输电线路机械化施工道路及基础作业面浅析

输电线路机械化施工道路及基础作业面浅析摘要：架空输电线路全过程机械化施工已作为现阶段工程建设的一种理念，这对设计和施工均提出了新要求。机械化施工临时道路的修筑是开展线路工程机械化施工的前提条件。本文重点研究了机械化临时道路的修筑原则、技术条件以及典型场景的临时道路修筑方案，提出了山区线路基础施工作业面设置原则和建议。最后，提出了输电线路机械化施工的创新思路和建议供工程参考。关键字：输电线路；机械化施工；临时道路；作业面；创新建议1引言输电线路工程具有距离长、塔位地形多样化，基础及杆塔施工设备多、配套工艺复杂等特点。随着施工机械化程度不断提高，避免了传统人工劳作施工进度慢，施工工艺较差，安全性较低的一系列弊端，“机械化”作为现阶段工程建设的一种新理念，已得到电力行业各参建单位的认可和推崇。该理念将设计、施工和运维紧密的结合在一起，从设计源头开始，综合考虑施工因素，确定设计原则和和适应机械化设备的参数，全过程应用机械化施工。输电线路主要机械化施工内容施工道路及物料运输、基础工程、接地工程、组塔工程、架线工程等环节，而设备进场及施工物料运输及施工装备进出场是开展机械化施工的前提条件。本论文重点针对输电线路临时道路修筑及施工作业面设置进行研究。并结合架空输电线路机械化施工现状，提出机械化施工的创新思路和建议。2设备进场方式输电线路工程设备、材料及施工机具的运输要综合考虑施工全过程机械通行要求。经调研，输电线路常用运输方案主要是充分利用既有道路，局部修筑临时道路。设备进场方式主要为：（1）平地段：当有可利用道路时，优先采用轻型卡车运输；当道路宽度较小且不小于1.5m时，可采取炮车运输。（2）河网、泥沼段：通常采用湿地旱船、水陆两用运输车等，局部修筑临时道路或栈桥时采用轻型卡车运输。（3）丘陵、一般山地段：采用轻型卡车、炮车、履带式运输车、索道运输。（4）高山大岭段：无道路及植被茂密的陡峭高山地区选用索道运输。3临时道路的修筑3.1道路修筑方案道路的修筑应根据现有的交通条件和地形特征而定，不同条件下的道路规划和临时修筑方案如表3-1所示。表3-1不同条件下的临时道路方案条件道路状况路面条件修筑方案1有道路路宽、路基承载力满足要求利用既有道路2有道路路宽、路基承载力不满足要求道路增宽加固3无修筑临时道路（栈桥）根据上表可知：（1）当既有道路条件较好（如路宽2.5～3.0m、最小转弯半径15～25m、最大坡度15°、路基承载力不小于80kPa）时，机械通行可直接利用现有的道路；（2）对于部分道路条件较差，但地形条件较好的塔位，可以利用现有设备进行施工，对原有道路进行加宽加固处理；（3）无既有道路时，可修筑临时道路或临时栈桥。3.2临时道路修筑机械现有常规临时道路修建设备主要有：挖掘机、推土机、铲运机、装载机、平地机、压路机等。对道路平整度、地耐力要求较高时，可采用压路机等压实装备；对于部分山地塔位需凿岩机配合。3.3临时道路的技术要求临时道路修建应结合道路状况、路面条件及地形条件制定，不同施工机械对临时道路要求如表3-2所示。表3-2施工机械对临时道路的要求机械种类道路技术要求轻型卡车路宽2.5~3m，坡度小于15°炮车路宽2~2.5m，坡度小于30°履带式运输车路宽2~3m，坡度小于35°，设置会车平台旋挖钻机、自行式打桩机路宽≥3.5m；路基承载力≥80kPa罐式运输车、汽车起重机路宽≥3.0m可见，考虑到机械通行性及合理降低投资成本，临时道路宽度以基础机械化施工设备进场条件为边界，原则上可取3.0m，特殊超宽路段可进行专项差异化修筑。