輸變電工程中大型組合索道運輸施工關鍵技術

中鐵建大橋工程局集團第三工程有限公司 谷新賀

我國社會經濟高速發展，人們對用電量的需求持續增長，從而推動了大規模、高等級電網的建設，只有保證輸電線路在復雜地形中能夠快捷高效建成投產，才能滿足人們日常工作生活中的用電需求。

1 工程概況

本工程為新建110kV線路輸變電工程，新建鐵塔536基，電壓等級為110kV，新建線路導線采用JL/G1A-300/70型鋼芯鋁絞線。本工程線路海拔在1590～5012m，沿線途經的地貌主要為傾斜平原區、丘陵、中山區、高山區、河道、戈壁荒漠，全線分為5個氣象區。

大型組合索道主要參數：索道通道寬度1.8m，承載索間距0.2m，返空索與承載索間距0.85m；支架橫梁長2.7m、底部寬2.7m，整體高度為可調式，3～6m，單跨長度1km，多跨跨距500m，貨運索道運輸架設距離平均按2km計算，牽引速度50m/min，單次運載量6t，單次單趟運輸時間為50min（2000/50+10）。每天索道工作8h，日運輸量為57.6t（6×8×60/50）。每月按29個有效工作日計算，月運輸量為1670.4t（29×57.6）〉1000t。

牽引機設備選用ARS700型，主要參數見表1。

表1 ARS700型牽引機參數表

2 總體施工方案

2.1 施工方案特點

大型組合索道較傳統索道具有運輸重量大、支點多、操控簡便、運輸能力強等特點，適應于地形陡峭山區。一是塔材存放場地設在道路附近，索道可設置距離最長達2500m。二是索道端部有隨時掌控每根鋼索受力情況的測力裝置及報警裝置，監控索道受力情況，確保索道的安全性。三是索道支架采用拆裝方便的組裝式，可根據實際地形進行高度的調整，其結構高度調整范圍2～15m。其材質采用鋼結構，具有良好的承載能力、抗變形能力[1]。

2.2 工藝原理

大型組合索道采用循環運輸模式，主要由發料場系統（一般布置在山腳下）、牽引、返空及承載索系統、支架及支撐系統（山頂、塔位處）、驅動牽引系統、錨固系統、卸料場系統（塔位處）組成，如圖1所示。

索道為4根重車承力索和兩根空車返回承力索的組合索道，架設包括支架安裝、牽引索架設、返空索架設、承載索架設、承載索張力測試、驅動設備選用、錨固設施布置、行走小車選用、索道弧垂系數控制、系統調試、檢查試驗等環節。其中，索道行走小車需要安裝固定在承載索上，為確保行走小車平穩地運行，同時改善承載索的受力情況，行走小車由1根封閉的牽引索牽引，空車需要人工輔助進行轉換，以實現小車的循環運輸，提高工作效率。

2.3 施工工藝流程

施工工藝流程參見圖2。

3 施工方法及要求

3.1 現場準備

一是索道架設前對線路進行詳細調查分析，根基所需運輸量、運輸距離運輸能力選取索道架設路徑，提前對發料、中轉、卸料支架位置等進行規劃，尤其對有限的區域，應采取防止干擾的措施[2]。二是索道路徑選擇要點。發料場選擇交通便利位置；索道架設路徑應避免跨線施工；多路徑對比，選取高差較小的連續的路徑，且應避開不良地質地段；支架應盡量選取山包突出位置，索道盡量走直線，如有轉角，轉角盡可能小，轉角一般不大于10°，最大不得超過15°單級索道的長度不大于2500m，跨越山谷等特殊情況需縮短跨度，跨距不大于1000m。多跨索道相鄰支架間的最大跨距不大于500m，弦傾角不大于45°；承載索在每個支架上最大的折角一般宜控制在12～16°，大跨距兩端支架的最大折角不大于30°。

索道路徑勘察設計與計算。確定最不利工況條件，選擇支架、鋼索種類和規格；校核支撐器的受力及最大折角，校核支架的受力等；計算運輸能力。

場地平整及通道清理盡量減少對環境的破壞，做好邊坡治理、排水措施和臨邊安全防護措施。

通道清理。索道架設的初級引繩盡量采用無人機、動力傘、直升機等進行展放；通道清理寬度按照承載索和返空索之間的距離兩邊各加0.5～1m。

3.2 索道架設

3.2.1 支架安裝

索道需要選擇設置兩處終端場地和多處中間支架場地，大型索道支架有鋼管式和格構式，成品結構件通過法蘭連接，每節質量控制在30kg，最大長度不宜大于2m，支架橫梁長2.7m、底部寬2.7m，單柱支架和人字形支架為增加其穩定性，必須設置拉線錨樁固定[3]。

