利用吊车大规模整体组立500kV线路铁塔

程志勇 姜海林 张泽辉 艾立明

[摘 要]针对500 kV合南#2线路工程的特点，在组塔施工过程中采取了地面组装、吊车整体立塔的施工方法，减少了高空作业量，提高了施工安全性，降低了施工成本，加快了施工进度。

[关键词]吊车 整立 500 kV 铁塔

500kV合南#2线路工程是国电公司东北电网有限公司建设的重点工程。本工程开工时间较晚，并且在2005年6月必须具备送电条件，所以组塔施工完全在冬季进行。东北地区冬季极其寒冷，霜冻多，白天短，有效工作时间少，并且冬季高空作业对人员、设备都存在较大的安全隐患。我公司承建的第Ⅰ标段地处东北大平原，地势相当平坦而且各塔位均处于耕地之中，上冻以后交通条件比较好。根据以上特点，公司决定大部分铁塔采用地面组装，大吨位吊车整体起立的方式进行组塔作业。

考虑到塔高、塔重等影响，部分直线铁塔采用吊车整体起立；ZB1－42m、ZB2－39m、ZB2－41m直线塔及部分转角塔整体吊装时不带横担（横担单独组装）。

现场分别采用单吊车和双吊车两种方法进行了整体起吊，这里主要以双吊车起吊为例进行阐述。

1 工程概况

本标段线路长50.018km，铁塔113基，其中耐张塔13基，直线塔100基。

直线塔塔型有ZB1、ZB2、ZB3三种塔型，整体吊装的为ZB1、ZB2两种塔型。本标段整立铁塔有关参数见表1。

表1 本标段整立铁塔一览表

塔型

呼称高/m

27

30 33 36 39 33 36 39 21 27 21

数量/基

7 8 30 19 14 1 1 5 3 2 2

塔重/t 10.347 11.061 11.883 12.690 13.676 13.540 14.568 15.489 16.206 19.183 23.740

正面根开/m

6 6.6 7.2 7.8 8.4 8 8.714 9.446 8.328 9.88 10.153

侧面根开/m 4.956 5.378 5.8 6.222 6.644 6.4 6.856 7.332 8.328 9.88 10.153

ZB1

ZB2 GJ1 GJ3

2 吊车的选择

2.1 ZB1、ZB2 39m及以下呼程高塔的重心高度如表2、表3。

确定吊车位置（参照吊车布置图），吊车选择为65吨吊车。

表2 铁塔重心高度表 表3 吊车额定总起重量表 (单位:吨)

塔呼称重心高塔呼称重心高工作 26.35m33.92m 41.5m

型 高/m /m 型 高/m /m 半径/m 主臂 主臂 主臂

27 17.136 33 20.446 5.5 20.50 14.50 30 18.608 36 21.517 6.0 19.50 14.50

ZB1 33 20.146 ZB2 39 23.186 6.5 19.00 14.50

36 21.492 7.0 18.00 14.50 8.00 39 22.786 8.0 16.50 13.50 8.00

2.2根据表3计算起吊最重、最大塔时吊车承载力结果，如表4。

1

表4 起吊最重最大塔时吊车承载力表

呼称高/m ZB1塔

39

ZB2塔

36 39

正面半

根开/m 3.035 4.397 4.763

侧面半 根开/m 2. 513 3.468 3.706

距中心 距离/m 7.9 8.4 8.5

塔重/t 10.35 14.57 15.49

弯距 /t.m 82 122 132

单吊车允 许吊重/t 13.5 12 12

单吊车允 许弯距/ t.m

108 108 108

每台吊车只承担塔重的一半,如组立ZB2-39m塔，每台吊车在工作半径内可以起吊12t重物，而实际吊起的重量为15.49×1.2÷2＝9.294t，给起吊施工留有足够裕度和安全系数，其他整立塔型的安全系数更高。

