输电线路塔基施工中旋挖钻机应用研究

张照环，丁道军，徐 铼，孙 余，马云龙，刘永光，耿倩斌，珠海港

（1.江苏送变电有限公司，江苏 南京 210028；2.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210024；3.徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏 徐州 221004）

1 塔基施工特点

随着基础建设脚步的不断加快，机械化施工在各领域得到广泛应用，输电线路建设由于施工环境复杂、塔基分散、交通不便等诸多原因，机械化施工受到较大局限。传统施工方式存在施工效率低、劳动程度大等问题，已经难以适应输电线路的快速发展。近年来国家电网公司一直致力于，全过程机械化施工的研究工作，塔基建设作为输电线路的重要组成部分，机械化施工程度尤为重要。塔基基础施工主要由以下特点。

1）高压输电线路多经过山区、河谷，地形复杂，塔基基础位置都很偏僻，不利于大型机械设备进场。

2）输电线路距离长，沿线的地质复杂多变，塔基地质条件复杂多变，且存在不可预见性，这就要求机械设备具备复杂地层的施工能力。

3）每个塔基基础一般由4根桩构成，塔基之间距离较远，且施工区域极为分散，机械设备频繁移位，难以发挥高效施工的优势。

目前输电线路塔基基础施工多采用冲击钻机、反循环钻机进行施工，在进场前将设备拆解，将设备运输至施工地点进行组装，施工过程中机械化程度低，需要大量的人力，且设备成桩质量差，施工效率低。

2 旋挖钻机的适应性改进

旋挖钻机具有施工速度快、成孔质量好、施工安全可靠等优点。如何将旋挖钻机成功应用到塔基基础施工中，是本文研究的重点工作。

1）降低运输难度 为降低设备运输成本、运输难度，我们优化了结构布局，选用高强材料，将整机质量比同型号产品降低35%。运用有限元分析方法，对主要结构件进行优化设计，关键位置采用高强度板材，减轻整机质量。

2）提升设备行走能力 塔基基础施工地形复杂多变，对设备的爬坡能力、通过性有较高的要求，我们通过将钻机的爬坡能力由20°提升到3（0°图1），将行走运输宽度由3.0m缩小到2.6m等措施，提升了设备在山区地形的行走能力。在设备通过危险区域时，可搭配无线遥控远程操作，确保人身安全（图2）。在硬化道路行走时，可搭配履带靴，避免设备行走过程中破坏道路（图3）。

图1 爬坡能力（30°）

图2 无线遥控控制系统

图3 履带靴

3）满足索道运输要求 在特殊地区，设备需要通过索道运输至施工地点，我们通过模块化设计，满足山区索道运输要求，专用机型整机可拆解为10多个模块，单模块质量小于5t，每个模块均设置独立吊装点，满足了特殊工况下，索道运输的要求（图4）。

图4 索道运输

4）施工工法适应性研究 塔基桩孔特点可归结为两大类，大孔软土、小孔硬岩，大直径桩孔主要以软土施工为主，小直径桩孔主要以入岩钻进为主，桩深普遍在20m以内。考虑到塔基桩不深，我们通过弱化钻机钻深能力，大幅提升了钻机的稳定性的同时，提升钻机输出扭矩及加压压力，使钻机具备了较强的岩石施工能力。在大直径钻进时，通过分级钻进的应用，即先完成小孔钻进，再进行逐级扩孔，降低施工难度，满足大直径施工要求。塔基基础地质条件复杂多变，为了确保孔壁稳定性，往往需要涉及多种施工工艺，如：泥浆护壁、套管护壁，考虑到现场恶劣施工条件，需提出一种优简施工工艺，满足各类地质条件施工，为此我们制定了套管与泥浆护壁相结合的施工工艺，施工中使用钻机动力头下放2～8m长度套管，然后注入泥浆继续钻进施工（图5）。

3 工程应用案例及效果

3.1 工程情况

1）图6为220kV万盛-芦北送电线路工程，该线路起自220kV万盛变电站，止于220kV卢北变电站，线路全长29.2km。铁塔采用角钢塔，共计89基，其中11基采用全机械化施工。塔基设计桩深25m，孔径1.2m，采用定制旋挖钻机进行施工，施工中使用泥浆护壁，单桩成孔时间2h，与传统施工工艺相比，塔基基础施工效率提升5倍。

图6 万盛-芦北送电线路工程现场

2）图7为渔阳支线110kV天津蓟县段工程，该工程设计桩孔直径1.0m，深度17.5m，每个塔基设计桩孔4个，上覆地层主要为粘土地层，12m以下为中风化灰岩地层。采用定制旋挖钻机进行施工，单桩成孔时间5h，与传统观施工工艺相比，塔基基础施工效率提升6倍。

图7 渔阳支线110kV天津蓟县段工程现场

3.2 应用效果

旋挖钻机在塔基施工中，施工效率高，一般为传统施工工艺的6倍左右。且成桩质量高，设备具有垂直度实时监测，成孔后孔壁规则，孔底沉渣少。传统施工成孔效果和旋挖成孔效果如图8、图9所示。

图8 传统施工成孔效果

图9 旋挖成孔效果

另外设备自动化程度高，在降低人员劳动强度的同时，大大提升了人员安全。旋挖钻机在搭配套管施工时，可不使用泥浆，从而避免泥浆对环境的污染。

4 结 语

塔基建设中采用旋挖钻机施工，是输电线路推进全套化机械施工的重要组成部分，经过实践检验，旋挖钻机在塔基基础施工中，充分发挥出了高效、安全、优质、环保的施工优势。为了进一步发挥旋挖钻机在塔基基础施工中的优势，仍需解决一下问题。

1）旋挖钻机施工不同于传统工艺，施工节奏较快，工序间需紧密结合，应对现有施工流程进行梳理，一方面在旋挖钻机施工过程中，确保工序流程，如：确保钢筋笼、混凝土及时的供应，避免设备在塔基桩与桩施工中闲置过长。另一方面应注重塔基建设中的平行流水作业，即完成当前桩基基础后，迅速将设备移动至下一塔基进行施工作业。

2）旋挖钻机施工技术相对传统工艺较为复杂，特别是在不同钻具的选用，不同施工工艺的选择上，应多组织相关培训，快速提升现场施工人员施工技术水平，才能将旋挖钻机的施工优势充分发挥出来。

3）旋挖钻机在适应性改进上应做进一步提升，特别是在一机多用领域，最大程度减少现场大型设备的投入，尽可能的将辅助设备集成到旋挖钻机上，如水泵、发电机、电焊机、风枪等等。