山區(qū)特高壓工程輕型索道運(yùn)輸策劃與應(yīng)用

安徽送變電工程有限公司 韓啟云 王 杰 童 鑫 張鵬程 國網(wǎng)安徽省電力有限公司 劉 軍

目前，特高壓輸電線路路徑多經(jīng)過高山大嶺、植被茂密等地形復(fù)雜惡劣的地區(qū)，施工用物資主要通過貨運(yùn)索道運(yùn)輸至指定位置。輸電線路貨運(yùn)索道是一種通過鋼絲繩承重及傳動(dòng)為主體的臨時(shí)性的物料運(yùn)輸設(shè)備，主要由承載索、牽引索、支架、運(yùn)行小車等構(gòu)成，具有架設(shè)難度低、地形適應(yīng)強(qiáng)、環(huán)境破壞少及投資小等優(yōu)勢(shì)。由于其受地形及氣候的影響較小、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性較好等優(yōu)勢(shì)，在架空輸電線路工程中應(yīng)用廣泛[1-3]。本文主要從工程實(shí)際出發(fā)，結(jié)合工程情況對(duì)山區(qū)特高壓工程用輕型索道運(yùn)輸方式進(jìn)行規(guī)劃、荷載計(jì)算以及架設(shè)應(yīng)用。

1 工程概況及索道規(guī)劃

1.1 工程概況

張北至雄安1000kV特高壓交流輸變電工程（5標(biāo)段）全線位于河北省保定市淶源縣境內(nèi)，沿線海拔500～1700m，94%塔位無運(yùn)輸?shù)缆?。?dāng)使用車輛、人力或畜力運(yùn)輸方式時(shí)，必須通過砍伐林木、放炮降方、填土鋪路等方法開辟運(yùn)輸?shù)缆贰＿@不僅不符合國家環(huán)保要求，也增加了運(yùn)輸成本。且特高壓工程體量大，構(gòu)件超長超重，原始運(yùn)輸方法不能滿足工程進(jìn)度需求，所以采用索道運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)、高效的施工組織形式[4-5]。

1.2 索道規(guī)劃

索道規(guī)劃需在架設(shè)前對(duì)整條線路進(jìn)行調(diào)查分析，根據(jù)每基桿位的材料運(yùn)輸量和索道運(yùn)力情況確定運(yùn)輸途徑，對(duì)裝卸料平臺(tái)、中轉(zhuǎn)平臺(tái)、卸料平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃，尤其需要確定運(yùn)輸量集中及通道、平臺(tái)位置有限的地方，防止出現(xiàn)互相影響的現(xiàn)象。

結(jié)合地形勘測(cè)、施工組織及經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行綜合考慮，擬采用多跨單索循環(huán)式索道或單跨單索循環(huán)式索道進(jìn)行材料運(yùn)輸。

單跨單索循環(huán)式索道適用于總運(yùn)重不超過2t的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物料運(yùn)輸，跨距不超過1000m。若物料運(yùn)輸為多掛點(diǎn)方式，驗(yàn)算后方能使用。

圖1 單跨單索循環(huán)式索道架設(shè)示意圖

多跨循環(huán)式索道在整個(gè)索道系統(tǒng)中同時(shí)累計(jì)運(yùn)輸重量不超過2t，中間支架一般不超過7個(gè)，每跨跨度一般不超過600m，全長一般不超過3000m的遠(yuǎn)距離物料運(yùn)輸。

圖2 多跨單索循環(huán)式索道架設(shè)示意圖

同時(shí)，還要在考慮氣候的影響的同時(shí)，對(duì)索道運(yùn)輸效率進(jìn)行估算。經(jīng)過工程統(tǒng)計(jì)，采用后橋式驅(qū)動(dòng)裝置的單承載索的運(yùn)輸效率如下：砂石15～20m3/天、鋼筋15～20t/天、水泥20～25t/天。

最后是索道路徑選擇原則：一是裝卸點(diǎn)選擇交通便利處；二是盡量選擇線路通道搭設(shè)的同時(shí)，避免與已有或新建的電力通信線、公路路徑交叉；三是索道裝卸點(diǎn)在避免與組塔場地沖突的同時(shí)盡量靠近塔位，減少二次轉(zhuǎn)運(yùn)；四是多跨索道相鄰支架間的最大跨距不宜超過600m，高差角不宜超過50°；五是承載索在每個(gè)中間支架上的最大折角，轉(zhuǎn)角角度不宜超過6°，最大不得超過12°。