3 双吊车起吊方案

3.1各呼程高塔的吊点选择原则

a 起吊过程中塔脚不离开地面且受力最小； b 铁塔离地后吊点离地最近；

c 起吊到就位过程中重心始终处于吊点绳夹角之内，即4个吊点选在4根主材上，且吊车对面侧吊点高于吊车侧吊点；

d 根据以上几点确定各种塔型吊点如图1。

11111222221211221122ZB1-27mZB1-30mZB1-33mZB1-36mZB1-39m1111111－上吊点2222222－下吊点 ZB2-33m ZB2-36m ZB2-39m

图1 起吊点布置图

3.2运用做图法确定吊点绳套的长度及立塔过程中起吊绳最高点高度。吊点轨迹模型如图2。

2

3K点重心14K点31重心423K点K点31平口K点212重心平口31平口重心42重心424平口平口ZB1-27mZB1-30mZB1-33mZB1-36mZB1-39mK点K点331平口K点24321平口 1平口 241－上吊点2－下吊点3－吊装绳4－吊钩运动轨迹ZB2-33mZB2-36mZB2-39m

图2 吊点轨迹模型

3.3各呼程高吊点绳长及有效高度如表5

表5 吊点绳长及有效高度表

15.05 23.34

30 15.66 25.32

ZB1 33 14.00 26.88

36 14.00 28.40

39 10.00 28.40

33 14.00 26.60

ZB2 36 10.00 27.88

39 10.00 28.60

3.4起吊过程吊装带、钢绳最大受力如表6。

3.5根据上表5中吊装带长及模型中吊点位置计算塔脚最大受力，受力结果如表7 。

塔型

呼称高/m 27

吊点绳长/m

有效高度/m

表6 钢绳、吊装带最大受力表

表7 塔脚最大受力表 塔型 呼称高/m 27 ZB1 30 33 36 39 （单根）钢塔绳受力/kg 型 3554 4082 3542.9 3288 4411.6 呼称（单根）高/m 钢绳受力/kg ZB2 33 3601 36 39 3973.7 4288 塔型 呼称高/m 27 30 ZB1 33 36 39 单塔脚受力/kg 298 432 513 796 176 塔型 呼称高/m 33 36 39 单塔脚受力/kg 816 1386 1233 ZB2

由表中数据确定塔脚均受到向上的力,所以吊点选择合理。 3.6 转角塔起吊方案

由于转角塔的导线横担影响吊钩的运转位置，在组装时就将导线横担部分单独组装分解安装，具体场地布置见图，去掉横担后的转角塔塔重：GJ1-21m为14.12t；GJ1-27m为17.09t；GJ3-21m为20.3t。起吊过程与直线塔相同，选用14m起吊绳起吊，具体计算步骤与直线塔基本一致，列整体数据图如图3。

3

1－上吊点 2－下吊点 3－起吊绳 4－吊点运动轨迹

图3 转角塔计算和侧面吊点布置及吊点轨迹模型

4 工器具选择

4.1起吊过程吊装带最大受力见表6。 4.2卸扣、吊装带、滑车的选择

4.2.1卸扣选6.5吨的巨力DX型,杆径φ25,螺扣φ23。 4.2.2吊装带破断拉力不小于4.3×1.2×1.2=6.192吨。 吊装带选10t可以满足要求。 4.3螺栓受力计算

