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摘要：輸電線路建設是電網建設的重要組成部分。在輸電線路組塔架線施工過程中，為了確保組立后的桿塔足夠穩固，能夠抵抗大風等影響，因此需要在地面設置鉆樁連接拉線，從而固定鐵塔或跨越架，確保施工的正常開展。通常采用的是依靠人力旋入（出），但是該方法效率低，并且消耗大量的人力和花費大量的時間，因此需要開展自動式旋樁機的研究。通過對市場的調研，現階段并沒有能夠滿足現場條件的產品，因此需要研制一種新式自動旋樁機。研制工作包括機械結構、技術原理和動力配置等，能夠滿足安全、便攜和易組裝的要求，節省人力，提升工作效率。

關鍵詞：輸電線路；施工；鉆樁；旋樁機

目前，國家的經濟和社會發展非常迅速，電網的整體建設和發展進入新時期。在架空輸電線路施工過程中，必須要使用鉆樁連接拉線，固定鐵塔或跨越架，否則受自身結構和大風等影響，可能會發生倒塌事件，影響施工的安全性。通過常年的輸電施工，已經形成了鉆樁的標注化規格，一般根據鉆樁的鉆徑和鉆長，可以分為φ32×1.2m、φ32×1.5m、φ32×1.8m3種規格。鉆樁的頭部一般使用圓環焊接成為一體，主要作用是便于撬棍或鋼管插入后進行旋轉，能夠提供足夠的旋轉扭矩，使得鉆樁入地后能夠不斷地旋切下鉆。鉆樁根部則為針狀，在尖部上方15cm處設置單旋片，能夠在上方提供的扭矩作用下，切割土壤下鉆，進而增加鉆樁的抓地力，為桿塔或跨越架的固定提供足夠的力量。在設置拉線前，需要選定地點設置鉆樁，通常情況下是采用人工旋入（出）的方式，將鉆樁根部垂直插入地面，使得旋片與土地接觸，然后施工人員以對稱的方式在頭部圓環插入撬棍或者鋼管，保持受力均衡，通過順時針方向，提供旋轉扭矩，使得鉆樁能夠旋切進入土地。通常情況下，一根鉆樁需要4人操作，并且需要10min左右的時間才能完成下鉆。因此，當出現大面積的組塔架線工作時，需要使用大量的鉆樁，尤其是基建工程需要使用雙鉆，極大地增加了工作量，影響施工進度和工期?，F在，國家已經進入“十四五”戰略發展機遇期，國網公司推廣機械化施工，尤其是重視創新研發，大力支持能夠提高施工進度和質量的新型工器具，進一步推進“碳達峰”和“碳中和”，因此在輸電線路施工中為降低人工成本、提高工作進度和效率、增強安全施工力度，研制新的旋樁機迫在眉睫。目前，常用打樁方式有人工打樁和機械打樁。人工打樁勞動強度大、安全性差、工作效率低。通過對施工現場工器具的市場調研，目前常用的類似施工器械如下所述：（1）農耕旋樁機。此旋樁機常用于城市綠化、農業種植行業，采用汽油驅動，工作時通過機器前端的旋樁將土壤旋出，挖出坑洞，優點是結構簡單，僅采用基本框架和汽油機組裝而成，裝設的導輪便于工器具的運輸和攜帶，缺點是施工時阻力小，僅能用于小坑小洞的挖掘，難以滿足輸電線路組塔架線時鉆樁的施工要求。（2）液壓式旋樁機。此旋樁機重量和體積較大，常常搭設在機動車輛上，動力源由機動車提供，一般適用于施工地區挖坑鉆洞，優點是動力強，能夠提供足夠強大的動力扭矩，缺點是過于笨重，搭載車輛常常無法達到施工地點，不適合惡劣地區的地形，并且使用成本較高，不滿足精益化管理的要求。