3.4临时道路的修筑长度修筑临时道路越长，施工费用会增加，而相应的材料小运费用会减少，合理选择临时道路长度是机械化施工经济性重要因素。这里选取典型特高压直流工程不同地形条件下进行小运及机械化施工费用测算。如图3-1为不同修筑长度条件下典型平丘和山地地形费用测算结果。图3-1机械化道路修筑与人工费用测算图图中横坐标为临时道路修筑长度，纵坐标表示为机械施工费用与人工方案的费用差值。需要指出的是，上述测算边界条件为临时道路修筑长度100-800m，平地和山区平均人力运距为300m、850m，平地和山区挖孔基础混凝土浇灌1600元/方、2200元/方，护壁3500元/方，钢筋8000元/t，青赔和林木砍伐1.3万/基，环水保措施费1.8万/基。由图3-1可见，在指定地形条件下，机械化施工费用随修筑长度增加而提高。修筑道路长度较短时，机械施工比人工方案费用低，随着修筑长度增加，机械施工费用超过人工方案费用。对于平丘地区，临时道路修筑长约400m时，机械方案和人工方案费用持平；对于山区段线路，修筑长度约500m时，机械方案和人工方案费用持平。因此，机械化临时道路修筑长度不宜大于500m，此时为机械和人工方案的费用临界值。3.5临时道路的修筑原则临时道路修筑应按照下列原则：1）最大程度利用现有道路进行运输，按照尽量减少占用耕地，减少破坏植被，减少水土流失的原则去修建。2）结合地形地貌，充分考虑施工机械的通用性和专用性，满足本塔位物料及设备进场要求，同时也应兼顾邻近塔位，减少机械转运。方案a方案b图3-2临时道路规划比选例如图3-2所示为典型山区输电线路临时道路的规划方案，图中N1、N2、N3、N4为山区输电线路的连续塔位，粗蓝线为既有公路，细实线为临时道路的进场规划方案（如方案a和方案b）。方案a充分采用现有公路选择A、B两点分别修筑临时道路至临近的2基塔位；方案b采用选择现有公路的A点上山，然后分别至N1~N4四基塔。因此，临时道路规划修筑方案，应结合现场实际地形地貌情况、青苗赔偿等综合比选后确定。3.6临时道路的修筑方案（1）对于输电线路平原地区，地面起伏不大但地表含水丰富，此类情况一般机械无法到达塔位。对此类地段的输电线路塔位，采取新修临时道路并结合铺设路基板的方式，钢板厚度不小于12mm。图3-2平地路基板临时道路图（2）山区临时道路修筑尽量利用原有机耕道、砂石路等，采用推土机、挖掘机、压路机等机械进行拓宽加强，以满足机械进场要求。路基可根据情况填筑夯实，铺设100mm厚度的碎石垫层。图3-3山区临时道路图（3）对于过河、过沟渠的塔位，采用装配式钢桥、涵管及铺设路基板方式进行道路修筑。路基板或路基箱可采用钢板、预制钢筋混凝土或高分子复合材料。图3-4跨河、跨沟渠的临时道路图（4）地质较好地段或是临近公路塔位，履带式机械可直接通行以取代修筑临时道路，提高经济性。4基础施工作业面设置研究架空输电线路基础施工作业面，将直接影响塔基临时占地，施工水土保持。因此，合理确定施工作业面是架空输电线路基础机械化施工的重要环节。对于平丘地段，施工作业面不是控制因素，对于山区地形，施工作业面的合理性显得尤为关键。4.1施工作业面设置原则（1）作业面应满足设备进场、基础开挖的作业要求，宜减少占地及基面开方。（2）结合塔位实际地形，利用原有平台，灵活布置，必要时宜选择坡度较缓位置进行开方。（3）结合施工便道，宜充分利用塔位附近原有道路或临时道路。