最大吊装带拉力为42022N，螺栓受力计算如表8 。

表8 吊点螺栓受力表

连板安装位置 ZB1 下曲臂

ZB1 平口下第一结点处 ZB2 下曲臂 ZB2 平口

ZB2 平口下第一结点处

螺栓型号 M16 M16 M20 M16 M20 M20

螺栓个数

3 2 2 3 3 4

单个螺栓最大承载力/kN

26 26 40 26 40 40

总承载力/kN

78 133 78 122 163

经计算均满足要求。 4.4连板设计

4.4.1按照ZB1-39塔计算，连板上部使用25mmU型螺栓,其在连板上的公称直径为26.5mm。

选用10mmQ345钢板制作连板。

4.4.2按照螺栓孔设计的构造要求，端距不小于2d0设螺栓孔圆心距钢板端部最小距离为70mm.。

根据公式 P破坏=2.05 /（1+0.5K）×F×бB

P破坏=2.05 /（1+0.5×53.5/35）×53.5×10×310=191372(N) 4.4.3 钢绳最大拉力计算

从表6知钢绳最大拉力为4411.6×9.8=43234N。

4.4.4 连板上部破坏能达到的安全系数为：191372/43234=4.5 4.4.5 钢板抗拉能力计算：

按安全系数为4计算，42022×4=310×10×（b-33.5），b=89mm。按构造要求b长度取140mm。 4.4.6 连板与塔材连接处尺寸计算

取安全系数为4 ，连板厚10mmQ345钢。连板设计简图如图4。

以ZB1塔平口连板计算为例，取M20螺栓3颗，螺栓孔公称直径21.5mm。

4

（a-3×22）×10×310=43234×4，a=122mm。

螺栓连接构造要求端距应大于2d0，中距应大于3d0。 则 a=2×2d0+3d0，a=220mm取a为220mm。 其他连板安装处构造要求长度均大于受力计算长度，长度。统计a长度列表，如表9。

表9 统计a长度列表

连板安装位置 ZB1 K点 ZB1 下曲臂 ZB1 平口

ZB1 平口下第一结点处 ZB2 下曲臂 ZB2 平口

a长度/mm 240 240 220 280 240 220

均取构造

aab图 4联板设计图b按照ZB2-39塔计算，最大钢绳拉力为43234N，螺栓受力计算如表10。

表10 螺栓受力计算表

连板安装位置 ZB1 K点 ZB1 下曲臂 ZB1 平口 ZB1 平口下第一结点处 ZB2 下曲臂 ZB2 平口

螺栓型号 M20 M16 M20 M16 M20 M16 M20

螺栓个数 3 3 3 2 2 3 3

单个螺栓最大承载力/kN

40 26 40 26 40 26 40

总承载力/kN 122 78 122 133 78 122

经计算均满足要求。

4.4.7 制作连板，下吊点连板轴线向塔头方向45°，所有连板制作向塔内侧压弯30°，切角。 4.4.8连板加工图：对加工图进行优化后结果如图5。

14045°701001407019021.521.517.510033.517.533.521.517.517.520408028020804060501021.5120204060604040240ZB1 27m 30m 33m 36m ZB2 33m 36m塔连板施工图14045°7010010012021.521.51407033.517.5221.517.540808028021.517.517.5524.65033.521.517.517.52040802802080406010150ZB1 39m 塔连板施工图图5　连板施工图

4.5吊装带与连板优缺点比较

在设计施工方案时，设计了两套吊装绳与铁塔连接方法，分别是吊装带连接和连板连接，他们各有优点和缺点，特说明如下。

连板连接是利用螺栓的抗剪能力，在螺栓抗剪能力满足的前提下使用连板连接可以不用对铁塔主材进行补强，减少工器具种类，钢板可以容易的达到设计要求的安全系数，不需要经常检查；缺点是安装、拆卸比较麻烦需要松连接处螺丝，安装位置受限不能随意调整。

吊装带连接是将所有的拉、压力直接作用在角钢上，在角钢承受力满足的情况下，仍需在角钢内侧加圆木补强，且吊装带在使用过程中由于钢材体和棱角的磨、割等外伤害，需要经常检查吊装带，但其连接、

5

8012021.521.5605010605010拆卸方便，吊装位置选择点较多，容易找到最优吊点。

通过上面的介绍可以根据现场的实际情况来选择吊点连接的方式，使施工更加安全快速。 4.6上吊点补强

由于上吊点选在下曲臂上盖,而此处无水平材,所有斜材又较小,且轴向受压,容易变形,所以需加工∠80×8角钢3根安装在吊点及相临的两个结点上（如图6所示）。同时在吊装带缠绕位置的主材内侧衬垫φ150×300原木一个。

