山區(qū)特高壓工程輕型索道運輸策劃與應(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索道運輸至指定位置。輸電線路貨運索道是一種通過鋼絲繩承重及傳動為主體的臨時性的物料運輸設(shè)備，主要由承載索、牽引索、支架、運行小車等構(gòu)成，具有架設(shè)難度低、地形適應(yīng)強、環(huán)境破壞少及投資小等優(yōu)勢。由于其受地形及氣候的影響較小、環(huán)保性和經(jīng)濟性較好等優(yōu)勢，在架空輸電線路工程中應(yīng)用廣泛[1-3]。本文主要從工程實際出發(fā)，結(jié)合工程情況對山區(qū)特高壓工程用輕型索道運輸方式進行規(guī)劃、荷載計算以及架設(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%塔位無運輸?shù)缆?。?dāng)使用車輛、人力或畜力運輸方式時，必須通過砍伐林木、放炮降方、填土鋪路等方法開辟運輸?shù)缆贰＿@不僅不符合國家環(huán)保要求，也增加了運輸成本。且特高壓工程體量大，構(gòu)件超長超重，原始運輸方法不能滿足工程進度需求，所以采用索道運輸是經(jīng)濟、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)前對整條線路進行調(diào)查分析，根據(jù)每基桿位的材料運輸量和索道運力情況確定運輸途徑，對裝卸料平臺、中轉(zhuǎn)平臺、卸料平臺進行規(guī)劃，尤其需要確定運輸量集中及通道、平臺位置有限的地方，防止出現(xiàn)互相影響的現(xiàn)象。

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

單跨單索循環(huán)式索道適用于總運重不超過2t的點對點物料運輸，跨距不超過1000m。若物料運輸為多掛點方式，驗算后方能使用。

圖1 單跨單索循環(huán)式索道架設(shè)示意圖

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

圖2 多跨單索循環(huán)式索道架設(shè)示意圖

同時，還要在考慮氣候的影響的同時，對索道運輸效率進行估算。經(jīng)過工程統(tǒng)計，采用后橋式驅(qū)動裝置的單承載索的運輸效率如下：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：一是裝卸點選擇交通便利處；二是盡量選擇線路通道搭設(shè)的同時，避免與已有或新建的電力通信線、公路路徑交叉；三是索道裝卸點在避免與組塔場地沖突的同時盡量靠近塔位，減少二次轉(zhuǎn)運；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)計及荷載計算

2.1 索道設(shè)計

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)場測量數(shù)據(jù)繪制索道設(shè)計圖，以本工程4L019索道設(shè)計為例。

圖3 地圖粗選路徑

一是根據(jù)現(xiàn)場測量，各項參數(shù)見表1。

表1 現(xiàn)場參數(shù)測量表

二是索道斷面示意圖如圖4所示。

圖4 索道設(shè)計斷面圖

索道架設(shè)整體長度索道起點裝料場—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，相對高程42m，弦傾角10°25′。

2.1.2 索道運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行運輸，多荷載石子220kg一桶，多荷載水泥170kg一桶，多荷載水采用25kg塑料桶進行運輸，鋼筋、地腳螺栓、聲測管等可采用2～3個綁扎方式運輸。二是空壓機、攪拌機等設(shè)備、塔材等，采用單個集中荷載小于1t方式進行運輸。

2.1.3 索道機具選擇

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

二是單個門型索道支架配置見表3。

表3 單個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 索道受力計算

2.2.1 承載索計算

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，承載索的水平張力H按下式計算：

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)線懸掛點的高差角，°；f為檔距中點線（繩）的弧垂，m。

運輸最大件物料時按照Q，單個集中荷載T1按下式計算：

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

式中：S為各個集中荷載相鄰間隔的平均值，m，根據(jù)索道的運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要求，其強度校核如下：

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為承載索支點間的高差，m；f為承載索空載時檔距重點的馳度，m；Q為附件及其索具重量組成的集中荷載的重量，kg；P2為荷載動滑車沿承載索滾動時的摩擦力。

式中：μ為動滑車輪軸間滾動軸承的滑動摩擦系數(shù)，取0.15；μ′為沿承載索滾動時動滑車滑輪的滾動摩擦系數(shù)，取0.55cm；R為動滑車滑輪的半徑，cm，取10cm；P3為作用于動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按下式進行計算。

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承為運輸荷載位于檔距中點時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牽引索的張力，5.88kN；α為承載索錨固在地面時與水平面的夾角，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為承載索支點間的高差角。

二是支架橫梁的水平不平衡力P按下式計算。

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算。

門型支柱單腿順線路拉線拉力P拉按下式計算：

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

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算。

單根支柱的軸向壓力N軸按下式計算：

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)計算選型驗算合格后，應(yīng)編制索道運輸施工技術(shù)方案及安全施工保證措施，并經(jīng)過審核批準(zhǔn)后實施。方案編寫內(nèi)容應(yīng)包括施工平面布置設(shè)計、操作流程及操作要點、勞動力組織、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)勘測計算，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承載索懸托機構(gòu)和一個返空索懸托機構(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錨固于地錨上，另一端利用機動絞磨將牽引索收緊至設(shè)計張力，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)計要求。

3.3 驅(qū)動裝置安裝

驅(qū)動裝置機械固定采用定位樁方式，并在受力反方向設(shè)置地錨進行固定。安裝時應(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)?，在索引機卷筒上按順序纏繞鋼絲繩。

3.4 運行小車選用

運行小車承載力應(yīng)與索道設(shè)計最大運輸重量配套，上部安裝兩個行走輪，使小車能在承載索上移動，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、運送的貨物或料罐。由于運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 索道試運行及調(diào)試

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

3.6 索道驗收

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

4 索道運輸

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

施工材料索道運輸方式如下：一是砂、石等散骨料采用單輪貨運小車運輸，承載力不宜超過300kg，貨運料斗的容積取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方式運輸，通常采用兩個吊點?？紤]到超重負(fù)荷人力無法裝卸，可在上料口配置一臺吊車進行裝載；在掛點處設(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裝卸，采用木質(zhì)抱桿或鋼管補強后再進行搬運。玻璃或瓷質(zhì)絕緣子運輸時建議不拆開原包裝，利用鐵絲或?qū)Ｓ媒壴鷰煽鸹蚋嗫鸾壴筮M行運輸。

5 結(jié)語

采用索道運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）施工運輸難題，成功將基礎(chǔ)、組塔、架線材料運輸?shù)剿徊惭b，助推工程順利建設(shè)。充分考慮施工地形、索道運輸能力以及施工進度的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了各工序施工工藝和整體工程進度，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)。