货运索道在水利水电工程施工中的应用
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作者: 李生峰
摘要：汗牛河水电站地处川西山区高山峡谷地区，压力管道施工1#及2#施工支洞布置在陡峭的山坡上，周围没有可以利用的道路，经过现场勘查确定，采用修建人行上山便道解决人员通行，通过架设货运索道解决材料及设备的运输问题。文章根据现场实际施工经验，阐述了采用单线上下式索道运输在水利水电施工中的应用。
关键词：单线式上下索道；货运索道；水利水电工程；水电站；材料运输；设备运输 文献标识码：A
中图分类号：TM726 文章编号：1009-2374（2015）36-0044-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.021
1 工程概况
汗牛河水电站位于四川省阿坝州小金县境内，系汗牛河干流水电规划“三级”开发方案中自上而下的第三级电站，具有日调节性能，工程开发任务为发电，并兼顾下游减水河段环境用水要求。电站为引水式开发，正常蓄水位2364.50m，死水位2358.00m，最大闸坝高15.0m，总库容为13.0万m3，调节库容为11.7万m3，引水隧洞长约5.44km，电站装机容量60MW（2×30MW），年发电量2.733亿kW・h。
电站主要建筑物由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽组成。闸首位于潘安乡成都村，右岸引水至下游城门洞附近，跨河至左岸建厂发电。工程区沿河有简易公路通过，河口有省道S211线相接。从成都-雅安有高速公路相通，雅安向西有G318线经天全到泸定，泸定至河口有S211省道相通。
施工支洞以高山大岭为主，陡峭的山坡上没有可以利用的运输道路，工程材料、设备运输十分困难，1#、2#压力管道施工支洞分别布置在汗牛河右岸陡峭的半山坡上，山坡坡度在50度以上，距离地面垂直高度分别为311m及150m，场地内没有道路到达各工作面，原设计场内需要修建A、B线公路到达压力管道施工1#、2#支洞洞口，经过现场勘查后发现修建公路难度大，而且修筑盘山公路要损毁大面积的地表植被及经济作物，占用大量土地，经核算要实现修路运输，投资额巨大，工期延长，而此部位施工工程材料及设备运输量巨大，若采用传统的人力或畜力运输，除需要修建简易的运输道路外，运输强度根本无法保障，结合现场的地形、地貌施工特点及公司的施工经验，针对车辆运输难以就位的问题，提出采用索道运输施工技术，很好地解决了施工材料、设备运输难题。采用索道进行运输有较高的经济技术性能比，发挥了巨大的作用。采用单线上下式索道，单线上下式索道由上下装载站、卸载站、承载索、牵引索、卷扬机、吊具、上锚洞、下锚墩等部分组成。在装载和卸载站间架设钢丝绳作为承载索，承载索两端锚固在上锚洞与下锚墩上，牵引索通过上导向滑轮对吊具进行牵引，起吊索通过起吊滑轮组对吊具进行起吊运行。根据吊运材料及设备的不同，配备不同的吊舱，对于大型设备采用吊钩直接吊运（如空压机、变压器等），对于小型材料的吊运采用专用吊舱吊运，吊舱采用钢管或钢筋焊制，设有舱门可以关闭防止吊运过程材料等从吊舱内掉出，对于混凝土吊运采用专用混凝土吊罐吊运。
第一，卷扬机：卷扬机根据索道的运输能力及起吊重量确定。
第二，钢丝绳：钢丝绳分承载索、牵引索及起吊索。承载索是用来承受货车重力的钢丝绳；牵引索是用来牵引货车运行的钢丝绳；起吊索是起升货物的钢丝绳；为使钢丝绳耐弯曲，牵引索及起吊索钢丝绳的强度不宜过高，一般为1670MPa/mm2。
第三，起吊系统：起吊系统由起吊小车组成，上部为小车滑轮组，下部为吊钩滑轮组，滑轮组由起吊重量确定。
第四，锚固系统：锚固系统包括索道两端地锚（上锚洞、下锚墩）及驱动装置（卷扬机）地锚等，用来锚固承载索及驱动装置。