4.7地脚螺栓保护的要求:铁塔就位时由于塔脚不能非常准确的落入,势必要与螺纹相磨,造成螺纹损失无法拧紧螺帽，需加工螺栓保护帽。

其作用有两个：保护螺纹不受损失；顶部加工成锥型有利于铁塔就位。

其尺寸要求为：内径比螺栓外径大0.5mm,壁厚2.5mm；b 管长110mm,上部锥高30mm,锥顶直径20mm。 4.8 护管加工如图所示（图7）。

2

俯视图

1

正视图侧视图

图7 护管加工图

图6 补强铁布置图1-平口 2－补强铁

5 地面组装及施工现场平面布置

一般情况下，地面较平整时组装过程中塔头朝向大号侧，但地面较低时，可以将塔头布置在小号侧，顺线路布置。铁塔中轴线与线路中心线重合，铁塔重心布置在基础中心附近。地面组装前应用经纬仪测定铁塔组装位置的中心线及横担底平面位置线，用木桩标记，用钢尺量出主材位置线。

组装前，组装场地应进行平整，达到基本是平面或缓坡斜面。土包

d等凸起物应除掉，以免组立铁塔时碰撞塔材。组装现场布置如图8所示，

ZB1各种呼称高布置尺寸见表11。

IJ表11 ZB 1位置尺寸参照表

BC 呼称高/m 27 30 33 36 39

尺 ADa 7000 8500 10000 11500 13000 寸 Gb 15000 15000 15000 15000 15000 eH

c 12000 15000 18000 21000 24000

d 15680 15680 15680 15680 15680

e 3820 3820 3820 3820 3820

f 5036 5458 5880 6302 6724

EfF

图8 直线塔整立起吊施工平面布置图

ZB2塔和转角塔同样要列出相应的平面位置尺寸参照表，这需要根据现场的实际、重心位置和吊车承载力来决定的，这里就不对其他塔型的布置位置做详细说明了。

6 地面组装顺序、方法

6

cba地面组装时以铁塔安装图为依据，从平口向塔脚、塔头逐段进行。塔身部分，根据塔段宽度及高度设置垫木，每段每侧塔片不少于四个支点。先排好两根主材，主材间距应等于塔身宽度加两主材肢宽。在垫木上组装左、右两个侧面，同时适当安装上、下两面的斜材。左右两个侧面组装完毕后，吊车布置在每段塔片的中心偏下位置，如图8所示。利用吊车将一个侧面立起后，与上一段连接好，用叉杆支稳，然后同样再立另一个侧面。按照先外铁后里铁的顺序先安装下面的横材、斜材，然后按照先里铁后外铁的顺序安装上面的横材、斜材，然后移动吊车至下一段的中心位置。构件组装完毕，拧紧螺栓，拆除叉杆。

12哈南32合心1图9 吊车组装塔身现场布置图1-吊车（8t）2-垫木3-主材间距

塔头部分，按照组装前标起的轮廓线排好塔材，安装下曲臂，按照先底面，后侧面，再上面的顺序进行组装。拧紧全部螺栓后进行下上曲臂组装。最后进行横担组装。注意组装塔腿时要将塔脚一并连好。全2部组装完成后拧紧全部螺栓，按照施工要求装好防盗螺栓，防松帽，脚钉。组装时整塔要支垫平整，不允许铁塔的任何部位出现弯曲变形。 7 施工现场平面布置

吊车横线路布置，单吊车立塔其尾部与A腿距离保持在0.6至3.5m以内距离，轴线布置在A、D腿轴线偏小号侧1m以内。

以ZB1 39m和GJ1 21m塔为例现场布置如下图（图10、11、12）。

吊车绳起吊绳重心AD600吊车1000840034453500350034456644BC铁塔吊车6644图10 ZB1 39m 直线塔整立起吊施工平面布置图图11 ZB1 39m塔起吊示意图

7

140003200BC20001000AD10002000吊车11452吊车 图12 转角塔（GJ1-21)地面组装布置图15457

8 起吊施工过程及注意事项

8.1立塔时吊车横线路布置，其尾部与A腿距离保持在1.5m～2m，轴线布置在A、D腿轴线偏小号侧。 8.2吊装前吊车司机，地面指挥人员以及配合吊车施工的人员必须经过严格的技术培训，熟悉施工过程、施工现场及注意事项。起吊前应检查铁塔是否缺件，如关键部位缺件严禁起吊。吊装带和钢绳套是按不同塔不同呼程高配备的，使用时认真检查严禁用错。吊装前应按照设计要求正确安装补强木补强铁以及卸扣等吊装工具。由于吊点选择的原因，上起吊绳与铁塔相磨，所以在吊装前应在起吊绳与铁塔相磨处安装防磨装置。

