我们的实践经验,在类似输电线路改造工程中,凡直线塔改造的一股可以选择采用直腿铁塔加高法,而耐张塔改造建议采用组合立柱基础加高法。上述方法都是基于因改造需要选择新塔位用地困难,而尽力在原位置解决问题。但在原位加高改造时,根据工程实际,对改进塔型的结构受力验算和所利用基础的校验补强,是非常必要和必需的。