（4）根据现场坡度、铁塔根开范围，宜选择塔位中心区域或周边环形区域作为施工作业面。4.2典型作业面的设置方案根据输电线路的塔位概况、地形坡度、根开等因素设置，这里重点介绍山区塔位两种机械典型作业面的设置特点：1）人工转场（如锚杆基础），仅需考虑开挖临近塔腿基础的施工操作面；2）自行式转场（如旋挖钻机）：需同时考虑开挖操作面及修筑四条塔腿之间的转场道路。（1）锚杆钻机作业面设置方案锚杆钻机施工采用人工转场，仅需考虑基础开挖作业面，可在塔腿中心附近5m范围内空旷区域或基面作为操作平台。（2）旋挖钻机作业面设置方案因考虑到施工旋挖钻机作业时坡度不宜超过3°。当坡度超过3°时，需选择局部较缓基面或者沿等高线进行开挖，形成操作平台，且应将塔腿施工区域串联，充分利用作业面。施工作业面的大小、作业面平整度以及转场道路的宽度等需要与钻机型号相匹配。以电建钻机150D为例，基础施工时需旋挖钻机、挖掘机、龙马车共同作业，施工操作面范围至少6m*6m；同时考虑四条塔腿之间的转场道路，宽度4m，长度由现场实际地形决定，沿塔基内侧或者外侧绕行一圈，呈矩形分布，或由一个塔腿向另外三个塔腿各修筑一条转场道路，呈Y型散开式分布。值得一提的是，山区塔位的塔腿施工作业面设置方案，应结合实际地形地质因地制宜设置。5创新思路及建议为了推广和实施机械化施工，力争做到线路施工过程中的全覆盖、全天候和全地形。输电项目应从设计源头做好机械化施工策划，主要体现在：（1）充分应用航测成果，强化地勘报告的深度；（2）逐基落实平地、丘陵、山地机械化施工可行性；（3）加强复杂地质条件下嵌岩的基础型式优化；（4）全面应用机械挖孔、锚杆和小型桩等基础。因此，可分别从新装备、新材料、新技术等方面开展机械化施工的创新实践，包括：（1）山区线路积极开发新型轻便的设备、方便设备进场。如新型可拆卸式旋挖钻机、山地微型桩钻机。（2）加大设备钻头的研发，提升对中风化及以上岩石的成孔效率。（3）改良山区旋挖钻机的动力系统。现有山区旋挖钻机为“双泵双动力”液压动力系统，对开挖至7米及以上深度时，因钻杆轴距长，作业扭力明显降低，建议可考虑增设动力至多泵输出。（3）采购或定制钢制履带专用靴套，可有效解决水泥路通行。（4）采用高分子复合材料的路基板或路基箱，可解决传统路基板单件重、搬运困难的问题。（5）山区积极采用锚杆基础，因地制宜地研发新型基础（如山地微型桩、变截面桩和斜桩基础等），提升基础机械化率。（6）针对岩石锚杆基础，基于小型模块化钻机，开展破碎模块、抓斗模块研究，形成提出“钻小孔-岩石破碎-抓斗取土-基础浇筑”的新型岩石基础施工方法。（7）基础设计减少或归并基础和桩径种类，选择桩径应考虑与常规旋挖钻机钻头直径相匹配。6结语本文结合架空输电线路工程的特点，通过对输电线路设备进场方式选择及施工作业面设置研究，并提出了一些机械化施工的创新思路和建议。主要结论如下：（1）临时道路宽度以基础机械化施工设备进场条件为边界，原则上一般取3.0m。（2）修筑道路长度较短时，机械施工比人工方案费用低，随着修筑长度增加，机械施工费用超过人工方案费用。对山区线路工程，机械化临时道路修筑长度不宜大于500m作为费用临界值。（3）总结提出了不同建设环境下进场方式选择原则、进场道路修建原则、山区塔位的基础施工作业面设置方案，可为相关工程的机械化施工提供参考。（4）基于新装备、新材料、新技术等方面开展机械化施工的创新实践，提出了若干机械化施工创新思路和建议，供工程参考。参

考

文

献[1]

国家电网公司基建部.《国家电网公司输变电工程标准化