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东海岛松软滩涂上,50层楼高的输电塔如何扎根?|了不起的中国制造

网易新闻学院  · 公众号  · 社会  · 2018-01-17 19:28

正文

导语

东海岛号称中国第一长滩,这里滩涂深达40多米,台风又频繁,在这里架设输电塔并不容易。为了保证滩涂大跨越塔基不下沉,工程人员一基塔打了36根桩;为了解决线路的运输,工程采用了阶梯式码头联动方式;为了抵抗台风和海雾,输电塔采用了全钢材架构。

出品| 网易新闻

作者| 一安电流,电力工作人员




东海岛是中国第五大岛,广东第一大岛,它临近南太平洋,岸长沙软,号称“中国第一长滩”,其旅游价值可媲美意大利的“黄金海滩”。


岛上10米等深线内的浅海滩涂面积有50多万亩之多,孕育了多种多样的动植物,是一个极具物种多样性的生态天堂。


可是,在这浪漫的海滩上修建500千伏输电线路,可不是件“浪漫”的事情。



滨海泥沙淤积,8米长的松木桩都不能探底,该如何保证大跨越的塔基不下沉?滩涂潮涨潮落,数千吨建材要怎么运输才能运抵塔基处?9公里长滩涂地带,输电线路如何穿越?中国现存面积最大红树林也位于这里,又该如何避免走线时的破坏?


1 36根桩深入,保证滩涂大跨越塔基不下沉


输电铁塔组立的第一步就是挖基坑、打基础,其重要性可是等同于建楼房前先打好地基。


在正常地面上施工,只需要按照相应电压等级和杆塔型号,根据建设标准施工作业即可。大致流程就是,挖好基坑,在坑中扎设钢筋,浇筑混凝土完成基础,之后就将铁塔的一只脚紧固在基础的地脚螺栓上,剩下的就是铁塔地上部分的组立工作了。


地脚螺栓就是下图中四根“冒头的小棍子”,四处基础都是这样。一般一处基础就是一根桩,而大跨越塔用的是9根桩。


(正常地面上挖好的基坑和浇筑完成的基础)


但是,这次的工程有所不同,为了避免对东海岛当地的航道和红树林造成破坏,线路工程选择了“大跨越”方式,即架线跨越1200多米宽的大门涵水道。


由于跨越距离太远,用于架设线路的两座铁塔也需要很高—— 160多米,差不多有50层楼那么高,塔材重量超过530吨。自然,铁塔的基础就要打得更深,做的更宽,问题是这可是在40多米深的滩涂地带。


滩涂是海滨沿线潮涨潮落的“中间地带”,常年经受海水冲刷,地质松软,多为淤泥与海沙。这么松松垮垮的地方,要建的铁塔可谓四面环水,它们的基础则需要通过围堰的方法建成。


首先将表面区域围堰,将表层海水隔绝,围堰就相当于陆地上的画线挖基坑。因为人工围堰形成的工地只有2500平米,为了便于找到拉力支点,以调整塔身的倾斜角度,工程建设人员提前在工地周围的海里埋下8个地锚。


基坑挖好后,还需要在松软的土层中确保基础的正常承力,那就不能简单用一根桩的基础解决了。普通铁塔每条“腿”只有一根桩,而大跨越的铁塔4个塔基分别内含9根桩,为了保证塔基不下沉,每根桩都打到地下30多米,相当于十几层楼那么高,用的混凝土量相当于陆地上大跨越铁塔的4-5倍。


(滩涂上的输电塔)


2 阶梯式码头联动,随机应变解决运输难题


敲定了基础的问题,那么该如何把混凝土、塔材等运输过去呢?


