于天剛 陳海波 白林杰

（上海送變電工程公司）

0 引言

隨著雙臂液壓推進(jìn)硬封頂格構(gòu)式跨越架（根據(jù)性能參數(shù)命名為STK60，簡(jiǎn)稱“STK60型跨越架”）的推廣使用，因其在自身強(qiáng)度高，機(jī)械化施工程度高等優(yōu)點(diǎn)，在履行國網(wǎng)公司提升跨越施工本質(zhì)安全方面前進(jìn)了一大步。STK60型跨越架從設(shè)計(jì)、制造、試用到成熟使用，在結(jié)構(gòu)、工藝上經(jīng)過不斷改進(jìn)、優(yōu)化和總結(jié)，形成系列化應(yīng)用方案，滿足不同的跨越情況快速配對(duì)選用。

1 關(guān)于跨越架的安全

跨越架受力情況是比較復(fù)雜的，在保證跨越架安裝過程安全及跨越架自身強(qiáng)度、穩(wěn)定性及抗風(fēng)載能力的情況下，重點(diǎn)需考慮放線過程中發(fā)生故障狀態(tài)下的防護(hù)能力。放線故障狀態(tài)主要是臨檔斷線的跑線故障或有走板沖擊跨越架的本檔斷線故障。放線故障受導(dǎo)線規(guī)格、一牽多的放線方式、放線張力、跨越檔長度、放線高度等多種因素影響。

《跨越電力線路架線施工規(guī)程》中規(guī)定，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)跨越架架體的強(qiáng)度，要求在發(fā)生斷線或跑線事故工況時(shí)能承受沖擊荷載。但沖擊載荷尚無明確的方式，目前主要采用假定一定長度導(dǎo)線靜態(tài)位于跨越架封網(wǎng)裝置上，僅考慮導(dǎo)線的重力，并乘以設(shè)定的沖擊系數(shù)，系數(shù)也有多種取法，顯然不論是那種取法均不能反映放線的真實(shí)情況，保證故障狀態(tài)下跨越架和被跨越物的安全。

結(jié)合STK60跨越架我司與電科院一起做了跨越架沖擊試驗(yàn)及仿真分析，包括一牽1、一牽2、一牽4，在不同張力、不同高度情況下的跑線、斷線工況。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果的比對(duì)分析表明，對(duì)于孤立檔張力放線時(shí)，導(dǎo)線放線張力不是影響跑線事故工況沖擊結(jié)果的主要因素；放線方式影響很大，一牽n放線沖擊力是一牽1的近似n倍；落線高度影響也很大，隨著高度增加沖擊力呈非線性增大；斷線工況較跑線工況沖擊力大了很多，如落線高度10m情況下，630導(dǎo)線一牽4跑線沖擊系數(shù)為2.77，斷線時(shí)一牽2沖擊系數(shù)就達(dá)到了5.14，據(jù)此推導(dǎo)一牽4斷線的斷線沖擊系數(shù)大于10，且實(shí)際放線時(shí)上相導(dǎo)線一般高出跨越架遠(yuǎn)大于10m，沖擊力大大增加。

因此在放線故障狀態(tài)下保證被跨越物安全，對(duì)跨越架的抗沖擊能力要求相當(dāng)高，不是常規(guī)跨越架能夠承擔(dān)的，且跨越架抗載能力的提升是需要很大成本的。STK60型跨越架是在利用送變電自身擁有的大量組塔900抱桿的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，最大限度地降低了跨越架的成本。雙臂液壓推進(jìn)硬封頂結(jié)構(gòu)是采用硬橫梁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的承力繩，改變跨越架的受力狀態(tài)，避免了跨越架向內(nèi)的受力及對(duì)拉線及地錨的依賴，提高跨越架的安全。考慮到結(jié)構(gòu)需盡量簡(jiǎn)單，橫梁借鑒了平臂塔吊的原理，并創(chuàng)新采用了平臺(tái)加門架等多種結(jié)構(gòu)。為盡量減少結(jié)構(gòu)重量及制作運(yùn)輸成本，考慮了放線常見工況，橫梁按照中點(diǎn)抗載2t設(shè)計(jì)，因此對(duì)每次跨越施工的特殊情況，仍需分別計(jì)算驗(yàn)證，采取必要的措施。