1輸電線路施工過程中影響鉆樁的因素分析

1.1自然環境

目前，輸電線路的架設方式主要包括架空輸電線路和電纜，電纜一般多見于城區等復雜地形的區域，通過埋設在地下，減少土地占用，提高運行穩定性，在輸電線路中占小部分。而架空輸電線路則占絕大多數，遍布平原、丘陵、山區、高原等多種地理區域，并且隨著天氣和環境的不斷變化，輸電線路所在區域經常出現大風、洪澇和山體滑坡等情況。

1.2人為因素

架空輸電線路不同于城區配網線路，往往需要十余人甚至數十人參與，占用的施工區域大、使用的工器具種類多、涉及的民事和停電工作較多，因此決定施工進度和質量的主要因素之一就是施工人員。在實際的架空輸電線路施工中，由于鉆樁需要4人合力同時工作，而每基桿塔的組立僅10人左右，因此會占用隊伍三分之一左右的施工人員，極大地延緩施工的進度。

1.3施工工器具因素

施工工器具是施工人員開展工作必不可少的條件，工器具是輔助人員開展工作的重要保障措施，安全、可靠、便攜和省時省力的施工器具是確保施工有序開展的強有力支撐，也是施工質量和進度的保障措施。

2自動旋樁機設計思路

研發小組匯聚了具有豐富架空輸電線路組塔架線現場經驗的技術人員，結合輸電線路組塔架線的現場實際，針對旋樁機的可行性和操作性，從機械結構強度、安全操作、動力選擇、外設配套等方面提出如下要求。

2.1機械結構方面

自動旋樁機最主要的特點就是在旋樁傳動外部加設動力源，采用“動力源+旋樁機本體”相結合的方式，一方面動力源提供旋樁機工作的動力，確保鉆樁能夠鉆入土層，另一方面旋樁機本體能夠固定鉆樁，確保鉆樁垂直旋鉆入地下。動力源部分采用燃油機提供動力，旋樁機部分整體由鋼結構組成框架，中間為傳動裝置，確保整體結構牢固、穩定，能夠抵抗旋樁時產生的巨大反作用力而不變形。同時，采用齒輪傳動的方式，將動力源的橫向動力，轉換為旋樁機部分的豎直動力。此外，考慮到鉆樁最高可達1.8m，因此旋樁機的全高需要超過1.8m。

2.2動力供給方面

通過對比相同排量的汽油機和柴油機，發現汽油機的功率雖然比柴油機大，但是由于自身結構的影響，柴油機的壓縮比、燃油轉化率和活塞沖程比汽油機更大，因此能夠產生較大的扭矩，但是由于轉速較低，因此功率較汽油機低。分析旋樁機的技術特點，發現鉆樁并不需要高速的旋轉，而是需要低轉速、大扭矩和功率穩定的動力源，因此選用柴油機作為動力來源。

2.3安全操作方面

旋樁機動力由燃油機帶動，有機械傳動和齒輪，因此在該部分加裝保護外殼，防止人身或異物進入該部分造成人身傷害和結構性損壞。在旋樁機部分裝設固定板，確保鉆樁能夠保持垂直向下的方向。綜合上述的因素考慮，設計出自動旋樁機如圖1所示。

