淺析輸電線路大跨越鐵塔結構設計

馬 濤

（中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司，河南 鄭州 450007）

0 前言

輸電線路鐵塔可以視作立體構造的建筑形式，一般多用于架空高壓或者超高壓電力傳輸線路導線的設置中，有時也應用于避雷線的設置當中。在正式應用過程中，工作人員可以根據(jù)回路以及電壓數(shù)值的差異性表現(xiàn)，對鐵塔結構進行準確劃分，并且結合現(xiàn)場實際情況進行合理的選擇與應用。在實際建設過程中，相關工作人員應該對鐵塔架構性能的應用問題與問題的改善予以高度重視。最好可以主動立足于當?shù)貐^(qū)域的天氣情況以及地質情況，對輸電線路大跨越鐵塔結構設計問題進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。

1 輸電線路大跨越鐵塔設計原則及影響因素分析

1.1 設計原則

對于電力輸電線路運行工作來說，大跨越鐵塔結構質量往往會對其運行質量效果產(chǎn)生一定的影響。目前，為了進一步提高電力輸電線路運行質量，電力施工單位方面對于大跨越鐵塔結構施工問題給予了高度重視。其中，重點針對大跨越鐵塔結構（如圖1所示）設計問題進行了統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，要求相關設計人員勇于承擔起自身的主體責任，按照電力施工規(guī)范要求對輸電線路大跨越鐵塔結構涉及的要點問題進行準確貫徹與落實。輸電線路大跨越鐵塔結構圖如圖1所示。在具體設計過程中，工作人員應該立足于提高整體線路運輸水平來進行合理規(guī)劃與設計[1]。

圖1 某輸電線路大跨越鐵塔現(xiàn)場圖

最好可以立足于當?shù)氐乩淼孛睬闆r以及相關因素，對鐵塔形式進行合理規(guī)劃。結合以往的結構設計經(jīng)驗來看，在規(guī)劃鐵塔形式的過程中，工作人員通常會以淺埋式作為對照處理。除此之外，施工現(xiàn)場人員應該平穩(wěn)提高鐵塔結構基礎自重以及底板大小，這樣做的主要目的在于全面提高上拔平穩(wěn)程度。需要注意的是，對于某些施工區(qū)域來說，在大跨越鐵塔施工建設期間，容易受到地下水等因素干擾的影響，因此在埋設期間，最好提高埋設深度。

1.2 影響因素

1.2.1 暴雪因素

當大量積雪掉到電線上的時候，附著在電線表面的積溫會迅速與積雪結合成冰。這樣一來，不僅對大跨越鐵塔的安全運行造成了不利影響，同時也對輸電線路的平穩(wěn)性運行造成了不利影響。在構建大跨越鐵塔的過程中，設計人員應該充分了解和掌握當?shù)靥鞖馇闆r以及地理地貌情況，選擇合適的結構設計方案。需要注意的是，大跨越鐵塔并不是完全適用于全部地域，因此在具體設計過程中，應該綜合考慮上述因素條件，從而進行合理的選擇與應用[2]。

1.2.2 環(huán)境腐蝕因素

對于大跨越輸電線路運行工作來說，鐵塔長時間都暴露在外。在長年風雪的干擾作用下，鐵塔外表面很容易受到不良因素的干擾影響而出現(xiàn)氧化或者腐蝕問題。并且隨著我國氣候環(huán)境條件的日益惡劣，部分地區(qū)會受到當?shù)厣a(chǎn)活動的影響而產(chǎn)生酸雨等極端天氣。這樣的天氣會進一步加劇對大跨越鐵塔安全運行的危害程度，難以為鐵塔長期安全運行提供良好的保障。因此，在構建大跨越輸電線路的過程中，工作人員應該加強對鐵塔防銹蝕能力的處理。

1.2.3 地震因素

地震災害發(fā)生后，往往會對輸電線路整體的運行質量造成嚴重影響。結合實際情況來看，輸電線路在維修方面顯得較為復雜且成本較高。一旦出現(xiàn)大面積故障問題，不僅會給居民的日常用電帶來不利的影響，同時也會給電力企業(yè)的經(jīng)營效益帶來不利的影響。為了避免這一問題的出現(xiàn)，建議工作人員在輸電線路大跨越鐵塔結構設計期間，全方位提高鐵塔防控地震的能力。通過合理設計結構體系，實現(xiàn)減震目標[3]。

2 輸電線路大跨越鐵塔結構設計的重要性分析

2.1 有利于合理安排施工工期

作為工程項目管理的重要環(huán)節(jié)，輸電線路大跨越鐵塔結構設計效益往往會對工程建設整體質量產(chǎn)生至關重要的影響。因此，在項目建設初期，相關負責人員應該緊密結合輸電線路大跨越鐵塔結構設計實況，合理安排項目建設工期。結合以往的反饋經(jīng)驗，通過科學地執(zhí)行輸電線路大跨越鐵塔結構設計工作，基本上可以事先發(fā)現(xiàn)工程建設期間可能存在的隱患問題。并根據(jù)隱患問題的具體成因制定可行性應急預案。在此基礎上，相關負責人員可以對工程項目建設范圍以及技術安排等工作內容進行統(tǒng)籌規(guī)劃，確保建設工程按時完成。

