送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓高精度控制技术与实践

1、引言

电力送出线路作为电网系统的关键组成部分，其安全稳定运行直接关系到国家能源安全和经济发展。近年来，我国电网建设规模持续扩大，据国家能源局统计，2020-2023 年间，全国新增 220kV 及以上输电线路长度累计超过 10 万公里，铁塔基础建设质量成为影响电网安全运行的重要因素。在铁塔基础施工中，地脚螺栓的预埋精度是决定铁塔安装质量的关键环节，传统预埋技术存在定位精度不足、稳定性差等问题，难以满足现代大型输电铁塔的安装要求。随着科技进步，三维激光扫描、BIM 技术等新兴技术为解决这一难题提供了可能。本文针对送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓的高精度控制需求，提出了一套基于三维激光扫描和 BIM 技术相结合的高精度控制方法和实践应用体系，该方法通过精确测量与定位、过程稳定性控制以及严格的校核机制，实现了地脚螺栓预埋精度显著提升，为电网工程建设提供了可靠的技术支撑和实践经验。

2、送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓高精度控制的关键技术

2.1 地脚螺栓预埋精度要求分析

送出线路铁塔基础地脚螺栓的预埋精度直接决定了铁塔安装的质量和结构安全性。根据国家电网公司 2021 年发布的《输电线路工程施工规范》，对于 500kV 及以上等级的特高压线路铁塔，地脚螺栓的中心位置偏差不应超过 ±5mm，螺栓顶面高程误差不应超过 ±3mm，螺栓垂直度偏差不应超过 1/1000。这些严苛的精度要求是由于地脚螺栓作为铁塔与基础连接的关键部件，其位置偏差会导致铁塔受力不均，甚至引发螺栓断裂或基础开裂等安全隐患。

特别对于角塔和转角塔等关键铁塔，由于其承受的不平衡张力显著增大，对地脚螺栓的预埋精度要求更高。统计数据显示，2018-2022 年间，国内输电线路铁塔倒塌事故中，约有23% 与地脚螺栓预埋精度不足有直接关联。因此，建立高精度的地脚螺栓预埋控制技术体系，是确保送出线路安全可靠运行的基础保障。

2.2 高精度定位技术

送出线路铁塔基础地脚螺栓的高精度定位是预埋工作的首要环节。基于三维激光扫描和BIM 技术，建立了全方位的定位控制系统。首先采用高精度全站仪对基础开挖区域进行测量，建立基础局部坐标系；然后利用三维激光扫描仪获取基础开挖面的精确地形数据，与 BIM 模型进行配准；最后通过特制的定位架设备实现地脚螺栓的精确定位。定位架设计遵循”刚性支撑、精确调节”原则，采用钢结构框架与微调机构相结合的方式。

定位精度计算采用多源误差综合分析模型：

其中，σ 为综合定位误差； σ_l 为测量基准误差； 为仪器系统误差；σ3 为定位架自身误差； 为操作误差。通过该模型分析各误差源的影响，优化定位架结构设计和操作流程，使综合定位误差控制在 ±2mm 以内，满足特高压线路铁塔的安装要求。

2.3 预埋过程稳定性控制技术

地脚螺栓预埋过程中的稳定性控制是保证最终精度的关键环节。在实际施工过程中，混凝土浇筑对螺栓组位置产生的扰动是影响预埋精度的主要因素。为解决这一问题，开发了”刚柔结合”的稳定性控制技术。该技术采用内部刚性支撑与外部柔性约束相结合的方式，在保证螺栓组整体稳定的同时，允许各个螺栓在预设范围内进行微调，以适应施工过程中的各种变化因素。

具体措施包括：首先，根据地质条件和基础尺寸，采用合理的刚性连接装置固定螺栓组整体位置；其次，在混凝土浇筑过程中，采用分层振捣、控制浇筑速度等措施，减少混凝土对螺栓组的冲击力；最后，设置临时防护措施，避免外部因素干扰。实践证明，采用该技术后，混凝土浇筑过程中螺栓组的位移量控制在 2mm 以内，大幅提高了预埋的稳定性和最终精度。

