- 作者：楊曉菁
- 來源：廣東院
- 發(fā)布時(shí)間：2025-05-27
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5月21日，國(guó)家“十四五”電力規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目——500千伏獅南甲乙線改造工程全線竣工投運(yùn)。這項(xiàng)跨時(shí)代改造工程由廣東電網(wǎng)公司廣州供電局組織建設(shè)，中國(guó)能建廣東院負(fù)責(zé)獅子洋、蓮花山兩個(gè)大跨越線路工程的勘察設(shè)計(jì)工作。其中，一座高264.5米的水上輸電鐵塔引起了廣泛關(guān)注。今天，我們來了解一下背后的設(shè)計(jì)故事。
一個(gè)大膽的設(shè)想
故事得從這座承載著歲月記憶的鐵塔說起。1987年，作為廣東首條500千伏送電線路工程的關(guān)鍵構(gòu)成，它經(jīng)意大利公司設(shè)計(jì)建設(shè)后，漂洋過海而來扎根獅子洋，成為廣東經(jīng)濟(jì)騰飛最忠實(shí)的見證者。
38年時(shí)光流轉(zhuǎn)，南沙港早已蝶變?yōu)槭澜缂?jí)航運(yùn)樞紐，獅子洋航道成為了日均船舶流量超4000艘次的“黃金水道”，而鐵塔的塔身卻在潮起潮落中愈顯斑駁。
根據(jù)防風(fēng)評(píng)估結(jié)果顯示，這座500千伏輸電鐵塔的抗臺(tái)風(fēng)能力僅與現(xiàn)行規(guī)范下110—220千伏常規(guī)鐵塔相當(dāng)，一旦倒塌，近在咫尺的南沙大橋定受殃及。加上大灣區(qū)南通道工程建成投運(yùn)，線路增容后導(dǎo)線弧垂加大，無法滿足安全通航需要，鐵塔拆除重建工作刻不容緩。
然而，輸電鐵塔的改造“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。受航空限高、征地協(xié)調(diào)、線路走廊等因素制約，陸岸重新立塔方案被一一排除。若轉(zhuǎn)戰(zhàn)水上作業(yè)，常規(guī)做法是在旁邊建好一座新塔，再把舊塔拆除，但是根據(jù)現(xiàn)行的航道、防洪、環(huán)保、水保等管理要求，水中新建鐵塔基礎(chǔ)的可能性幾乎為零。
“那能不能利用舊基礎(chǔ)立新塔？”一個(gè)大膽的設(shè)想從廣東院一級(jí)技術(shù)專家章東鴻的腦海中萌生出來，“原位重建較陸岸新建可節(jié)省數(shù)億元投資，較水中新立塔也能節(jié)約近10%的建設(shè)資金，施工工期大幅縮短，對(duì)電網(wǎng)和航道運(yùn)行的影響最小。”
然而，海上原位重建在國(guó)內(nèi)外都無先例。獅子洋地處珠江入海口，咸淡水交匯區(qū)域?qū)λA(chǔ)材料的腐蝕作用如何、老基礎(chǔ)能否支撐得住更重的新塔，都是“大膽假設(shè)”后必須“小心求證”的核心問題。
章東鴻有他的“底氣”。早在2017年，廣東院就憑借多年來在沿海輸電線路設(shè)計(jì)中積累的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新提出了基于極限承載風(fēng)速重現(xiàn)期為表征且與臺(tái)風(fēng)級(jí)別關(guān)聯(lián)的抗風(fēng)可靠度評(píng)價(jià)方法和線路基礎(chǔ)原地加固方法，并在一系列工程實(shí)踐中得到了充分驗(yàn)證。
這一次，章東鴻組織技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)海上基礎(chǔ)進(jìn)行了全方位的耐久性檢測(cè)，在確定基礎(chǔ)性能滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還提出了鐵塔耐久性評(píng)估執(zhí)行要求。
事實(shí)上，輸電線路行業(yè)并無鐵塔耐久性評(píng)估的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但是出于對(duì)大跨越工程質(zhì)量和安全的長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，章東鴻認(rèn)為這是不可或缺的“必選項(xiàng)”：“我們充分借鑒了水工、市政等工程的使用年限標(biāo)準(zhǔn)和耐久性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提出了輸電鐵塔基礎(chǔ)利舊檢測(cè)評(píng)價(jià)方案，可以為后續(xù)大跨越線路的維護(hù)管理提供重要的參考依據(jù)。”
從細(xì)處著眼的巧思
廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)討論鋼管塔實(shí)施方案。為了滿足獅子洋水道通航高度的最新要求，廣東院新設(shè)計(jì)的鐵塔高達(dá)264.5米，比舊鐵塔還要高27米，是目前為止國(guó)內(nèi)最高的水上輸電鐵塔。而鐵塔高度越高，風(fēng)荷載就越大，基礎(chǔ)作用力也會(huì)隨之增大。為進(jìn)一步確保舊基礎(chǔ)的安全，在對(duì)塔身各種主材型式進(jìn)行綜合比選后，廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出了鋼管型式桿件方案。