2.2 有利于確保工程建設質量

結構設計管理可以視為電力施工項目管理的核心內容。如果結構設計管理工作落實不到位，往往就會對電力工程整體建設質量造成不利影響。結合實際情況來看，部分施工企業(yè)出于自身利益的考慮，不斷追趕工期，導致部分施工設計內容的應用不夠規(guī)范[4]。同時現(xiàn)場質量監(jiān)管工作落實不到位，容易對工程項目建設質量造成不利影響。為了及時解決這一問題，施工單位方面應該合理編制輸電線路大跨越鐵塔結構設計方案，確保各要素之間可以實現(xiàn)協(xié)調統(tǒng)一，規(guī)避當前存在的質量隱患問題。

2.3 有利于提高工程經(jīng)濟效益

一般來說，電力工程項目建設往往具有工期長和工種雜的特點。在項目施工建設過程中，人員、材料以及進度等因素均會對工程經(jīng)濟效益產(chǎn)生至關重要的影響。但是從實際情況來看，部分施工企業(yè)在輸電線路大跨越鐵塔結構設計計劃方面缺乏合理性，或者在實際落實方面存在不科學性，導致項目建設過程中存在嚴重的工期延誤問題。而通過科學執(zhí)行輸電線路大跨越鐵塔結構設計工作，不僅可以規(guī)避上述問題，還可以利于提高工程經(jīng)濟效益。

最重要的是，輸電線路大跨越鐵塔結構設計與電力工程施工本身就存在既定的關系。如果輸電線路大跨越鐵塔結構設計質量不合理，那么往往會對電力工程后續(xù)施工質量造成不利影響。因此，在正式開展電力工程施工作業(yè)期間，工作人員需要統(tǒng)籌規(guī)劃與合理協(xié)調二者之間的關系。最好可以立足于電力工程現(xiàn)場施工條件，對現(xiàn)場可能存在的風險因素以及阻礙問題進行預先處理。并且在此基礎上，通過提高電力輸電線路大跨越鐵塔結構設計水平，規(guī)避風險隱患問題[5]。

3 輸電線路大跨越鐵塔結構設計要點分析

3.1 鐵塔選型設計

對于輸電線路大跨越鐵塔選型工作來說，設計人員應該立足全局，重點對風荷載可能帶來的影響作用、材料質量問題、設計方式等問題進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理選擇。根據(jù)以往的設計經(jīng)驗，大跨越鐵塔結構應該優(yōu)先選擇高強度鋼管設施。在應用高強度鋼管設施前，應該對管徑及鋼管整體厚度問題嚴加控制。并且在此基礎上對高強度螺栓進行優(yōu)化設計，通過不斷地減少螺栓總體直徑，確保熱處理性能得以全方面加強[6]。需要注意的是，在此過程中，工作人員應該對高強度螺栓的質量問題予以高度重視。在使用前應該對螺栓的質量問題進行全方位檢測，防止在使用螺栓的過程中出現(xiàn)脆斷等不良問題。

3.2 曲臂傳遞縱向荷載設計

曲臂鐵塔可以提高鐵塔可觀水平以及可操作水平。在正式應用過程中，設計人員應該按照曲臂結構鐵塔的運行要求，加強對該鐵塔縱橫荷載問題的控制力度。但是需要注意的是，在正式應用過程中，設計人員應該對各個零部件的有效使用問題予以高度重視。尤其要重點針對不可裝配桿件的范圍進行嚴格把控。除此之外，在力的傳導方向問題上，可以利用杠件達到控制縱向荷載精準移動的目的。

3.3 大坡度塔身設計

結合現(xiàn)場實際設計經(jīng)驗來看，科學利用大坡度塔身設計手段，不僅可以降低物料損耗問題，同時還可以提高塔結構的運行效果。需要注意的是，大坡度塔身雖然可以達到預期的應用效果，但是受到斜材過于曲折的影響，很容易對鐵塔整體安全運行效果造成不利影響。為了及時解決這一問題，設計人員應該對斜材的位置問題以及應用問題進行適當調整與優(yōu)化。例如，設計人員可以利用增添支撐物料的方式提高大坡度塔身的適用性?；蛘呃秒p排螺栓固定的方法，提高大坡度塔身的適用性。必要時，也可以按照深化設計要求，對大坡度塔身設計問題進行全周期優(yōu)化與改進處理，以達到預期的設計目標。