2 關(guān)于STK60型跨越架

2.1 跨越架的組成

STK60型跨越架由架體、橫梁、防護(hù)網(wǎng)及安全控制系統(tǒng)等組成，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。適用于高度不大于60m，跨距不大于60m，防護(hù)寬度在10.8～17.7m范圍內(nèi)，架設(shè)點(diǎn)有一定的場(chǎng)地和交通條件，便于卡車和吊車進(jìn)出的大中型重要跨越。STK60型跨越架各系統(tǒng)可拆分，采用了硬質(zhì)橫梁代替常規(guī)柔性承力索，采用了液壓機(jī)構(gòu)水平推進(jìn)橫梁，具有承載能力強(qiáng)、拉線依賴度低、可機(jī)械化快速組裝等特點(diǎn)。

圖1 STK60型跨越架結(jié)構(gòu)組成框圖

2.2 跨越架裝配圖

STK60型跨越架上部組裝圖如圖2所示。

圖2 STK60型跨越架上部組裝圖

3 跨越架系列化設(shè)計(jì)

3.1 跨越架設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

被跨越物的性質(zhì)及高度決定了跨越架的高度，新放導(dǎo)地線的垂直投影間距及風(fēng)偏值決定了跨越架防護(hù)寬度。被跨越物的性質(zhì)、寬度、交叉角度及跨越點(diǎn)的地形決定跨越架的跨距。

STK60型跨越架兩側(cè)架體高度即跨越架的高度，橫梁在跨越架的上平面以上，防護(hù)桿下口低于跨越架上平面0.7m，考慮防護(hù)網(wǎng)寬6m對(duì)折情況需要加3m的操作空間。實(shí)際上因操作流程上不應(yīng)產(chǎn)生防護(hù)網(wǎng)過于松弛的現(xiàn)象?？缭郊艿姆雷o(hù)寬度即兩橫梁外側(cè)之間的距離，一般比兩側(cè)架體窄2m。架體之間的距離即跨距，一般在跨距滿足需要的情況，兩側(cè)跨越架底部可向被跨越架側(cè)增加一跨寬度來增加跨越架的穩(wěn)定性。

跨越架尺寸確定后需要校核空載和故障狀態(tài)下的受力。

空載狀態(tài)下主要是校核跨越架安裝過程中危險(xiǎn)點(diǎn)的受力、架體的穩(wěn)定性、以及跨越架所受風(fēng)載的影響。經(jīng)分析，跨越架越高承受的風(fēng)載越大，且影響很大，在跨越架高度60m時(shí)，工作風(fēng)速10m/s（五級(jí)風(fēng)）情況下，重力式和拉線式跨越架均能滿足施工需要，但重力式格構(gòu)式跨越架總重相當(dāng)大。六級(jí)風(fēng)及以上時(shí)不施工，但跨越架仍在現(xiàn)場(chǎng)，需要校核極端大風(fēng)情況下跨越架的安全。按照線路設(shè)計(jì)最大風(fēng)速35m/s（十二級(jí)颶風(fēng)）情況，重力式格構(gòu)式跨越架僅靠跨越架自重?zé)o法滿足傾覆穩(wěn)定和滑移穩(wěn)定要求，拉線式跨越架存在部分構(gòu)件需要加強(qiáng)。按照建筑塔吊標(biāo)準(zhǔn)26m/s （十級(jí)狂風(fēng)）情況，格構(gòu)式跨越架均滿足施工要求，但仍需要注意大風(fēng)季節(jié)不應(yīng)實(shí)施跨越施工，得到偶發(fā)大風(fēng)預(yù)警時(shí)應(yīng)采取跨越架上部拆除或全部拆除等安全防范措施。

3.2 高度的系列化設(shè)計(jì)

