吳樹濤，林桂，陳文興，余根祥，劉建堃

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司寧德供電公司，福建 寧德 352100）

0 引言

就輸電線路基坑施工而言，經(jīng)常需要穿越很多地形比較復(fù)雜的區(qū)域，在基坑開挖過程中，通常使用固定式提土裝置進(jìn)行土石運(yùn)送。市場(chǎng)上采購(gòu)的成熟的基坑提土裝置針對(duì)不同直徑、不同地形的基坑適應(yīng)能力差，泛用性低，且體型均比較笨重，山路運(yùn)輸困難不便，施工單位為解決提土裝置運(yùn)輸困難問題，私自使用自制簡(jiǎn)易提土裝置，未通過專業(yè)單位設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)試驗(yàn)，在結(jié)構(gòu)選材、加工工藝、制動(dòng)裝置設(shè)置、起吊繩索選用、承載等方面均存在較大的安全隱患，嚴(yán)重影響基礎(chǔ)施工安全。同時(shí)在偏遠(yuǎn)山地?zé)o電力能源提供時(shí)，需人工提土，降低效率，耗費(fèi)人力。在作業(yè)施工時(shí)，采用定時(shí)檢測(cè)是否存在有毒氣體或者異常現(xiàn)象，未能對(duì)施工人員做到實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。為提升輸電線路基坑施工效率，確保施工的質(zhì)量以及施工人員的人身安全，我們研制了一種輕便型輸電線路基坑一體化裝置。

1 裝置結(jié)構(gòu)組成及工作原理

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置，包括提土裝置整體框架及配件、移動(dòng)電源柜和太陽能電池板組成，輕便型輸電線路基坑一體化裝置實(shí)物如圖1所示。

圖1 輕便型輸電線路基坑一體化裝置

各組件由螺栓插銷等連接固定在整體框架上形成基坑一體化裝置，設(shè)備安拆方便，便于運(yùn)輸，適用于沿海山地丘陵等野外各種地形作業(yè)。研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置均為自行設(shè)計(jì)和國(guó)內(nèi)制造，是輸電線路工程基坑施工的專用機(jī)械，體現(xiàn)了以人為本、安全第一的理念，提高了基坑施工安全性和效率，裝置的主要構(gòu)成組件及工作原理如下：

（1）整體框架及可拆卸腳踏框架。整體框架四周設(shè)置橫桿及圍欄，一方面以使作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)保持整齊、美觀，另一方面可以起到坑口四周保護(hù)作用，有效防止石頭、滾動(dòng)物體滑落傷人以及基坑口周圍人員誤墜。腳踏框架可拆卸，方便攜帶，中部留置施工通道口，施工通道口上架設(shè)立體安裝架，施工通道口四角固定設(shè)置有安裝架托板，立體安裝架底部立放于安裝架托板上，立體安裝架底部一側(cè)邊框與施工通道口一側(cè)邊框通過螺栓可拆卸連接安裝，方便裝置裝卸外攜搬運(yùn)。工作時(shí)，利用第一合頁展開立體框架的頂框；利用第二合頁展開立體框架的側(cè)框并通過斜撐桿兩端與支撐固定套插接，使側(cè)框與頂框垂直，將立體框架架設(shè)放置于輸電線路基坑上，根據(jù)輸電線路工程塔基所在不同地形及不同基坑尺寸直徑，調(diào)整可拆卸腳踏框架的連接桿，增加對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的可拆卸腳踏框架。

（2）提土裝置。提土裝置安裝于整體框架中部，選擇時(shí)充分考慮基坑開挖的土石方量，確定合理提土的額定載荷。設(shè)置電動(dòng)卷揚(yáng)提升機(jī)，優(yōu)點(diǎn)在于其穩(wěn)定性，能夠持續(xù)的功率運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備從而提高工作效率，大大提高了提土速度。電動(dòng)卷揚(yáng)提升機(jī)可以無線式遙控使用，操作簡(jiǎn)單性高，性能穩(wěn)定，深度可達(dá)20 m，可以大幅減免土壤提土人員的勞動(dòng)力。同時(shí)卷揚(yáng)提升機(jī)可以采用人力手搖方式，避免失電情況時(shí)無法提土問題?？紤]提土過程中操作失誤提桶下墜掉入基坑，對(duì)基坑內(nèi)施工人員造成物體打擊傷害風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)置卷揚(yáng)提升機(jī)棘輪配合的棘爪安全制動(dòng)器。

（3）氣體檢測(cè)儀。輸電線路基坑有限空間因其處于封閉或部分封閉狀態(tài)，自然通風(fēng)不良，容易造成有毒有害、易燃易爆物質(zhì)積聚或含氧量不足，導(dǎo)致缺氧窒息、中毒、燃爆等危害。地下有限空間作業(yè)環(huán)境受自然因素影響較大，特別是夏季的高溫、高濕等不良?xì)夂驐l件會(huì)在不同程度上加劇地下有限空間環(huán)境的惡化，給作業(yè)人員生命健康造成極大威脅[1]。本裝置設(shè)置實(shí)時(shí)氣體檢測(cè)智能系統(tǒng)，檢測(cè)基坑內(nèi)的是否有有害氣體以及氧氣濃度，時(shí)刻保障基坑內(nèi)施工環(huán)境安全，提高了基坑內(nèi)施工人員的安全性。