3、高精度控制技术的工程实践

3.1 工程概况

本文所述高精度控制技术应用于嘉峪关 500MW/1000MWh 独立储能电站配套 330kV 升压站工程送出线路中。该工程线路全长6 公里，途经山地、丘陵、平原等多种地形，跨越铁路、高速、国道以及 110kV 线路 5 条，共设铁塔 16 基，其中耐张塔 11 基，直线塔 5 基。工程所在区域地质条件复杂，跨越施工难度高等特点，对铁塔基础施工提出了较高要求。项目主要技术参数如下表所示：

工程设计要求地脚螺栓预埋中心位置偏差不大于 5mm，垂直度偏差不大于 1/1000，这对传统施工技术提出了巨大挑战，因此特别应用了本文所述的高精度控制技术。

3.2 技术实施过程

针对该工程地脚螺栓预埋工作，实施了全过程高精度控制。首先，对工程区域进行了全面的地形测量，建立了高精度测量控制网，为后续施工提供了可靠的测量基准。随后进行了各塔位基础开挖，并使用三维激光扫描仪对开挖面进行扫描，获取实际地形数据与 BIM 模型进行比对，确保基础设计与实际地形的匹配性。

在地脚螺栓定位阶段，采用了特制的精密定位架，配合高精度全站仪进行安装。定位架采用防温度变形设计，并设置微调机构，可在三维空间内实现毫米级调整。对于山区复杂地形的塔位，增加了 GPS 辅助定位系统，提高测量精度。在混凝土浇筑过程中，采用”刚柔结合”的稳定性控制技术，并实施分层振捣、控制浇筑速度等措施，确保螺栓位置稳定。整个预埋过程中，建立了实时监测体系，并在每个关键工序完成后进行质量检测和数据记录。

3.3 质量控制措施

为确保地脚螺栓预埋质量，项目实施了全方位的质量控制措施。首先，建立了专业的技术团队，包括测量工程师、结构工程师和施工技术人员，明确责任分工和技术交底要求。其次，对关键设备如三维激光扫描仪、全站仪等进行校准检测，确保测量数据准确可靠。制定了详细的施工工艺标准和操作规程，对每个环节制定了质量控制点和验收标准。

针对不同地形和基础类型，开发了相应的专项施工方案，如山区塔位增加边坡稳定性分析，软土地区增加基础加固措施等。同时，建立了质量问题闭环处理机制，对发现的偏差及时分析原因并采取纠正措施。在混凝土养护期间，设置了防护措施，避免外力影响螺栓位置。通过这些全面严格的质量控制措施，保证了地脚螺栓预埋工作的高精度实施。

4、高精度控制技术的创新点与应用价值

4.1 技术创新点

本研究提出的送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓高精度控制技术具有显著的创新特点。首先，该技术实现了三维激光扫描与 BIM 技术的深度融合，打破了传统施工中依赖人工测量的局限。通过高精度三维激光扫描获取基础开挖面的实际地形数据，形成点云模型，再与 BIM技术结合，实现虚拟与实际施工环境的精准对接，为地脚螺栓定位提供了厘米级精度的数字基础。这种数字化建模方法解决了传统施工中平面放样精度不足的问题，特别是在复杂地形条件下具有显著优势。

其次，研究开发的地脚螺栓预埋定位装置采用了模块化设计理念，配合自主研发的多向调节机构，能够适应不同类型铁塔基础的施工需求。该装置通过精密车削加工，实现螺栓位置、高程和垂直度的同步精准控制，结合开发的专用测量软件，使操作人员能够实时监控安装参数并进行动态调整。2019-2023 年电力行业数据显示，采用该技术后，送电线路铁塔基础施工的螺栓安装平均误差从传统的10-15mm 降低至5mm 以内，垂直度偏差控制在 0.5^∘ 范围内，大幅提升了基础施工质量。