跨越高速公路，鐵路，高鐵時(shí)高度一般低于30m，重力式結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定及拉線依賴少的優(yōu)勢(shì)?？缭礁邏壕€路的高度差異很大，STK60型跨越架用適用60m以下的高度，考慮到運(yùn)輸?shù)纫蛩?，需要減少抱桿等材料的數(shù)量，增加外拉線的使用。雖然900抱桿抗載等能力很強(qiáng)，但考慮大風(fēng)狀態(tài)下的穩(wěn)定性要求，需要適當(dāng)?shù)膬?nèi)拉線。

我們按照極端天氣26m/s風(fēng)速情況下，做了多種高度的系列化典型設(shè)計(jì)方案，如圖3所示，主要是30m以下采用重力式跨越架，30～50m采用拉線式跨越架，50～60m采用基礎(chǔ)式跨越架，以抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)較多的3m段為級(jí)差。

STK60型跨越架高度系列化配置如下表所示，每種系列均對(duì)應(yīng)一種標(biāo)配圖。

圖3 STK60型跨越架高度系列化典型設(shè)計(jì)圖

表 STK60型跨越架高度系列化典型設(shè)計(jì)方案配置表

系列化使用指導(dǎo)跨越方案編制非常便捷，根據(jù)計(jì)算需要的跨越架高度，在上表中配套對(duì)選用，也可以減1m或減2m。減1m即高度方向用一段2m的代替一段3m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，減2m則用一段4m或2段2m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)代替一節(jié)3m的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，這樣可以得到40種高度。

3.3 防護(hù)寬度的系列化設(shè)計(jì)

STK60型跨越架首件防護(hù)網(wǎng)寬度設(shè)計(jì)為9m，滿足短檔跨越加風(fēng)偏后單側(cè)導(dǎo)地線的防護(hù)需要，考慮大檔距風(fēng)偏及220kV同塔雙回放線需要拓寬。拓寬方案即在兩橫梁之間增加一段3m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及一個(gè)六通連接件的寬度或兩段3m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及一個(gè)六通連接件的寬度，增加六通連接件的目的是豎直方向增加立柱以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，如圖4所示，分別是10.8m、14.7m、17.7m寬度的跨越架的俯視圖，強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)算滿足要求。

如果采用兩米標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，級(jí)差變化就更具多樣性，但需要考慮與主梁下端的防護(hù)桿配套，即防護(hù)桿長度分別為9m，12m，15m，而上述三種寬度形式的橫梁下端小車間距分別為7.8m，11.7m，14.7m，正好適配。雖然仍可縮小級(jí)差，但考慮迪尼瑪防護(hù)網(wǎng)不宜規(guī)格太多，故選用上述三種規(guī)格比較合適。

3.4 跨距的系列化設(shè)計(jì)

STK60跨越架正常狀態(tài)下在跨距是在26.1～60m之間的任意寬度，即三角平臺(tái)之間距離在0～33.9m之間。封頂之后是承重門架和對(duì)接門架兩點(diǎn)支撐的狀態(tài)，間距48m，如圖5所示。

在有特殊需求時(shí)需要增加常規(guī)33.9m的跨距，經(jīng)對(duì)橫梁在推進(jìn)過程中的懸臂梁狀態(tài)分析，將對(duì)接平臺(tái)進(jìn)行了改造，可以分成三段，根據(jù)需要使用其中的三段、兩段或一段分別與跨越架架體連接，有效跨距可以增加到42m，如圖6所示。

因跨距主要受制于橫梁推進(jìn)過程中懸臂梁最遠(yuǎn)端受力及到位后簡(jiǎn)支梁中心點(diǎn)的荷載，設(shè)計(jì)時(shí)留有一定裕度，故特殊需要時(shí)經(jīng)校驗(yàn)可適當(dāng)增加跨距。

3.5 對(duì)放線牽引方式的要求

兩側(cè)架體結(jié)構(gòu)頂部12m寬簡(jiǎn)支梁中心點(diǎn)單根極限承載力達(dá)到210kN，有限元分析如圖7所示，此時(shí)最大應(yīng)力比小于1.0，滿足強(qiáng)度要求，豎向位移的最大值為43.3mm，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的限值要求。因此兩側(cè)格構(gòu)式跨越架架體有很強(qiáng)的豎向抗載能力。