建设者最初的设想是在塘埂上直接修建一条便道通到施工点,然而他们用一根8米长的松木打桩,一锤子下去,松木直接沉了下去,而且还有台风在旁“虎视眈眈”,分分钟把路摧毁。而单纯利用船只运输更不现实,涨潮时塔基处水位可达四五米,但退潮时离水域甚至有十余米远,随时有搁浅的危险。


既然这样,那就水陆结合试试,实践证明这个折中是非常切实可行的。


建设者先在岸边修建一个大码头,然后在滩涂上每一处施工点修建9个小型码头。根据潮汐变化,码头被创造性地建成阶梯状,高度彼此相差1 米依次排开,这样无论海面怎样变化,船只都可以在不同水位实现泊岸。


可是有时候运输船一次要载重数百吨,吃水达5米多,只有在接近最高水位时行船,才能最大限度避免搁浅。


好了,那每天最佳运输时间岂不是只有五六个小时了?不,还要短,因防腐蚀需要,塔基采用的是C40混凝土,这种材料的初凝时间在2个小时左右,从码头上船、搅拌到上岸、施工,每个环节的时间必须严格控制、精确计算,否则就是分分钟报废的节奏,听着都感觉很刺激。


同时,航道的疏浚也是一个不小的难题。大船运输材料,要求航道具备足够的宽度和深度,15公里的航道都要进行疏浚清淤,据了解,此次清淤总共清理了3.5米深、30米宽的航道,挖出来的淤泥如果堆在一起,几乎可以填满一整座广东省博物馆。


(下班途中海水退潮,交通船浅,员工们从滩涂中爬上岸 杨慧平/摄)


3 全钢材架构防13级强风,全铝型绞线更耐腐蚀


海滨地区从来都是强风、盐雾泛滥的“重灾区”,这些美丽壮观却不太友好的自然条件也成了500千伏东海岛输电线路的大麻烦。


据历年的统计数据,台风登陆粤西的概率为45.2%,而登陆珠三角地区、粤东的概率分别为29.8%、25%。1951年至1990年,40年间影响和登陆湛江市的台风及低压共144 个,年平均3.6 个,最多年份达到8 个。


而且,粤西和雷州半岛具有明显的南北走向特点,这种地形走向更容易“捕捉”来自西太平洋的西行台风。


为此,设计者们建议,采用全联合钢构架,设计风速为广东省最高,即在离地10米情况下,可经受平均最大风速达39米/秒的强风考验,至少能抵御13级台风。同时,部分铁塔采用“雁翅塔”造型,其导线绝缘子的特殊设计能够增加稳定性、减少风偏。


杆塔规划上,选用钢管塔,应用高强度钢管及角铁。项目钢管塔采用的是锻造高颈法兰,其颈部较高,对法兰(一种轴与轴连接的零件)的刚度、承载能力有所提高,但是焊接工作量、焊条耗量高,经不起高温高压及反复弯曲,制造工艺要求较高。


这一设计理念不仅代表着中国钢管塔设计制造的新发展方向,也从侧面印证了中国制造工艺水平的突飞猛进。


(一般法兰和高颈法兰)


(雁翅形杆塔示意图)


在线材上,针对大跨越段和一般线路段,设计者们做了两套方案:非大跨越段的导线选用一种铝合金芯成型铝铰线,导电性能好,比钢芯铝绞线载流面大了很多,且耐腐蚀能力很强;而大跨越段导线内含近40条钢芯,拉力和承载力都非常强。


铝合金芯铝绞线,采用的是全铝材质,相比钢芯铝绞线减少了涡流和磁滞损耗,电阻损耗也小。从外形上看,新型导线块头更大,“外套”形线也呈梯形,相比传统的圆形设计更加紧密。


(某铝合金芯铝绞线)


4 大跨越绕道边缘,保护中国现存面积最大的红树林


作为中国现存红树林面积最大的一个自然保护区,广东湛江红树林国家级自然保护区位于中国大陆最南端,呈带状散式分布在广东省西南部的雷州半岛沿海滩涂上。这片红树林在保持水土和保护生物多样性方面有着极为重要的作用,同时兼具抗御台风、减缓潮水流速、保护堤岸、吸收转化污染物、净化海水等生态功能。


(红树林保护区为沿海岸线的绿色区域)


而这片最浓郁的“绿色区域”正是500 千伏东海岛输电线路必经之处。


尽管可以通过精心设计最小程度地影响红树林区域生态环境,但是为了不影响保护区水文环境的稳定,设计者们还是以大决心将线路走向进行了重新设计。







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