青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法工法特点

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》具有以下3个方面的特点：

1.施工设备简单、安装方便、成本较低、可靠性高。

2.降低施工难度，加快工程进度，避免返工等现象发生。

3.使热棒安装施工容易实施，施工质量易于保证。

格尔木—拉萨±400千伏直流输电线路工程7标段起于西藏自治区安多县唐古拉山口，全线均位于安多县内，线路全长103.97千米，新建杆塔236基。沿线海拔高程为4600～5300米，地形、地质条件复杂，气象条件复杂、恶劣，全线不良地质为季节性冻土和多年冻土。为了降低基坑开挖对多年冻土扰动以及对冻土层的破坏，防止基础因冻土层的破坏而发生位移，设计对位于多年冻土区段的灌注桩基础、锥柱基础及装配式基础采用安装热棒来确保基础周围土质的稳定。每条腿基础安装热棒有2个、3个、4个不等，热棒在基础对角布置，共有92基基础安装了热棒。

由于该标段的施工环境非常恶劣，高寒、缺氧，施工人员高原反应强烈，而且装配式基础均位于冻土区，施工难度较大。

结合在格尔木—拉萨±400千伏直流输电线路工程7标段92基基础的成功应用，对冻土区热棒安装工艺进行总结、整理，形成《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》，以指导冻土区热棒安装的标准化施工。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法适用范围

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》只适用于冻土区热棒安装施工，包括高压输电线路、公路、铁路等基础工程冻土区热棒安装施工。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法技术理论

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》是选择合适的施工季节进行，选择合适的成孔方法加快施工进度，确定每个热棒的施工基面高程，保证热棒露出高度和埋深符合设计要求，热棒就位方法保证垂直度，防止热棒碰撞坑壁，吊装施工时加强热棒散热片的保护，防止热棒散热片变形影响热棒正常工作，采取可靠措施保证热棒四周回填土的密实度符合规定要求，保证热棒能够正常工作。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法工艺流程

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》的施工工艺流程如下：施工准备→测量放线→平整场地→钻机成孔→热棒安装→检查→灌砂→验收。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法操作要点

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》需注意如下8个操作要点：

1.施工准备

（1）热棒到货应进行开箱检查，并作记录。外观检查：外表不得有裂纹、凹坑等缺陷，必须清楚表面毛刺，箱号、箱数、名称、型号、规格以及包装情况必须符合要求，专用工具配备符合要求。资料检查：装箱清单、设备技术文件、资料等齐全。

（2）施工前应进行技术交底，充分了解设计意图和要求，做好前期准备工作。

（3）选择热棒堆放场地，堆放应选用专用支架，其场地应紧靠施工现场，尽量减少热棒的搬运距离，避免阳光直晒和接近火源，并用隔热材料进行遮盖，防止温度过高而损坏热棒，热棒上的污物应清除干净。

（4）选择合适的吊装方式，制作合适的辅助工具，搬运、起吊安装不得损坏散热器及防腐涂层。

（5）选择合适的棒孔开挖方案，宜采用机械钻孔。

（6）备好热棒孔回填材料，回填材料应选用细砂，粒径应符合规定要求。

2.测量放线

本标段热棒安装时，锥柱基础、装配式基础热棒安装距离距底板边缘0.3米，灌注桩基础热棒安装距离距立柱中心2米，在施工前需进行测量放样，定出每根热棒的中心位置桩。见图1。

3.平整场地

因钻机、发电机、吊车等设备需要进到杆位进行施工，现场热棒堆放需要场地，每基塔位施工现场需要平整场地面积不小于15米×15米，以确保施工能够顺利进行，如果塔位地形高差起伏大，可分块进行平整场，但必须保证每块场地都能满足设备摆放需要。

4.钻机成孔

本标段地质主要为黏性土、泥质砂岩、细砂、角砾、卵石、碎石、砂岩、多年冻土等，根据基础型式不同又分为原状土和回填土两种情况，因此选择潜孔钻机和岩心钻机进行钻孔施工。有地下水、流砂、易塌孔的地段只能用岩心钻钻孔，钻孔速度较慢，其他地质采用潜孔钻机，钻孔速度较快。