圖4 STK60型跨越架寬度系列化典型設(shè)計(jì)圖

圖5 STK60型跨越架跨距設(shè)計(jì)圖

圖6 STK60型跨越架對(duì)接平臺(tái)分段使用

STK60型跨越架鋁合金防護(hù)桿設(shè)計(jì)為中部受力1t不破壞，故障狀態(tài)落線由4根900抱桿和6根300抱桿承擔(dān)，實(shí)際在兩側(cè)跨越架上方又安裝了防護(hù)滾輪，高于鋁合金防護(hù)桿約2m，承擔(dān)落線主要重量，因此本跨越架的抗跑線斷線故障能力很強(qiáng)。但考慮斷線故障時(shí)走板撞擊在鋁合金防護(hù)桿上的最惡劣情況，因每次放線的牽引方式、走板重量、放線最高高度等的不同，仍需分別計(jì)算，必要時(shí)采取減少一次牽引導(dǎo)線數(shù)量、降低導(dǎo)線高度等措施。

以220kV跨越鐵路的應(yīng)用為例，一牽2放線，走板重量24kg，導(dǎo)線為JL1/LHA1-465/210，密度為2766.4kg／m3，放線張力為2t時(shí)上相導(dǎo)線高出跨越架38.3 m。斷線事故工況下，跨越架的應(yīng)力云圖如圖8所示，在導(dǎo)線斷線撞擊過程中，跨越架的鋁合金抱桿承受的最大等效應(yīng)力為124.9MPa，其屈服強(qiáng)度為290MPa，安全系數(shù)為2.3；跨越架橫梁承受的最大等效應(yīng)力為42.1MPa，其屈服強(qiáng)度為345MPa，安全系數(shù)為8.2；跨越架架體所承受的最大等效應(yīng)力為29.5MPa，其屈服強(qiáng)度為235MPa，安全系數(shù)為8.0。

圖7 跨越架承載力荷載分析圖

圖8 典型方案斷線事故工況的應(yīng)力云圖

4 工程應(yīng)用

4.1 跨越電力線

2016年7月，淮上線特高壓同塔220kV線路工程不停電跨越110kV線路，采用STK60型跨越架，高26.6m，寬10.8m，間距27m。共使用900抱桿705m，多功能六通連接件48個(gè)、封網(wǎng)采用4根鋁合金防護(hù)桿，結(jié)合3張8×6m絕緣網(wǎng)，施工如圖9所示，設(shè)計(jì)平斷面圖如圖10所示。

圖9 跨越110kV線路照片

4.2 跨越鐵路

2017年5月，220kV亭大線跨越鐵路，采用STK60型跨越架，高14.6m，寬17.7m，跨距54.3m。共使用900抱桿664m，多功能六通連接件60個(gè)、封網(wǎng)采用6根鋁合金防護(hù)桿，結(jié)合5張14×6m絕緣網(wǎng)，設(shè)計(jì)平斷面圖如圖11所示，施工如圖12所示。

5 結(jié)束語

結(jié)合雙臂液壓推進(jìn)硬封頂格構(gòu)式跨越架（STK60型跨越架）的研制、試驗(yàn)及推廣使用，我們深入跨越施工故障狀態(tài)研究，進(jìn)行了盡可能詳細(xì)的分析及系列化應(yīng)用方案設(shè)計(jì)，努力提高跨越施工本質(zhì)安全，同時(shí)為推進(jìn)現(xiàn)有跨越架的理論做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。通過系列化應(yīng)用方案的完善，使STK60型跨越架的推廣應(yīng)用變得方便靈活，做到最優(yōu)方案指導(dǎo)安全施工。

[1] DL/T 875—2004 輸電線路施工機(jī)具設(shè)計(jì)、試驗(yàn)基本要求[S].

[2] DL/T 5009.2—2013電力建設(shè)安全工作規(guī)程 第2部分：電力線路[S].

[3] DL/T 5106—1999 電力線路架線施工規(guī)程[S].

圖10 跨越110kV線路平斷面示意圖

圖11 跨越鐵路平斷面示意圖

圖12 跨越鐵路照片