3.4 合理定位塔頭鉸結點方位問題

一般來說，鐵塔鉸結點可以理解為桿系結點。當桿系結點變化為剛性節(jié)點之后，就會對鐵塔的安全運行造成不利影響，甚至會對原材料造成一定的耗費。為了及時解決這一問題，設計人員需要對塔頭鉸結點的方位問題進行合理定位與優(yōu)化處理。在正式處理的過程中，設計人員可以利用三角拱方式進行優(yōu)化處理。并且在此基礎上，可以利用BIM技術對現(xiàn)場專業(yè)施工協(xié)調問題進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。例如借助BIM技術的可視化功能，構建合理的建筑施工模型（如圖2、圖3所示）。設計人員可以根據(jù)施工模型反饋的信息內容，對塔頭鉸結點方位進行合理確定，最好可以在提高鐵塔結構優(yōu)化設計水平的同時，提高鐵塔整體運行的安全性。

3.5 塔身隔斷面布局設計優(yōu)化

對于變坡處或者集中荷載受力的區(qū)域來說，設計人員可以采取塔身隔斷面布局設計優(yōu)化方法對其進行針對性處理。在選擇應用過程中，設計人員可以按照工程規(guī)范施工要求，對塔身隔斷面布局設計優(yōu)化工作進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。一方面，設計人員可以選擇合理的方式改善升級鐵塔塔身部位的隔斷面。按照由下往上的作用力，緩解塔身扭轉等不良問題。另一方面，設計人員應該將設計重點放在橫隔面上下間隔的優(yōu)化布局設計工作中。通過優(yōu)化設計手段，確保優(yōu)化布局設計效果可以達到預期。除此之外，設計人員應該立足于全局，對塔身隔斷面布局設計優(yōu)化問題進行適當?shù)母倪M與處理，確保鐵塔結構質量更加安全、合理。

圖2 基于BIM的塔身結構模型

圖3 塔基礎施工方案現(xiàn)場布置模擬

3.6 偏心問題設計

偏心問題是輸電線路大跨越鐵塔設計體系中的重要問題。結合以往的設計經(jīng)驗來看，影響鐵塔偏心的因素較多，需要設計人員從多個方面對偏心設計問題進行準確貫徹與落實。一般來說，造成偏心問題的主要原因有施工因素、主材接頭質量因素、橫隔面材連接因素等。在具體處理過程中，設計人員應該立足于上述因素出現(xiàn)的具體成因，并且按照質量管理原則以及安全管理原則對現(xiàn)場施工設計內容進行準確貫徹與落實。例如，現(xiàn)場施工設計人員可以利用上下主材搭接接頭的方式，解決偏心問題。除此之外，現(xiàn)場施工設計人員也可以積極借鑒其他創(chuàng)新手段方式，加強對鐵塔偏心問題的控制力度。

4 輸電線路大跨越鐵塔結構設計措施及建議分析

4.1 確立安全科學的設計理念，提高現(xiàn)場施工設計水平

立足于當?shù)剌旊娋€路區(qū)域的實際環(huán)境，待明確現(xiàn)場地理地貌條件以及水文條件之后，制定科學合理的結構設計方案。與此同時，對于現(xiàn)場結構設計涉及的要點內容必須予以高度重視。加強對細節(jié)內容的把控程度與落實程度。例如，設計人員可以根據(jù)現(xiàn)場反饋的資料數(shù)據(jù)，對大跨越輸電線路鐵塔結構涉及的設計要點進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理落實。同時，對于現(xiàn)場結構設計期間存在的質量隱患問題，應該進行及時解決，防止對整體結構設計效果造成不利影響。

4.2 加強輸電線路大跨越鐵塔結構施工的控制力度

現(xiàn)場施工人員應該定期深入施工現(xiàn)場，對當前輸電線路大跨越鐵塔結構施工的落實情況進行明確了解和把握。按照質量管理原則及安全管理原則，對現(xiàn)場結構施工涉及的材料問題以及資源配置問題進行明確了解和把握。需要注意的是，在該過程中，一旦發(fā)現(xiàn)質量隱患問題，必須追究個人責任，并且采取針對性措施及時加以解決。需要注意的是，在管理過程中，管理人員必須樹立良好的管理意識，防止因個人操作失誤而對整體設計的施工質量造成不利影響。同時，施工人員應該構建創(chuàng)新、合理的施工設計機制，規(guī)避風險隱患問題。電力工程企業(yè)應該堅持按照創(chuàng)新驅動原則，平穩(wěn)提升施工設計管理水平與應用水平。

5 結語

總的來說，輸電線路大跨越鐵塔結構設計作為電力施工項目設計體系的重要內容，需要現(xiàn)場施工設計人員勇于承擔起自身的主體責任，堅持按照電力施工項目設計規(guī)范對輸電線路大跨越鐵塔結構設計問題進行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署。設計人員只有不斷增強個人的資質能力、逐步優(yōu)化鐵塔結構，才能夠為我國大跨越輸電線路的安全運行提供保障。相信在全體人員的不斷努力下，我國大跨越輸電線路安全運行的目標將會得到順利實現(xiàn)。