2 索道設(shè)計(jì)及荷載計(jì)算

2.1 索道設(shè)計(jì)

2.1.1 路徑選擇

索道路徑選擇一般采用地圖粗選和現(xiàn)場勘察相結(jié)合，再根據(jù)現(xiàn)場測(cè)量數(shù)據(jù)繪制索道設(shè)計(jì)圖，以本工程4L019索道設(shè)計(jì)為例。

圖3 地圖粗選路徑

一是根據(jù)現(xiàn)場測(cè)量，各項(xiàng)參數(shù)見表1。

表1 現(xiàn)場參數(shù)測(cè)量表

二是索道斷面示意圖如圖4所示。

圖4 索道設(shè)計(jì)斷面圖

索道架設(shè)整體長度索道起點(diǎn)裝料場—支架M1—支架L19（卸料場）—支架M2—支架L20(卸料場)為902m，最大距離索道支架M1—支架L19，距離223m，相對(duì)高程42m，弦傾角10°25′。

2.1.2 索道運(yùn)輸材料重量及工器具選擇

一是中砂、碎石等材料采用特制容器進(jìn)行運(yùn)輸，多荷載石子220kg一桶，多荷載水泥170kg一桶，多荷載水采用25kg塑料桶進(jìn)行運(yùn)輸，鋼筋、地腳螺栓、聲測(cè)管等可采用2～3個(gè)綁扎方式運(yùn)輸。二是空壓機(jī)、攪拌機(jī)等設(shè)備、塔材等，采用單個(gè)集中荷載小于1t方式進(jìn)行運(yùn)輸。

2.1.3 索道機(jī)具選擇

索道承載索選用Φ22mm鋼絲繩，牽引索選用Φ13mm鋼絲繩，返空索選用Φ16mm鋼絲繩，牽引索選用Φ13mm鋼絲繩；支架選用φ140-5鋼管抱桿；支架鋼管選用3t地錨；牽引設(shè)備選用5t鋼管地錨；上下索道選用10t鋼管地錨。

2.1.4 工器具配置選擇

一是單索索道工器具配置見表2。

表2 索道工器具配置表

二是單個(gè)門型索道支架配置見表3。

表3 單個(gè)門型索道門架配置表

三是其他錨固配置見表4。

表4 錨固配置表

2.2 索道受力計(jì)算

2.2.1 承載索計(jì)算

承載索選用φ22鋼絲繩，最小破斷拉力249kN，每米質(zhì)量1.61kg/m。無荷載時(shí)，承載索的水平張力H按下式計(jì)算：

式中：T為承載索的最大平均張力，N；H為承載索的水平張力，N；L為支架檔距，m；W為承載索單位長度自重，N/m；φ為導(dǎo)線懸掛點(diǎn)的高差角，°；f為檔距中點(diǎn)線（繩）的弧垂，m。

運(yùn)輸最大件物料時(shí)按照Q，單個(gè)集中荷載T1按下式計(jì)算：

式中：Q為由附件及其索具重量構(gòu)成的單個(gè)集中荷載的重量，kg。有多個(gè)集中荷載運(yùn)輸時(shí)，T2按下式計(jì)算：

式中：S為各個(gè)集中荷載相鄰間隔的平均值，m，根據(jù)索道的運(yùn)行速度及上料速度最大值30m/min，按5min能夠?qū)⒘涎b好，取150m。

2.2.2 牽引索計(jì)算

牽引索采用破斷力為78kN的φ13鋼絲繩，牽引索考慮5倍安全系數(shù)，最大允許拉力為78/5=13.6kN，單位重量1.28kg/m，鋼絲繩符合后橋式牽引機(jī)要求，其強(qiáng)度校核如下：

式中：P為牽引索的最大總拉力，kN；ε為牽引端滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)向滑車的阻力系數(shù)，α=180°，因此阻尼系數(shù)取1.05；P1為集中荷重沿牽引索方向上的分力。

式中：h為承載索支點(diǎn)間的高差，m；f為承載索空載時(shí)檔距重點(diǎn)的馳度，m；Q為附件及其索具重量組成的集中荷載的重量，kg；P2為荷載動(dòng)滑車沿承載索滾動(dòng)時(shí)的摩擦力。