有地下水和容易塌孔的杆位在施工过程中采用配备套筒进行成孔，在不易塌孔的地段配备功率较大的钻机钻孔可以提高施工进度。

在热棒的安装位置确定后，选择合适的钻机进场，调整钻机钻头与定位桩重合，钻机必须摆放在较平整的地方，孔口定位后首先查看设备上的垂直刻度盘，用经纬仪或吊线测量的方法检查、调整钻杆的垂直度符合规定要求，然后开始钻孔，当孔深度达到30～50厘米时，再次进行检查、调整钻杆垂直度，确保钻孔垂直度符合要求。钻头的选择应保证钻孔直径大于热棒管外径5厘米以上，方便热棒安装以及回填土，保证工艺质量。钻进方法原则上采用干钻，视地层情况亦可加入少量冷水，采用循环钻进。钻孔深度应比设计深度大10～20厘米，以便安装热棒时的摩擦落土不影响安装高度。钻孔完成后，进行孔径、垂直度和孔深检查，并将钻孔中泥浆清除干净，钻孔符合要求后才可进行下道工序施工，否则须修正，必要时需重新成孔，直至符合要求。

5.热棒安装

见图2，该标段热棒每根重量250千克左右，全长9米，散热片全长1.5米，埋深分6.5米和7米两种，吊装采用8吨吊车进行，吊点绳固定在专用吊件上，防止钢丝绳磨损、碰挂热棒散热片和表面防腐层、反射涂层。安装热棒前再次检验和修整成孔的垂直度，检查孔径和深度，确保符合规定要求，并将钻孔中泥浆清除干净。将热棒吊起垂直插入钻孔中，热棒就位应缓慢自然放下，不得强行安装，防止在下放过程中热棒碰撞孔壁造成塌孔和孔壁泥土脱落降低孔深度，热棒露出高度应以自然地面为起点进行计算，热棒就位深度达到要求后，用经纬仪进行垂直度和中心位置检查，合格后采用四块专用木块在孔壁四周对称进行固定。

6.热棒安装完成后检查

见图3，热棒安装完成后及时采用经纬仪和钢卷尺进行垂直度、中心位置和露出高度检查，热棒埋置深度应满足设计要求，热棒顶部标高按设计要求宜统一，单腿基础两个热棒安装标高误差在30毫米以内，整基基础所有热棒安装标高误差在50毫米以内；热棒垂直度应满足设计要求，倾斜度不大于5°。热棒安装水平位置应符合设计要求，单腿两根热棒安装水平相对误差应在30毫米以内，整基安装水平相对误差80毫米以内，所有热棒安装位置绝对误差在100毫米以内。

7.灌砂

热棒安装垂直度、中心位置及露出高度检查无误后，用细砂将孔壁与管壁间空隙进行填灌，砂土粒径大于2毫米的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.25毫米的颗粒含量超过全重50%。将细砂徐徐灌入热棒与孔壁之间的间隙中，灌砂数量应与理论计算数量相符，采用木棒捣实，必要时采用冷水冲实，回填时不得混入油污、木屑、石块等杂物，防止出现空隙或不实现象。固定热棒的支撑物应在热棒周围的填砂冻结后方可拆除。

8.验收

所有项目施工完成后应进行验收，验收内容为热棒位置、露出高度、高差、倾斜、回填土、外观质量、散热片变形、表面防腐层和反射涂层磨损等项目，并及时填写验收记录。

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》需要的材料及设备见表1。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法控制目标

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》需保证贯彻和顺利实施工程设计技术原则，确保工程零缺陷移交、达标投产、确保国家电网公司优质工程，创国家优质工程。

青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法控制措施

1.《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》主要的规程、规范：

（1）《110～500千伏架空送电线路施工及验收规范》（GB 50233—2005）。

（2）《热棒施工安装及质量验收办法》。

2.《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》主要质量要求：

（1）成孔质量符合规定要求。

（2）热棒的露出高度和埋深符合设计和规范要求。

（3）热棒就位准确，垂直度满足设计和规范要求。

（4）热棒散热片不变形，涂层没有被破坏。

（5）热棒四周回填土密实度符合规定要求。

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》编制了安全可靠的施工技术措施，施工前对作业人员进行培训和交底，对冻土区热棒安装施工危险点、危险源进行分析辨识，并提出预控措施，具体控制措施如下：

1.施工现场用电必须符合规定要求。

2.配备必要防高原病药物，施工人员应经过习服并经检验合格。

3.采取防滑和防冻措施，配备充足的生活必需品，防止大雪封路。

4.工器具和车辆使用前必须进行检查，确保状态良好。

5.机械成孔和热棒吊装过程必须严格执行操作规程。

6.施工严格杜绝明火，防止火灾发生。

西藏藏北地区生态环境比较脆弱，这里的环境保护和水土保持就显得非常重要，在《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》的工程施工过程中必须按下列要求做好环境保护和水土保持工作：