一是索道支架高度控制在3～6m，3m以下一般人工組立，3m以上利用抱桿進行組裝。支架腿應安放在堅實平整的地面上，組裝過程中采用拉線臨時固定。二是支架立腿安裝就位后進行上部橫梁的安裝，安裝過程要檢查確保各連接件連接牢固、可靠。三是索道支架錨固拉線與地面夾角不應大于45°，兩側受力均衡，使用緊線器對拉線調緊。四是安裝支撐器，統一支撐器方向，避免行走小車方向混亂不統一。五是裝卸場支架錨固方式，通過兩根固定拉線搭設在支架兩側，呈八字形進行固定。拉線采用6mm×19mm鋼絲繩，并用3～10t手拉葫蘆進行調節，拉線夾角應滿足現場及安全設計要求，一般拉線與地面夾角控制在不大于30°為宜。六是中間支架錨固方式。通過在支架45°方向上搭設4根拉線加以固定，呈八字形。七是直線支架允許有3°偏差，超過3°時需設計成帶轉角的支架。

3.2.2 牽引索架設

展放初導繩引導牽引索。一是地形起伏不大采用人力直接展放，地勢起伏較大地段采用無人機展放輕質引繩再逐級過渡為牽引索。二是考慮分次運輸塔材自重一般不大于5t，故索道采用破斷力為180KN×182防扭鋼絲繩作為牽引索，承載索按照4.5倍安全系數考慮。三是無人機展放初導繩能適用于起飛場地小、地形條件差、交叉跨越復雜的輸變電線路作業環境，4級風能滿足普通線路展放初導繩的要求，3級風以下能適用于大跨越工程[4]。

滑車法架設牽引索。一是在支架上懸掛兩個直線滑車，在終端安裝兩個帶轉向的滑車，將牽引索準確的放入帶轉向的滑車內，用鋼絲繩卡頭在起始端將一端臨時錨固于地錨上，另一端纏上牽引機，適當張力將牽引索收緊后（牽引索的弧垂系數可取承載索弧垂系數的1.5倍），在起始端，將牽引索繩頭放入帶轉向的滑車，并按照要求的圈數將繩頭纏繞在驅動裝置的滾筒上，最后將兩個繩頭插接或編接成循環牽引索。二是在轉向滑車和地錨之間設置可調緊固器，以調整牽引索的張力。三是用機械牽引時，牽引索配有制動器裝置進行張力展放，嚴禁采用人力控制，以防止繩盤失控放出傷人。經過制動器松繩時，牽引索在制動器上纏繞不小于6圈，尾繩必須由經過培訓的兩名專職工人控制。

3.2.3 返空索架設

返空索顧名思義是不承擔運輸貨物的工作，僅供行走小車返回時使用，返空索選擇兩根φ18鋼絲繩，通過牽引索及牽引機逐步過渡，返空索還可以用來展放承載索。一是在對牽引索與返空索固定時，為防止兩繩相互纏繞，在固定處的返空索進行配重。二是用牽引機慢速牽引返空索，當返空索接近中間支架時，用人力將鋼絲繩卡送過滑輪，并將返空索置入另一個滑車，當返空索到達終端后，用U型環將返空索與地錨固定，然后從滑車卸出返空索放入支撐器。三是通過鋼絲繩卡線器和絞磨、葫蘆配合，在起始端將返空索調緊至設計要求張力，然后將繩頭錨于地錨上。

3.2.4 承載索架設

承載索是承載塔材重量的承力索，由于運輸塔材最大達5t，按照3.0倍安全系數考慮，選擇4根φ19.5鋼絲繩作為承載索，破斷力192.6kN。一是返空索安裝完成后，將行走滑車掛在返空索上，再將承載索放入滑車內，通過牽引機牽引到終端，最后在各個支架上將其移入支撐器上。二是在終端通過地錨方式將承載索固定。三是同返空索，在起始端，通過鋼絲繩卡線器和絞磨、葫蘆配合，將承載索調緊至設計要求張力，然后將繩頭錨于地錨上。四是承載索架設完畢后，必須對其進行張力檢測，確保其達到設計要求，常用拉力表直接測試法（拉力表直接讀數）和振動波法（公式計算法）。