式中：μ為動(dòng)滑車輪軸間滾動(dòng)軸承的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.15；μ′為沿承載索滾動(dòng)時(shí)動(dòng)滑車滑輪的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，取0.55cm；R為動(dòng)滑車滑輪的半徑，cm，取10cm；P3為作用于動(dòng)滑車上的牽引索回引繩反拉力，取100kg，P3=100kg。

2.2.3 索道支架計(jì)算

圖5 支架橫梁受力示意圖

一是索道支架橫梁的下壓力N按下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：G總為檔內(nèi)承載索、牽引索、返空索內(nèi)所有重量和kN；n為承載索的根數(shù)，本系統(tǒng)為單根，n取1；H承為運(yùn)輸荷載位于檔距中點(diǎn)時(shí)承載索的最大水平張力，kN；H牽為當(dāng)承載索處于最大水平張力時(shí)牽引索的張力，5.88kN；α為承載索錨固在地面時(shí)與水平面的夾角，應(yīng)不大于30°，取α=30°；n1為承載索數(shù)量，系統(tǒng)為單根，取n1=1；n2為返空索數(shù)量，系統(tǒng)為單根，取n2=1；n3為牽引索數(shù)量，系統(tǒng)為循環(huán)索，取n3=2；ω承為承載索單位長度重量，N/m，直徑22鋼絲繩；ω返為返空索單位長度重量，N/m，直徑16鋼絲繩；ω牽為牽引索單位長度重量，N/m，直徑13鋼絲繩；φ為承載索支點(diǎn)間的高差角。

二是支架橫梁的水平不平衡力P按下式計(jì)算。

圖6 支架鞍座受力示意圖

式中：f摩為支架橫梁鞍座上產(chǎn)生的摩擦力；N為作用于橫梁的總下壓力；ε摩為摩擦系數(shù)，取0.15。

圖7 支架鞍座受力分析示意圖

三是門型支架支柱的受力計(jì)算。

門型支柱單腿順線路拉線拉力P拉按下式計(jì)算：

式中：θ為順線路前后拉線對(duì)地夾角，取45°。門型支柱單腿下壓力N柱按下式計(jì)算：

式中：單側(cè)橫線路拉線產(chǎn)生的下壓力，取值400kg。

四是門架人字形支柱計(jì)算。

單根支柱的軸向壓力N軸按下式計(jì)算：

式中：人字形兩支柱間的張角為γ，宜設(shè)置為30°左右。

圖8 人字形支柱受力分析示意圖

索道經(jīng)計(jì)算選型驗(yàn)算合格后，應(yīng)編制索道運(yùn)輸施工技術(shù)方案及安全施工保證措施，并經(jīng)過審核批準(zhǔn)后實(shí)施。方案編寫內(nèi)容應(yīng)包括施工平面布置設(shè)計(jì)、操作流程及操作要點(diǎn)、勞動(dòng)力組織、主要工器具、質(zhì)量保證措施及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全保證措施、文明施工措施、環(huán)保保護(hù)措施等。

3 索道架設(shè)

3.1 索道支架架設(shè)

一是根據(jù)勘測(cè)計(jì)算，選擇使用鋼管支架結(jié)構(gòu)組成支架。支架的橫梁部分安裝一個(gè)承載索懸托機(jī)構(gòu)和一個(gè)返空索懸托機(jī)構(gòu)，使承載索和返空索的荷重轉(zhuǎn)移至支架上。橫梁寬度滿足滿載小車和返空小車相遇時(shí)留有約300～500mm間隙，且兩小車與支架橫向鋼管桿留有約300～500mm間隙。橫向撐桿選用直徑為150mm鋼管，底部1m埋于原狀土內(nèi)，防止傾斜。

二是索道支架采用四只腿外拉線結(jié)構(gòu)，支架拉線對(duì)地夾角不宜超過45°。

3.2 繩索架設(shè)