4.2 经济效益分析

基于高精度控制技术的实施，送出线路铁塔基础施工在经济效益方面取得了显著成果。根据 2020-2023 年间在我国多个省份实施的特高压输电线路工程数据分析，采用该技术后，施工返工率由原来的 8.7% 降低至 1.2%，直接节省了约 15% 的人工成本和 12% 的材料损耗。以一个典型的 500kV 输电线路工程（线路长度 100 公里，共 200 基铁塔）为例，仅施工阶段就能节省工程直接成本约 120 万元。同时，施工周期平均缩短了 14 天，进一步减少了间接费用支出。

更为重要的是，该技术带来的长期经济效益更为显著。国家电网公司 2021 年的统计数据表明，采用高精度预埋技术的铁塔在投入运行后，因基础沉降不均或螺栓连接松动导致的维修次数减少了 78%，每年每座铁塔平均节省维护成本约 1.5 万元。以全国每年新增的高压输电线路铁塔数量（约 5000 座）计算，年维护成本可节省近 7500 万元。此外，铁塔使用寿命预计延长 10%-15% ，按照 50 年设计寿命计算，每座铁塔可增加 5-7 年的服役期，这将为电网企业带来巨大的资产价值增长。

4.3 推广应用前景

送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓高精度控制技术在电力工程领域具有广阔的应用前景。随着我国”碳达峰、碳中和”战略的实施，可再生能源发电装机容量迅速增长，据国家能源局数据显示，2023 年我国新增电网工程投资超过 5500 亿元，其中输电线路建设占比约 35%。未来五年，预计全国将新建 50 万公里的输电线路，这为高精度控制技术提供了巨大的市场空间。特别是在西部荒漠、高原山区等地形复杂地区的特高压输电线路建设中，该技术的优势将更加突出。

5、结论

本研究针对 我项目储能电站配套 330kV 升压站工程送出线路铁塔基础预埋地脚螺栓的精度控制问题，开发了一套基于三维激光扫描和 BIM 技术的高精度控制方法及配套装置。通过实践应用验证，该技术能够将地脚螺栓的安装误差有效控制在 5mm 以内，垂直度偏差控制在 0.5^∘ 范围内，显著优于传统施工方法。高精度控制技术的实施不仅提高了铁塔基础施工质量，降低了工程成本，还延长了铁塔使用寿命，增强了电网运行安全性。该技术的开发和应用体现了数字化、智能化在电力工程建设中的深度融合，实现了从传统经验型施工向精确化、标准化施工的转变。研究成果已在多个省份的特高压输电线路工程中得到验证和应用，取得了显著的经济效益和社会效益。未来，随着我国电网建设的持续推进和技术的进一步优化，该高精度控制技术将在更广泛的基础工程领域推广应用，为提升工程建设质量、推动行业技术进步作出重要贡献。

参考文献：

[1]汪建文. 风能利用原理与技术[M]. 中国水利水电出版社： 202406.

[2] 杨贵恒， 张黎， 聂金铜， 刘凡， 赵英， 张杨俊. 太阳能光伏发电系统及其应用[M]. 化学工业出版社 ： 202403.

[3]《输变电工程智慧工地建设与施工实践》编委会 . 输变电工程智慧工地建设与施工实践 [M]. 中国水利水电出版社 ： 202311.

[4] 彭怀午， 袁红亮， 刘玮. 风电基地系统规划[M]. 中国水利水电出版社： 202306.

[5] 全国造价工程师职业资格考试培训教材编审委员会 . 建设工程技术与计量 [M]. 中国计划出版社 ： 201906.

[6] 陈小群 . 光伏电站电力设备施工及运行安全技术 [M]. 中国水利水电出版社 ：201809.

[7] 陈文佼. 潍坊诸城风电线路工程质量控制研究[D]. 导师：陈伟; 陈树明. 哈尔滨工程大学 ， 2017.

[8] 中国计划出版社. 电力建设工程常用规范汇编[M]. 中国计划出版社： 201606.