（4）送風(fēng)裝置。基坑的大小和形狀決定了通風(fēng)要求。部分輸電線路工程基坑可自然通風(fēng)，但自然通風(fēng)又不足以創(chuàng)造出合適的作業(yè)環(huán)境。考慮到這種情況，進(jìn)行連續(xù)機(jī)械通風(fēng)是基坑地下有限空間最常用和有效的工程措施，本裝置配置了220 kV-J0HZ-250W鼓風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制進(jìn)行通風(fēng)，送風(fēng)量可達(dá)到80 L/S。安全管理人員也可以在作業(yè)開始前對(duì)作業(yè)場(chǎng)所進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)基坑的空間的大小以及每小時(shí)要求的換氣量，選配合適的鼓風(fēng)機(jī)。同時(shí)通風(fēng)氣流很大程度上取決于管道，考慮管道長(zhǎng)度超過7.5 m時(shí)，或者風(fēng)道上的彎曲，特別是超過90°的彎曲時(shí)，會(huì)降低輸送到有限空間內(nèi)的氣流[2]，裝置將鼓風(fēng)機(jī)放在更靠近基坑開口的側(cè)方，使風(fēng)道可以垂直輸送，確保送風(fēng)量。

（5）安全軟梯。本裝置配置絕緣軟梯，是一種輸電線路工程基坑作業(yè)人員上下工具，特別當(dāng)氣體檢測(cè)發(fā)生預(yù)警或報(bào)警后，作業(yè)人員在采取自救措施的同時(shí)，監(jiān)護(hù)人員盡快采取措施配合脫離危險(xiǎn)區(qū)域?？紤]上、下軟梯過程中作業(yè)人員沒有保護(hù)措施，僅憑作業(yè)人員的雙臂用力進(jìn)行攀登，萬一上下過程出現(xiàn)腳下滑，體力不支、未抓牢時(shí)，都會(huì)可能發(fā)生高空墜落事故，可以加掛一條繩索跟隨作業(yè)人員上下活動(dòng)，起到后備保護(hù)的作用，另一方面對(duì)上下軟梯的作業(yè)人員起到外力輔助起吊作用，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)人員保障安全的信心[3]。

（6）太陽能板及蓄電池。本裝置設(shè)置了電動(dòng)手搖式卷揚(yáng)提升機(jī)、氣體檢測(cè)儀及通風(fēng)設(shè)備，由于野外供電的限制，使裝置的應(yīng)用受到一定的限制，因此設(shè)置蓄電池組及太陽能板。太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能輸出，經(jīng)DC/DC電路降壓到合適的電壓給蓄電池充電存儲(chǔ)電能。蓄電池給整個(gè)裝置設(shè)備提供電能，控制器使用合適的控制算法，使太陽能電池工作在最大功率點(diǎn)處，太陽能電池板效率最高，得到充分的利用。在有光照的情況下，太陽能電池板給裝置提供電能的同時(shí)，將多余的能量?jī)?chǔ)存在蓄電池中，在夜晚或者陰雨天氣，利用蓄電池中的電能給裝置供電[4]。蓄電池設(shè)置2組，1組用于現(xiàn)場(chǎng)使用，1組充電備用。蓄電池存放于移動(dòng)電源柜，移動(dòng)電源柜采用抽屜式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便蓄電池的安放及更換。

2 裝置技術(shù)特色

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置其技術(shù)特色如下：

（1）采用熱鍍鋅高強(qiáng)度鋼作為整體框架，再做二次噴漆上色，整體的腳踏框架承重質(zhì)量好、提重能力高，重量輕的同時(shí)又不畏風(fēng)吹雨淋日曬。

（2）針對(duì)不同規(guī)格直徑的基坑及特殊地形，新型便攜式提土設(shè)計(jì)時(shí)還可延伸，通過合頁展開延展框架并利用連接桿固定，裝置直徑可長(zhǎng)可短，應(yīng)對(duì)不同的電線路基坑直徑不同都能使用，1.1 m～2.0 m甚至更大的直徑，根據(jù)線路施工人員的需求來調(diào)整裝置，使設(shè)備適應(yīng)性更強(qiáng)、應(yīng)用性更廣。

（3）設(shè)置電動(dòng)卷揚(yáng)提升機(jī)，可以無線式遙控控制，有效控制距離高達(dá)80 m，并增設(shè)應(yīng)急手搖式卷揚(yáng)提升機(jī)。施工挖掘過程產(chǎn)生的土石，可通過電動(dòng)卷揚(yáng)提升機(jī)進(jìn)行運(yùn)送，當(dāng)電力供應(yīng)中斷時(shí)也可使用應(yīng)急手搖式卷揚(yáng)提升機(jī)進(jìn)行人工提土，使用應(yīng)急手搖式卷揚(yáng)提升機(jī)時(shí)配合防墜機(jī)構(gòu)，保證運(yùn)輸過程的安全，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的工作效率及容錯(cuò)率。