一是牽引索、返空索、承載索的展放可采用飛行器展放輕質(zhì)引繩再逐級(jí)過渡為牽引索。在植被較少、地形起伏較小的情況下，也可利用人力直接展放。二是在支架上設(shè)置直線滑車，終端設(shè)置轉(zhuǎn)向滑車。將牽引索或返空索放入滑車內(nèi)，在起始端用鋼絲繩卡線器將一端臨時(shí)錨固于地錨上，另一端利用機(jī)動(dòng)絞磨將牽引索收緊至設(shè)計(jì)張力，在起始端將牽引索繩頭通過轉(zhuǎn)向滑車，并按照要求的圈數(shù)將繩頭纏繞在牽引裝置的滾筒上，最后將兩個(gè)繩頭插接或插接成循環(huán)牽引索。三是繩索應(yīng)設(shè)置張緊、收緊裝置以調(diào)整牽引索張力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 驅(qū)動(dòng)裝置安裝

驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械固定采用定位樁方式，并在受力反方向設(shè)置地錨進(jìn)行固定。安裝時(shí)應(yīng)特別注意牽引繩索與卷筒的角度。將其卷入卷筒后提升牽引索，延與卷筒軸垂直方向?qū)?，在索引機(jī)卷筒上按順序纏繞鋼絲繩。

3.4 運(yùn)行小車選用

運(yùn)行小車承載力應(yīng)與索道設(shè)計(jì)最大運(yùn)輸重量配套，上部安裝兩個(gè)行走輪，使小車能在承載索上移動(dòng)，中部是鉗口裝置，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(huán)，配合鏈條葫蘆，用來懸掛、提升、裝卸、運(yùn)送的貨物或料罐。由于運(yùn)行小車需要通過支撐鞍座，所以小車本體形狀、鉗口尺寸等均與鞍座和牽引索直徑相匹配。

3.5 索道試運(yùn)行及調(diào)試

索道架設(shè)完畢或長時(shí)間不使用后，應(yīng)組織人員對(duì)各部位進(jìn)行全面檢查，合格后應(yīng)首先進(jìn)行試運(yùn)行試驗(yàn)，試運(yùn)行分為空載試驗(yàn)、半負(fù)荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷試驗(yàn)和超負(fù)荷試驗(yàn)。

3.6 索道驗(yàn)收

由安裝單位組織使用單位及工程監(jiān)理進(jìn)行索道檢查驗(yàn)收，共同確認(rèn)無誤后方可投入試運(yùn)行。

4 索道運(yùn)輸

由專人統(tǒng)一指揮索道運(yùn)輸工作，發(fā)出信號(hào)控制索道啟動(dòng)和停止。各類信號(hào)傳遞應(yīng)語言統(tǒng)一、規(guī)范、清晰，以確保溝通暢通。

施工材料索道運(yùn)輸方式如下：一是砂、石等散骨料采用單輪貨運(yùn)小車運(yùn)輸，承載力不宜超過300kg，貨運(yùn)料斗的容積取0.2～0.3m3，每斗砂、石質(zhì)量為250～300kg。二是基礎(chǔ)鋼筋及塔材采用打捆包裝后多吊點(diǎn)方式運(yùn)輸，通常采用兩個(gè)吊點(diǎn)。考慮到超重負(fù)荷人力無法裝卸，可在上料口配置一臺(tái)吊車進(jìn)行裝載；在掛點(diǎn)處設(shè)置一手鏈葫蘆，負(fù)荷到目的地后，可放松手鏈葫蘆將負(fù)荷卸至地面。三是合成絕緣子均采用人工搬運(yùn)裝卸，采用木質(zhì)抱桿或鋼管補(bǔ)強(qiáng)后再進(jìn)行搬運(yùn)。玻璃或瓷質(zhì)絕緣子運(yùn)輸時(shí)建議不拆開原包裝，利用鐵絲或?qū)Ｓ媒壴鷰煽鸹蚋嗫鸾壴筮M(jìn)行運(yùn)輸。

5 結(jié)語

采用索道運(yùn)輸有效解決張北至雄安1000kV特高壓交流輸變電工程線路工程（5標(biāo)段）施工運(yùn)輸難題，成功將基礎(chǔ)、組塔、架線材料運(yùn)輸?shù)剿徊惭b，助推工程順利建設(shè)。充分考慮施工地形、索道運(yùn)輸能力以及施工進(jìn)度的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了各工序施工工藝和整體工程進(jìn)度，完成了高山地形下的特高壓工程施工，為工程順利完工奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。