第五，货车：根据运输的材料及设备情况确定，采用现场加工，一般材料采用专用吊舱运输，专用吊舱采用钢筋或钢管焊制，底部及周边密封，其中一面安装舱门，便于装卸材料，混凝土运输采用专用吊罐运输。
第六，选线定位：选线定位包括索道架设距离的测量、地形高差的测量、锚固点的测量及装、卸载站的选取，承载索的倾角最好小于45度，索道架设的高度必须保证任何工作条件下，货物与地面都有足够的距离，索道的间距不宜超过600m，装载站宜选取靠近公路或有开阔场地的部位，卸载站宜选取靠近支洞洞口的施工平台布置。
2 索道起重量的确定
根据各个工作面运输能力需要，对索道的起重量进行确定。
2.1 1#索道额定起重能力的确定
1#索道额定起重能力根据压力钢管的吊运重量及混凝土浇筑等的综合运输能力考虑，根据混凝土等的施工要求，1#施工支洞需要吊运的最大设备为混凝土搅拌运输车，考虑空车重为8t左右，索道的起吊重量应该为10t；考虑开挖运输石渣及混凝土浇筑运输混凝土的强度要求，根据进度及混凝土仓号浇筑强度考虑，混凝土运输应该不小于每小时2m?，索道总长560m，运行距离为500m左右，按照500m计算，索道运行速度为25m/min，索道运行1个往返为40min，考虑装、卸料时间等，索道每次应该吊运2m?及以上混凝土，综合确定索道起吊重量为10t。
2.2 2#索道额定起重能力的确定
2#索道额定起重能力根据压力钢管的吊运重量及混凝土浇筑等的综合运输能力考虑，根据混凝土等的施工要求，2#施工支洞需要吊运的最大设备为混凝土泵，混凝土泵重为5t左右，索道的起吊重量应为10t。
2.3 2#索道额定起重能力的确定
2#索道额定起重能力根据压力钢管的吊运重量及混凝土浇筑等的综合运输能力考虑，根据混凝土等的施工要求，2#施工支洞需要吊运的最大设备为混凝土泵，混凝土泵重为5t左右，索道的起吊重量应该为5t；考虑开挖运输石渣及混凝土浇筑运输混凝土的强度要求，根据进度及混凝土仓号浇筑强度考虑，混凝土运输应该不小于每小时2m?，索道总长400m，运行距离为360m左右，按照360m计算，索道运行速度为25m/min，索道运行1个往返为30min，考虑装、卸料时间等，索道每次应该吊运1.5m?及以上混凝土，综合确定索道起吊重量为5t。 3 锚墩及上锚洞的确定
由于锚墩（锚洞）基础布置有承载力要求，而1#索道、2#索道上下锚墩（锚洞）无地质资料，若遇不良地质情况，锚墩、锚洞位置应做相应调整。调整后，本设计图中的参数、数据应重新计算，并对本设计图中的钢丝绳、滑轮、起重机重新校核。
4 索道设计
4.1 1#索道设计
1#索道布置在1#施工支洞洞口上方，根据现场的地形地貌确定索道位置见索道布置图，索道设计缆索直线长度为6m，按照缆索垂度0.06L计算，缆索垂度为37.22m，缆索张拉长度为620.41m，缆索架设顶高程为2232.77m，缆索架设底高程为1885.863m，缆索高差为347.087m，缆索水平距离为514.24m，索道起重量按照10t计算，综合考虑吊具等的重量，总的起重量按照11t计算；索道上锚点采用在山上开挖隧洞进行锚固，索道下锚墩采用直接开挖地面后浇筑钢筋混凝土镇墩进行锚固。
4.2 2#索道设计
2#索道布置在2#施工支洞洞口上方，根据现场的地形地貌确定索道位置见索道布置图，索道设计缆索直线长度为466.75m，按照缆索垂度0.06L计算，缆索垂度为28m，缆索张拉长度为468.75m，缆索架设顶高程为2093.384m，缆索架设底高程为1869.404m，缆索高差为224.43m，缆索水平距离为409.31m，索道起重量按照5t计算，综合考虑吊具等的重量，总的起重量按照6t计算；索道上锚点采用在山上开挖隧洞进行锚固，索道下锚墩采用直接开挖地面后浇筑钢筋混凝土镇墩进行锚固。
计算同1#索道。