（4）設(shè)置實(shí)時(shí)氣體檢測(cè)智能自動(dòng)化控制系統(tǒng)，施工時(shí)，將氣體檢測(cè)報(bào)警控制器送至基坑底部，檢測(cè)基坑內(nèi)有害氣體以及氧氣濃度等空氣質(zhì)量情況，回傳至單路多功能控制柜，當(dāng)氣體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)及時(shí)報(bào)警，單路多功能控制柜控制鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作，對(duì)基坑內(nèi)部輸送新鮮空氣，時(shí)刻保障基坑內(nèi)施工環(huán)境安全，提高了基坑內(nèi)施工人員的安全性。

（5）設(shè)置移動(dòng)電源柜，并設(shè)置公文包式折疊太陽能光伏板。整個(gè)裝置的電力供應(yīng)由移動(dòng)電源提供，使用逆變器將移動(dòng)電源逆變?yōu)锳C220V電源供電動(dòng)卷揚(yáng)提升機(jī)、單路多功能控制柜、鼓風(fēng)機(jī)和氣體檢測(cè)報(bào)警控制器的使用。當(dāng)移動(dòng)電源在使用過程中，連接太陽能光伏板為移動(dòng)電源實(shí)時(shí)充電，在電池放電的同時(shí)能給電池充電，以延長(zhǎng)電池使用時(shí)長(zhǎng)，提高續(xù)航能力和工作效率，解決了施工人員在山地施工等無電情況或者沒辦法使用發(fā)電機(jī)的工況。

3 工程應(yīng)用

為了研究裝置效果，在福鼎樹兜～店下Ⅰ、Ⅱ回110 kV線路工程#23塔基坑施工的過程中采用輕便型輸電線路基坑一體化裝置進(jìn)行應(yīng)用。該輸電線路工程位于福鼎市店下鎮(zhèn)，沿線屬丘陵地貌，局部少數(shù)塔位較陡峭，草木茂盛，地形起伏，沿線地面黃海高程約為18.50～174.00 m左右。#23塔位于屬于丘陵山脊地形，地勢(shì)較高，地表第四系覆蓋層以坡殘積土為主，下伏各類風(fēng)化程度的花崗巖。巖性主要為流紋巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖、粉砂巖等，場(chǎng)地土類型屬于中硬土，采用TJ2557、TJ3262型式基礎(chǔ)，開挖深度最高達(dá)7 m。每基基礎(chǔ)混凝土用量約21.98 m3，相應(yīng)土的挖方量也為56.5 m3，通過試驗(yàn)，裝置起吊重量可達(dá)80 kg，電動(dòng)額定載荷起升速度0.2 m/s。安全制動(dòng)：核定載荷大等于10 min，掛點(diǎn)靜負(fù)荷5 min無裂紋變形。減少對(duì)基坑周遭原狀土的擾動(dòng)5%。與傳統(tǒng)的人工開挖提土工藝相比，人工成本從3人·天降低至2人·天，施工周期約為3天縮減為2天，定額人工單價(jià)約70元/工日，單基鐵塔基坑施工人工成本為由630元減少為280元。同時(shí)采用輕便型輸電線路基坑一體化裝置實(shí)現(xiàn)安全智能控制管理功能，有害氣體全自動(dòng)檢測(cè)、通風(fēng)，送風(fēng)量大于80 L/s。

由以上可知，采用輸電線路基坑一體化的施工，簡(jiǎn)便快捷，不僅總成本低于傳統(tǒng)施工方式，而且可以縮短整體施工工期。另外，輸電線路基坑一體化施工效率得到很大提高，確保了人身安全，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯。

4 結(jié)語

研制的輕便型輸電線路基坑一體化裝置易于山地地形攜帶、運(yùn)輸，布置方式靈活，對(duì)場(chǎng)地適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)備性能良好、操作方便，承載能力力高，施工成本低，可以有效針對(duì)輸電線路工程深基坑開挖存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械提土、有害氣體全自動(dòng)檢測(cè)、通風(fēng)、通信傳輸?shù)裙δ埽_保施工風(fēng)險(xiǎn)可控、能控、在控。研究成果已申請(qǐng)國(guó)家專利2項(xiàng)，具有良好的技術(shù)特色。裝置成功應(yīng)用于福鼎市樹兜鎮(zhèn)至店下鎮(zhèn)路段的Ⅰ、Ⅱ回110 kV線路工程，提高了施工質(zhì)量和效率，避免了基坑開挖的安全風(fēng)險(xiǎn)，為加強(qiáng)了輸電線路工程施工技術(shù)和裝備創(chuàng)新，推進(jìn)施工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，持續(xù)提高輸電線路的工程建設(shè)能力，整體經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，值得在輸電線路工程基坑施工中推廣應(yīng)用。