汶鎮電站明管運輸索道架設方案設計

孫啟云

(中國水利水電第十工程局，四川 都江堰 618300)

1 概述

汶川縣汶鎮電站位于汶川縣與茂縣交界處的汶鎮鄉境內，213國道旁，引水河流為岷江支流。電站距汶川縣城約15 km，屬高壓引水式發電的電站。高壓管道全長為420 m，其中140 m為明管，采用索道進行施工，明管以下為豎井管道;管道單節長3.5 m，重量為2.0 t。明管上下兩端軸線高程分別為▽2 490.0～▽2 413.0，明管高差為77 m，整體坡度為∠33.37°。由于坡度較大，向山上運輸材料及安裝管道極為困難，故考慮采用架設索道的方法進行施工，索道承擔運輸所有材料和安裝管道的任務。

2 索道施工架設方案

2.1 索道設計參數的確定

根據現場地形勘察的情況，距明管下端僅10 m即為213國道，而且坡度較大，而213國道下為一片較開闊的地帶，所以考慮架設一條長距離的索道，并跨越213國道。

由于213國道日通車流量較大，根據現場的情況，在滿足施工的需要及盡量不影響國道運輸的前提下，對索道設計參數作以下設定:

1)山上的地錨布置點設定在高程為▽2 520.0的地方，離上明管水平距為20 m，山上不設排架;

2)下端地錨布置點設定在高程為▽2 411.0的開闊地帶上，下端明管水平距為40 m，也不設立排架;

3)山上地錨與山下地錨之間的高差為109 m，坡度為∠31.63°，斜線跨度為210 m，簡圖見圖1。

圖1 索道架設地形簡圖

2.2 索道強度計算及校核

2.2.1 承載索拉力計算

承載索拉力:

T=(Q+P)L/4f+GL/8f

式中:Q為行車及滑車組重量，Q=1.0 t力;P為載荷重量，P=2.0 t力;G為繩索總重量，初步選定6×37+1-170，Φ30.0的鋼絲繩，則G=0.000 321 1×180=0.577 98 t力;F為承載索撓度，f=L/15=210/15=14 m;L為跨距，L=210 m。

則承載索所受拉力為:

T=(1.0+2.0)×210/4×14+0.577 98×210/8×14=11.25+1.083 7=12.333 7 tf

根據鋼絲繩特性，考慮承載索所受拉力，選擇6×37+1-170，Φ30.0的鋼絲繩作為承載索，其破斷拉力為47.6 tf;取安全系數 K=3.5時，鋼絲繩安全許用拉力為[T]=13.6 tf，大于承載索受到的最大拉力，即[T]=13.6 tf＞T=12.333 7 tf，所以所選用的鋼絲繩合適，并能滿足使用要求。

2.2.2 承載索彎曲應力計算

承載索除了受到拉力的作用外，還受到由行車輪對承載索產生的彎曲應力，由行車輪壓力產生的彎曲應力與承載索的張力的合成應力為壓縮應力時，鋼絲繩被壓后與行車輪接觸的一面的繩股會鼓起，會使承載索很快地磨損，因此，彎曲應力的計算與校核也是十分重要的。在本設計中，假定行車是以兩個車輪在承載索上行走，則承載索所受到的彎曲應力為:

式中:P為載荷重量，P=2 000 kg力;Q為行車及滑車組重量，Q=1 000 kg力;n為行車輪個數，n=2;E為鋼絲繩彈性模量，E=8×105kg力/cm2;σp為鋼絲繩的拉伸應力，kg力/cm2;

F為鋼絲繩截面積，F=3.145 7 cm2。

此外，計算的鋼絲繩彎曲應力應符合下式要求:

所以承載索所受到的變曲應力為:

因此，σ彎/σp=6 536/3 611=1.810

根據計算，彎曲應力大于拉伸應力，故不能使用2個行走輪的行車，為減少其彎曲應力，應改為4個行走輪的行車，此時鋼絲繩的彎曲應力為:

根據以上計算，彎曲應力與拉伸應力之比值＜1，所以采用4個行走輪的跑車在直徑為Φ30.0的鋼絲繩上能安全地進行工作。

2.2.3 牽引繩及起重繩的計算

1)牽引繩的選擇:索道設計坡度為∠31.63°。

索道承載索在載荷作用下的坡度為tgφ=y/b

計算得 φ=21.8°

由此得承載索在載荷作用下的坡度為:

α =31.63°+21.8°=53.43°

牽引繩的后力計算:V=V1+V2+V3，其中:

所以 V=2.409=0.5+0.45=3.359 tf

由上式計算出的V值選用6×37+1-170，Φ17.5的鋼絲繩單股作牽引繩，在安全系數為K=3.5時，牽引繩的安全許用拉力為4.44 tf＞3.359 tf，所以該鋼絲繩可以滿足使用要求。

2)起重繩的選擇:根據設計最大起重載荷為2 t，選用6×37+1-170，Φ17.5的鋼線繩作起重繩，穿滑輪組后成為雙股，在安全系數K=10的情況下，其安全許用拉力為1.55 tf×2=3.1 tf，故所選擇的鋼絲繩能滿足使用要求。

2.2.4 錨拖拉繩的計算

載索的拉力直接作用于地錨拖拉繩上，即:

根據地錨拖拉繩的拉力及取地錨拖拉繩安全系數K=5.5，選擇6×37+1-170，Φ28.0的鋼絲繩雙股作拖拉繩，此時拖拉繩的安全許用拉力為7.46×2=14.92 tf＞Tr=12.333 7 tf，因此，所選用的鋼絲繩可以滿足使用要求。

2.2.5 跑車的設計

根據承載索的載重量和索道的使用要求，要求跑車的使用強度較大，而使用時間較長，所以考慮用1臺4輪K1型跑車，再加上滑輪組后，組成使用跑車，簡單結構見圖2。

圖2 跑車結構示意圖

2.2.6 地錨的布置

上下兩端地錨都采用混凝土地錨，將地錨埋設處浮土層挖掘開后，再將浮土層以下的巖石層挖下1 m深，打上20根插筋，插筋為1.5長的Φ30 mm圓鋼:然后再布上I220ac工字鋼，穿好鋼絲繩后，將插筋和工字鋼進行焊接后，布上一層鋼筋網，澆筑標號為C20的混凝土，上部亦澆筑C20混凝土，要高出浮土層，整個地錨的體積為3×2×2 m3，重約為30 t，可以滿足索道的使用要求。

2.2.7 動力設備的選擇及布置

根據起重和牽引力的計算，考慮工作時間，選用兩臺3t卷揚機進行工作。兩臺卷揚機都布置在公路下的開闊地帶上，位于管道中心線兩側，在卷揚機前后兩側各打上6根Φ25.0螺紋鋼筋作為地錨，螺紋鋼筋打入地下0.5 m深，再搭設卷揚機房。

安裝時采用8 t吊車配合進行安裝。

3 索道架設所需設備、材料和人員

3.1 需要的設備

運輸設備:5 t平板東風車1臺，8 t吊車1臺;

索道設備:3 t卷揚機2臺，5 t、3 t手動葫蘆各2個;

10 t單輪開口滑輪4個;

5 t單輪開口滑輪6個;

32 t 2×2滑輪組一組;

K1型跑車1臺及其配件;

安裝設備:電焊機 1臺;氧氣、乙炔 1副;

通信設備:對講機 1對;信號旗 2副。

3.2 索道所需的材料

6×37+1 -170 Φ30.0鋼絲繩 600 m;

6×37+1 -170 Φ28.0鋼絲繩 100 m;

6×37+1 -170 Φ17.5鋼絲繩 1 000 m;

繩卡:Φ19 20個 卸扣:5 t8個

Φ30 20個 8 t6個

Φ32 20個 20 t 2個

I220工字鋼 12 m

Φ12 mm麻繩 50 m 1)地錨在埋設時必須認真負責，嚴格按照施工工藝施工，不能偷工減料;

2)跑車在接近上下兩端吊裝時，一定要減慢速度運行;

3)在索道吊裝重物時，索道下方嚴禁任何人員停留;

4)索道運行前，必須按規范統一信號;索道運行時，指揮人員和操作人員必須保持良好的聯絡，信號不明應拒絕執行;

5)經常觀察地錨跑車以及卷揚機的運行情況，堅持定時進行各部件，材料的保養和更換;

6)索道在運行時，公路兩旁必須有專人看守;嚴禁任何車輛通過，經確定索道在空載并處于穩定狀態時，方可通過。

索道運行時的注意事項:①索道在運行時，現場必須有指揮負責人，并設專職安全員;②施工前必須加強對施工人員的安全教育，并作施工技術交底，安全交底;③所有施工人員必須戴好安全帽方可施工，嚴禁酒后作業;④施工現場必須有專職電工進行維護。

[1] 機械工業部起重技術培訓教材編審領導小組.起重工藝學[M].北京:科學普及出版社，1985.

[2] 蓋仁柏.起重操作技術指南[M].北京:中國計劃出版社，1998.

[3] 東北林學院.裝卸與運輸機械[M].北京:中國林業出版社，1983.

[4] 東北林學院.林業索道[M].北京:中國林業出版社，1985.