3.2.5 驅動設備應用

目前，輸變電線路工程施工常采用的索道驅動裝置有汽車后橋式牽引機（輕型）、雙滾筒機動牽引機（輕型）、張力放線牽引機（重型）等。一是汽車后橋式牽引機具有結構簡單、安拆、搬運方便、運行速度快、造價低等優點，常用于運輸量較小的索道運輸。二是雙滾筒機動牽引機因轉速較低，運行緩慢，常用于運輸量較小的單跨往復式簡易索道。三是張力放線牽引機具有牽張力較大、價格昂貴等特點，常用于5t級重型索道運輸。

3.2.6 錨固系統形式

錨固系統組成索道系統的重要組成部分，由于其直接影響索道運行的安全，故地錨一般采用鋼板式地錨和立式樁地錨。

3.2.7 行走小車要求

行走小車考慮承載力為60KN，上部安裝8～12個行走輪，使小車能夠在承載索上平穩的行走，中部裝置采用鉗口形式，使車體與牽引索既能牢固連接，又能快速脫離。下部是吊鉤環，配合倒鏈，用來提升、運送貨物。

3.2.8 索道弧垂系數控制

進行鋼絲繩收緊時，要對承載索、返空索、牽引索無荷載時最大檔（控制檔）弧垂系數S進行控制。一是當弧垂系數較小時，表明鋼絲繩拉的較緊，張力大，容易被拉斷，但行走滑車在索道上移動時產生的沖擊較小，較容易通過支撐器，在荷載作用點上鋼絲繩產生的弧度小，鋼絲繩不易產生疲勞；二是當弧垂系數較大時，情況恰好相反。因此，弧垂系數的數值過大或過小均不合適。根據經驗，輸變電線路工程施工用索道推薦取承載索無荷載最大檔的弧垂系數0.05。一般情況，返空索的弧垂系數等于承載索得弧垂系數，而牽引索的弧垂系數約等于1.5倍承載索弧垂系數。在進行收緊鋼絲繩時，如撓度觀測有困難，可采用拉力表配合緊線解決[5]。

S=F/L

式中：

S—弧垂系數；

F—控制中點處的撓度；

L—該檔檔距。

3.3 索道檢驗、運行及拆除

3.3.1 索道檢查

索道檢查。索道架設完成后或長時間停用后，在使用前必須按照規程、設計要求進行相關的檢查、驗收，確保安全后方可使用。

索道試驗。一是空載試驗。從端站發一輛行走小車，速度由慢至額定速度運行，運行過程中不得有任何阻礙。二是負荷試驗。進行高速50%負荷、中速80%負荷、額定速度100%額定負荷荷載試驗，每次試驗完成后對整個索道線路與結構零部件進行檢查，確認無異常后進行慢速110%超載試驗。每次試驗均為一次循環，每次試驗時，至少進行一次制動試驗。

3.3.2 索道運行維護

為了保證索道持續正常運行，同時延長索道設備使用壽命，需要對索道進行檢查和定期維護保養，保養分為定期保養、每日保養、特殊環境保養。

3.3.3 索道拆除及場地清理

一是多級索道時，必須先拆除上一級索道，再拆除下一級索道。二是牽引索、返空索及承載索的拆除。利用葫蘆和卡線器收緊，使接頭不受力，在接頭處切斷，用葫蘆慢慢放松索道至不受張力后取下卡線器，用牽引機將其收好盤好，嚴禁在不松張力的情況下，直接將繩索剪斷。三是塔架拆除。遵循自上而下依次拆除的順序。四是地錨拆除。先挖除錨坑回填土，再將地錨拆除取出，嚴禁在不鏟出回填土的情況下，將地錨整體吊出。五是現場清理及植被恢復。現場的垃圾、材料等全部清理，對原有地形地貌進行恢復。

4 結論

輸電線路工程中的單件塔件設計較長，單個構件最大重量往往接近5t，在高山大嶺等復雜地形條件下，用以往山區索道運輸方式運輸工作顯得極為困難，通過采用大型組合索道運輸方法可有效減少施工運輸上的困難，既減少了賠償費用支出，也減少了對環境的破壞。