承载索采用单索Φ72（6*61+1）钢丝绳T允=αT总/K=0.85*2660.7/4.5=502.58KN≥T′=Hsecβ1=433.193kN，承载索强度满足设计要求。
行车牵引索采用Φ22（6*37+1）钢丝绳T允=αT总/K=42.816KN≥Py=37.590kN，牵引索强度满足设计要求。
起吊索采用Φ22（6*37+1）钢丝绳T允=αT总/K=35.68KN≥T=29.4kN，起重索强度满足设计要求。
4.3 上锚洞设计
上锚洞由于缺少地质资料，采用在施工支洞上方开挖隧洞，在开挖到完整岩石后浇筑钢筋混凝土封闭回填，在锚洞内布置3mΦ22锚杆，保证混凝土与新鲜完整岩石牢固接触，考虑开挖条件隧洞设计断面为1.5*2m，长度初步确定为5m+2m横洞，根据开挖的地质条件现场调整；开挖完成后在隧洞布置Φ32及Φ28单层钢筋网，并在纵洞与横洞之间布置埋件固定钢索；混凝土浇筑采用C25混凝土填满隧洞。
4.4 下锚墩设计
下锚墩设计采用在地面直接开挖施工，由于地质条件不明，采用大块钢筋混凝土作为下锚墩，混凝土自重大于钢索的拉力，混凝土埋入地下，保证钢索的稳定运行。
4.5 卷扬机布置及设计
卷扬机根据提升等的要求，布置在现场适当位置，卷扬机基础采用钢筋混凝土浇筑，在现场开挖土方后进行浇筑，周围用土回填密实，保证卷扬机基础的稳定；卷扬机的型号采用电动双筒卷扬机，1#索道布置一台10t卷扬机，卷扬机运行速度为25m/min，2#索道布置一台5t卷扬机，运行速度为25m/min。
在进行索道上下基础开挖、预埋件埋设计混凝土浇筑的同时，进行主缆沿线障碍物清理。
基础混凝土养护期间，先进行牌坊架及导向滑轮安装，牵引索布设。牵引索布设采用预先架设的临时索道配合人工牵引至索道上基础位置。
下基础混凝土达到设计龄期后进行卷扬机及电气设备安装，同时进行动力用电线路架设，卷扬机的安装采用10吨平板运输进场，10吨汽车吊进行吊装。
完成电气设备及卷扬机调试后，利用卷扬机拖拽牵引索主揽过河并托至上基础位置，并固定于上基础已埋设好的主揽接头处，在下基础利用10t手拉葫芦将主揽收紧。
最后进行吊篮和吊具安装及整机调试试验。
索道安装完毕后需要进行空载试车以检查是否存在问题，试车完成后采用逐渐增加荷载至额定运输重量，在逐渐加大运输重量过程中需要对各个部分进行详细的检查并及时处理，试运转及调试完成报相关单位验收合格后方可投入使用。
钢丝绳在实际使用时弹性较大，使用一段时间后会变松弛，此时需要通过人工及倒链等对承载索再次收紧以保证承载索受力，检查时要重点检查表面是否有断丝现象，有无散股现象等。
架设必须根据运载重量及绳索的长度对锚墩和钢丝绳进行结构强度计算，索道严禁超载运行；架空索道在运行时，上下必须有可靠的通行设施，联系畅通后方可开始运行，以确保运行安全。
索道在运行中，应经常注意检查，每日进行索道运输前，均应进行检查，检查项目包括地锚、绳索、吊具及滑轮等，索道下方严禁人员及设备停留及通行，防止索道事故伤人。
由于索道运输可以有效减少施工道路修筑、林木砍伐和植被破坏，是一种环保的施工方式，同时能够提高工效，节约工期，减轻施工人员的劳动强度，具有良好的社会效益。综上所述，索道运输方式技术合理、方案环保、安全可靠，极大地提高了运输工效，取得了很好的经济效益、社会效益，值得在水利水电恶劣地形的施工中推广使用。
参考文献
[1] 架空索道工程技术规范（GB 50127-2007）[S].2007.
[2] 利小兵.浅谈单线上下式索道在超高压输电线路施工中的应用[J].沿海企业与科技，2011，（3）.
[3] 李曾武，李浩.架空索道在山区架空输电线路工程中的应用[J].现代装饰（理论），2011，（12）.
（责任编辑：陈 洁）
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