8.3吊车所站位置必须严格按照位置图布置。吊车支腿位置地面应坚硬不能沉陷，如有问题需用道木支垫。吊车起吊初始位置要保证吊钩在基础中心附近，保证起吊过程中吊点始终在垂直方向上运动。吊装时指挥人员与司机必须配合默契，司机必须按照指挥人员的指挥信号进行作业。严禁盲目施工、无指挥施工。其他作业人员也必须服从指挥人员的指挥，只有在指挥人员发出指令后方可进入施工现场配合吊塔作业。 8.4起吊后塔头离地0.5m时，停止起吊，安排专人检查绳套等受力部位是否有变形，没有问题方可继续起吊。由于吊点位置的原因，起吊过程中，在铁塔整体离地前塔脚始终拖在地上，所以应安排专人监护塔脚是否卡住，随着往前走，直到其正常离地为止。为了避免塔脚与基础相碰，吊装前在B、C（A、D）腿各绑一根小绳，小绳另一端缠在事先钉好的钢钎上，塔脚靠近基础将要离地时，安排专人缓缓松绳，保证铁塔平稳离地，不与基础相碰，同时保证不会对吊车产生冲击，使塔脚顺利通过基础。铁塔运动到基础垂直上方时，吊车停止运动，在指挥人员的指挥安排下，派专人在铁塔侧面，扶住铁塔，慢慢对准地脚螺栓，缓缓松绳，使塔脚螺栓孔套入地脚螺栓，拔下护套，带上螺帽，立即拧紧地脚螺帽，并将螺扣打堆，确保螺帽不会丢失。

8.5地脚螺帽拧紧后方可派人上塔拆除吊装工具，吊装工具需用小绳顺下，绝对不可直接扔下。

9 工效分析

9.1采用吊车整体立塔与传统的抱杆分解组塔相比有以下优点。

a 对作业人员的素质要求低，高空作业人员少。传统方式组塔每队每队至少需要熟练的高空作业人员8名；而整体立只需要2名熟练的高空作业人员，所有的组装工作全部在地面进行，而且螺栓紧固工作完全在地面，大大减少高空作业量。

b 东北地区冬季天短，气温低，每天早晨铁塔上有一层霜，要等霜化净才能蹬塔作业。地面组装不存在蹬塔作业，只要光线可以，就可进行施工，能延长有效工作时间。

c分解组塔需要大量的钢绳、麻绳、卸扣、滑车、葫芦以及地锚、抱杆、绞磨等工器具。整体立塔工具用量极少。

d 分解组塔每基至少要挖4个地锚坑，而整体立则不需要地锚。

通过上述4点，可以看出采用吊车立塔，可以降低工人的劳动强度，减少工具使用量，简化施工程序，减少工作量，可以大大的降低工程成本，减少事故隐患，提高施工速度。

9.2吊车立塔的缺点是对道路条件要求较高，只适合在平原地面强度较高的地区施工。

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10 结束语

500kV合南#2线路工程第Ⅰ标段铁塔施工中，利用吊车大规模整体组立500kV线路铁塔94基，取得了较好的经济效益和社会效益。此技术的应用打破了同行业长期以来利用抱杆、绞磨进行分解组塔的局面，为500kV线路铁塔施工开辟了新的道路，为提高线路铁塔组立的机械化施工水平起到了积极的推动作用。

［作者简介］

程志勇，男，1973年12月出生，1997年毕业于东北电力学院，助理工程师，现在项目部工作。 张泽辉，男，1981年7月出生，2004年毕业于东北电力学院，技术员，现在项目部工作。

艾立明，男，1980年1月出生，2003年毕业于东北电力学院，助理工程师，现在项目部工作。

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