“廣東強(qiáng)臺(tái)風(fēng)天氣頻發(fā)，輸電鐵塔的抗風(fēng)能力是關(guān)鍵。我們選用了體型系數(shù)較小的鋼管塔，與原來的格構(gòu)式角鋼塔相比，在同等風(fēng)速下，塔身承受的風(fēng)荷載和基礎(chǔ)應(yīng)力將降低20%-25%，有效提高鐵塔抗風(fēng)能力的同時(shí)，也保障了原有基礎(chǔ)的安全。”廣東院項(xiàng)目設(shè)計(jì)總工程師戚迎介紹道。
鐵塔與基礎(chǔ)依靠地腳螺栓穩(wěn)固相連，新的塔型確定后，老基礎(chǔ)上的地腳螺栓如何處置，又成為了棘手的難題。格構(gòu)式塔的地腳螺栓是呈矩形排布的，而鋼管塔的地腳螺栓則一般是環(huán)形布置。若采用常規(guī)鋼管塔地腳螺栓，則勢(shì)必會(huì)破壞原有基礎(chǔ)。若想利用舊基礎(chǔ)，就必須解決圓形鋼管塔腿與矩形螺栓布局之間的適配問題。“就像新配的鑰匙插進(jìn)老鎖孔，既要嚴(yán)絲合縫精準(zhǔn)契合，又不能損傷鎖體分毫。”戚迎形象地比喻道。
經(jīng)過反復(fù)研究論證，廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)找到了破題的關(guān)鍵——從固定螺栓的塔腳法蘭入手。“我們專門設(shè)計(jì)了一種特殊的塔腳法蘭，相當(dāng)于給圓形塔腿和矩形布置的螺栓定制了一個(gè)連接體。為了確保它的安全可靠性，我們還開展了有限元實(shí)體建模，通過模擬計(jì)算，逐一分析各個(gè)部件的受力情況，確保新設(shè)計(jì)的塔腳法蘭能滿足大跨越鐵塔的受力需要。”項(xiàng)目線路結(jié)構(gòu)主設(shè)人王蜂嵐說。
一切聚焦價(jià)值創(chuàng)造
海上原位重建的構(gòu)想逐漸明晰，但工程能否順利落地，施工環(huán)節(jié)是關(guān)鍵。
大跨越輸電塔的施工往往需要抱桿的幫助，常規(guī)的座地式抱桿只需固定在澆筑好的混凝土基礎(chǔ)上，便可進(jìn)行吊裝作業(yè)。
但是到了水上，情況則要復(fù)雜得多。根據(jù)新塔設(shè)計(jì)高度，抱桿最高需達(dá)到315米，超過100層居民樓，對(duì)基礎(chǔ)的要求遠(yuǎn)高于常規(guī)。而且，水中另建抱桿基礎(chǔ)的施工難度非常大，如何讓這根數(shù)百噸重的“定海神針”在水中“站得穩(wěn)”，就成為施工團(tuán)隊(duì)面臨的首要挑戰(zhàn)。
盡管施工器具的選用并非職責(zé)所在，但章東鴻還是主動(dòng)聯(lián)系施工單位和抱桿廠家，對(duì)抱桿底座開展“量身定制”設(shè)計(jì)。“我們對(duì)基礎(chǔ)平臺(tái)的荷載特性有著更全面的了解，也有對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)把控能力，我們有義務(wù)用最合理的方案，支撐工程實(shí)現(xiàn)最大價(jià)值。”按照原本的施工計(jì)劃，要在舊基礎(chǔ)平臺(tái)上新建一個(gè)四樁承臺(tái)抱桿基礎(chǔ)，但這樣難免會(huì)對(duì)舊平臺(tái)的混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，從施工實(shí)施來說也非最優(yōu)解。
在仔細(xì)查閱項(xiàng)目原始資料后，廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，舊基礎(chǔ)平臺(tái)的5根基樁均具備一定的承載力裕度。經(jīng)深入驗(yàn)算復(fù)核，它們的承載力得以證實(shí)，若是能將其充分利用起來，則既不必額外增加工程投資，又不會(huì)破壞原有的平臺(tái)。
為此，廣東院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)了一個(gè)由螺栓組裝的“田字”型鋼梁拼接底座基礎(chǔ)。有了它，數(shù)百噸的抱桿荷載就可以均勻分配給5根平臺(tái)樁，不僅大幅降低施工難度，還能讓抱桿的安全系數(shù)成倍增加。
暮色中，獅子洋上桅桿林立，霓虹綽綽。望著新建的輸電塔架起的銀線向天際延展，在基建工程領(lǐng)域從業(yè)超過30年的章東鴻，心中不免泛起溫?zé)帷?/p>
從輸電鐵塔的每一寸鋼材都刻著“舶來”的標(biāo)簽，到設(shè)計(jì)建造施工全鏈條自主化，歲月更迭間，中國(guó)電力建設(shè)早已跨越重重難關(guān)，實(shí)現(xiàn)從追趕到領(lǐng)先的飛躍。
如今，新一輪基建浪潮奔涌，戰(zhàn)鼓正熾。唯有清晰的規(guī)劃思路、扎實(shí)的技術(shù)方案，才是引領(lǐng)新基建循著價(jià)值創(chuàng)造最優(yōu)路徑發(fā)展的那根“定海神針”。“希望我們能始終做好這根針。”章東鴻說。