3自動旋樁機設計特征

旋樁機設計原理是以一種通用的手扶牽引車作為載體，能實現立樁、旋樁、脫樁全自動化。示意圖和局部放大示意圖如圖2所示。設計的自動旋樁機工作步驟為：自動旋樁機就位→埋設護筒→鉆桿6的動力頭10輕著地后，啟動減速機，減速機的輸出軸驅動第一主動齒輪14旋轉，第一主動齒輪14通過第一過橋齒輪13嚙合傳遞動力給第一被動齒輪11，第一被動齒輪11帶動第一傘齒輪和第二傘齒輪12旋轉，第二傘齒輪12帶動導桿3轉動→導桿3上的第二主動齒輪16同步轉動，第二主動齒輪16通過第二過橋齒輪17嚙合傳遞給第二被動齒輪20，第二被動齒輪20帶動絲桿1轉動，絲桿1將回轉運動轉化為直線運動，絲桿1帶動鉆桿6完成下降動作→動力頭10開鉆，動力頭10逐步深入→鉆孔完成，清孔并測定深度→放入鋼筋籠和導管→進行混凝土灌注→拔出護筒并清理樁頭沉淤回填，成樁。自動旋樁機特征在于：包括相互平行的絲桿1和導桿3；絲桿1和導桿3均固定在機架7上；絲桿1的一端連接鉆桿6；絲桿1和導桿3均穿過第二同步板15；第二同步板15一面固定第二齒輪組；第二齒輪組包括多個嚙合傳動的第二機械傳動件；絲桿1和導桿3分別穿過第二機械傳動件；導桿3的端部和動力機構相連；動力機構包括減速機和牽引板21；牽引板21的一面固定第一齒輪組；第一齒輪組包括多個嚙合傳動的第一機械傳動件；牽引板21的另一面固定相互咬合的第一傘齒輪和第二傘齒輪12；第一傘齒輪和第一機械傳動件通過傳動軸連接；減速機的輸出軸連接傳動軸。鉆桿6和導桿3還同時穿過第一同步板8；第一同步板8和第二同步板15相互平行。鉆桿6和第一同步板8連接處設置固定套9；鉆桿6和固定套9過盈配合。第一齒輪組包括相互嚙合的第一主動齒輪14、第一過橋齒輪13和第一被動齒輪11；第一主動齒輪14、第一過橋齒輪13和第一被動齒輪11均固定在牽引板21的一面；傳動軸依次穿過第一被動齒輪11、牽引板21和第一傘齒輪。第二齒輪組包括相互嚙合的第二主動齒輪16、第二過橋齒輪17和第二被動齒輪20；導桿3穿過第二主動齒輪16；絲桿1穿過第二被動齒輪20。鉆桿6的端部固定在固定架19上；固定架19貼合第二機械傳動件。導桿3的頂部通過第一固定板4和第一緊固元件5固定在機架7之上。鉆桿6包括動力頭10；動力頭10的外壁設置多圈螺紋。機架7包括橫梁和一組立柱；一組立柱支撐橫梁，且橫梁和立柱相互垂直。自動旋樁機的使用方法，其特征在于包括以下步驟：步驟S1：自動旋樁機就位，埋設護筒。步驟S2：鉆桿6的端部輕著地后，啟動減速機，減速機的輸出軸驅動第一齒輪組旋轉，第一齒輪組帶動第一傘齒輪和第二傘齒輪12旋轉，第二傘齒輪12帶動導桿3轉動。步驟S3：導桿3帶動第二齒輪組轉動，第二齒輪組帶動絲桿1轉動，絲桿1將回轉運動轉化為直線運動，絲桿1帶動鉆桿6完成下降動作。步驟S4：鉆桿6鉆，鉆桿6逐步深入，鉆孔完成，清孔并測定深度，放入鋼筋籠和導管，進行混凝土灌注，拔出護筒并清理樁頭沉淤回填，成樁。

4結束語

自動旋樁機的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：一是自動化程度高、機動性好、結構新穎、方便實用，可方便、快捷地實現自動脫樁，更好地滿足建筑施工、搶險救災的需要。二是能夠在無人工接觸的情況下實現自動旋樁、脫樁，整個旋樁過程快速、穩定、安全。它有效地克服了傳統打樁機在使用過程中存在的操作不便、安全性差、生產效率低和噪聲過大等問題。三是使用手扶牽引機作為驅動載體，不需外接電源，機動靈活，安全可靠。本文設計的自動旋樁機會將人員數量降低至1人，并且減少人員體力消耗，保證安全性、便攜性，能夠運用到現場工作中，后續創新小組將繼續開展旋樁機的研制和現場測試工作。

作者：陳林 趙宇飛 李松銘 張玉嶺 陳險峰 孟巍 鄒龍 韓冬 韓飛 呂繼 單位：國網阜陽供電公司 安徽三環電力工程集團有限公司