1.合理、统筹安排工程建设工期，最大限度地缩短基础建设的施工周期，缩短不利因素的影响时间，缓解不利因素的影响程度。

2.详细调查线路沿线的道路情况，合理选择材料运输中转站，应在施工便道和工程划定的范围内作业，不得擅自任意行驶，减少对地表植被的破坏。

3.应避免车辆行驶与原裸地面直接接触，以免破坏植被，采取在原地面铺设100毫米厚的草垫，其宽度应大于运输车辆的横向轮距加上车辆安全行驶裕度。

4.材料及工器具堆放应定置化，合理选择摆放位置，并在此区域内原地表铺垫土层或草垫，以保护植被。

5.完成塔基建设的施工后，应根据临时占地所处的植被类型和地表植被的破坏情况，尽快恢复冻土临时占地的地表植被。

采用《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》后，格尔木—拉萨±400千伏直流输电线路工程7标段共有92基基础需要安装热棒，总共安装热棒1148根，通过技术创新，加快成孔速度，提高施工工艺质量，减轻工人劳动强度，降低安全风险，提前15天完成施工任务。节约人工费66000元，施工机械及设备费用24000元，后勤保障费用32000元，总共节约费用122000元。（注：以上施工费用均以2012年相关价格计算）

通过技术创新和实践，为冻土热棒施工积累了丰富经验，施工质量优良，为整个工程提前完成创造了有利条件，为提前缓解西藏电力紧张局面奠定基础，社会效益显著，政治意义重大。

《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》在包括但不限于格尔木—拉萨±400千伏直流输电线路工程7标段中应用成功，施工地点在西藏自治区安多县唐古拉山附近，施工时间为2010年12月～2011年1月。施工操作简单、快速、安全可靠，工程质量容易保证，节约施工费用，缩短施工工期；存在问题是施工前期准备要充分，物资准备充足，施工人员必须完全掌握施工要领，施工时间受季节限制。

2012年8月，中国电力建设企业协会发布《关于批准2012年度中国电力建设工法的通知》，以中电建协[2012]57号文件公布，《青藏高原输电线路冻土区热棒安装工法》被批准为2012年度中国电力建设工法。 2100433B

近20年来青藏高原冻土分布的表现是，永冻土在不断萎缩、季节冻土不断增加。冻土相对面积减少4.3%，约3.1万km²，相应的季节冻土面积增加3.1万km²。由于季节冻土面积增大、永冻土萎缩、冻土下界上升、冻土温度上升、季节冻结时间缩短、冻土深度变浅等一系列的退化问题，使冻土控制植被成为适应寒旱生境的年轻植物区系、冻土中的大厚度区域性隔水层及其活动层对水资源的调节作用等特殊生态环境功能减弱，影响工程建筑稳定性的冻胀、融沉地质功能增强，从而加速了高寒草场的退化和地表水资源的减少，引发出更多的冻土区工程地质问题。而青藏高原连续永冻土区内某些融区的出现，特别是深埋藏永冻土层的发现，说明这种情况不是偶然的。地面温度的突变升温可能来自地面状况的改变，如植被的破坏、动水被覆盖等，青藏公路沥青路面铺设以后下覆永冻土的变化是可以检测到的最好证明；也可能来自气温的突变，如在十几米深度处发现古冻土上限。

《高含冰量多年冻土区路堑施工工法》与内地普通跑堑施工方法相比有下列特点：

1.注重施工时段，适合寒末暖初施工，尽量避开每天的日照强烈时间。

2.采邓换填、保温板、复合土工膜、热棒、挡水埝等综合施工措施。

3.快速施工，以减少热侵蚀，防止路基热融滑塌。

4.注重挡水、排水工程施工，减少对多年冻土环境热侵蚀。

5.施工措施较多，效果好。

青藏铁路冻土路基融沉防治

为研究热棒对多年冻土区路基的冷却效果,根据青藏铁路试验段的路基设计资料及青藏高原的气候条件,研究了对热棒间距为3,4,5和6 m的热棒路基地温场在竣工后第1年、第10年和第30年的10月份沿路基横向和纵向的分布规律。热棒对路基有明显的降温作用,且在长期运营中热棒可以保证路基的稳定;随着热棒间距的增大,热棒对周围土体的整体冷却效果逐渐减弱,对于青藏高原试验段中的地质气候条件和热棒类型,其有效冷却半径约为2.0 m左右,热棒之间合理间距不应超过4.0 m 。

热棒在煤自燃防治领域的应用

地面煤堆和矸石山自燃的问题是煤炭开采和储运过程中遇到的诸多难题之一。热棒在无源冷却系统中具有强大的热量传输能力,使用热棒加快煤堆热量散失速率 ,破坏蓄热环境,进行深部移热的方法,防止煤堆(矸石山)自燃 。热棒对煤堆自燃升温过程具有较明显的抑制降温效果,煤体与热棒距离越近,降温效果越明显;热棒的累积移热量和降温能力随时间的增加而不断增大 。2100433B