汶鎮(zhèn)電站明管運(yùn)輸索道架設(shè)方案設(shè)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(zhèn)電站位于汶川縣與茂縣交界處的汶鎮(zhèn)鄉(xiāng)境內(nèi)，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(fā)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(jìn)行施工，明管以下為豎井管道;管道單節(jié)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(yùn)輸材料及安裝管道極為困難，故考慮采用架設(shè)索道的方法進(jìn)行施工，索道承擔(dān)運(yùn)輸所有材料和安裝管道的任務(wù)。

2 索道施工架設(shè)方案

2.1 索道設(shè)計參數(shù)的確定

根據(jù)現(xiàn)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(shè)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(jù)現(xiàn)場的情況，在滿足施工的需要及盡量不影響國道運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，對索道設(shè)計參數(shù)作以下設(shè)定:

1)山上的地錨布置點(diǎn)設(shè)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(shè)排架;

2)下端地錨布置點(diǎn)設(shè)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(shè)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(shè)地形簡圖

2.2 索道強(qiáng)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(jù)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(shù) 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(yīng)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(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，由行車輪壓力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力與承載索的張力的合成應(yīng)力為壓縮應(yīng)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(yīng)力的計算與校核也是十分重要的。在本設(shè)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(yīng)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(shù)，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(yīng)力，kg力/cm2;

F為鋼絲繩截面積，F(xiàn)=3.145 7 cm2。

此外，計算的鋼絲繩彎曲應(yīng)力應(yīng)符合下式要求:

所以承載索所受到的變曲應(yīng)力為:

因此，σ彎/σp=6 536/3 611=1.810

根據(jù)計算，彎曲應(yīng)力大于拉伸應(yīng)力，故不能使用2個行走輪的行車，為減少其彎曲應(yīng)力，應(yīng)改為4個行走輪的行車，此時鋼絲繩的彎曲應(yīng)力為:

根據(jù)以上計算，彎曲應(yīng)力與拉伸應(yīng)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(jìn)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(shè)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(shù)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(jù)設(shè)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(shù)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(jù)地錨拖拉繩的拉力及取地錨拖拉繩安全系數(shù)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(shè)計

根據(jù)承載索的載重量和索道的使用要求，要求跑車的使用強(qiáng)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(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 跑車結(jié)構(gòu)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(shè)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(jìn)行焊接后，布上一層鋼筋網(wǎng)，澆筑標(biāo)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(shè)備的選擇及布置

根據(jù)起重和牽引力的計算，考慮工作時間，選用兩臺3t卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行工作。兩臺卷揚(yáng)機(jī)都布置在公路下的開闊地帶上，位于管道中心線兩側(cè)，在卷揚(yáng)機(jī)前后兩側(cè)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(shè)卷揚(yáng)機(jī)房。

安裝時采用8 t吊車配合進(jìn)行安裝。

3 索道架設(shè)所需設(shè)備、材料和人員

3.1 需要的設(shè)備

運(yùn)輸設(shè)備:5 t平板東風(fēng)車1臺，8 t吊車1臺;

索道設(shè)備:3 t卷揚(yáng)機(jī)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(shè)備:電焊機(jī) 1臺;氧氣、乙炔 1副;

通信設(shè)備:對講機(jī) 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(shè)時必須認(rèn)真負(fù)責(zé)，嚴(yán)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(yùn)行;

3)在索道吊裝重物時，索道下方嚴(yán)禁任何人員停留;

4)索道運(yùn)行前，必須按規(guī)范統(tǒng)一信號;索道運(yùn)行時，指揮人員和操作人員必須保持良好的聯(lián)絡(luò)，信號不明應(yīng)拒絕執(zhí)行;

5)經(jīng)常觀察地錨跑車以及卷揚(yáng)機(jī)的運(yùn)行情況，堅(jiān)持定時進(jìn)行各部件，材料的保養(yǎng)和更換;

6)索道在運(yùn)行時，公路兩旁必須有專人看守;嚴(yán)禁任何車輛通過，經(jīng)確定索道在空載并處于穩(wěn)定狀態(tài)時，方可通過。

索道運(yùn)行時的注意事項(xiàng):①索道在運(yùn)行時，現(xiàn)場必須有指揮負(fù)責(zé)人，并設(shè)專職安全員;②施工前必須加強(qiáng)對施工人員的安全教育，并作施工技術(shù)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(yán)禁酒后作業(yè);④施工現(xiàn)場必須有專職電工進(jìn)行維護(hù)。

[1] 機(jī)械工業(yè)部起重技術(shù)培訓(xùn)教材編審領(lǐng)導(dǎo)小組.起重工藝學(xué)[M].北京:科學(xué)普及出版社，1985.

[2] 蓋仁柏.起重操作技術(shù)指南[M].北京:中國計劃出版社，1998.

[3] 東北林學(xué)院.裝卸與運(yùn)輸機(jī)械[M].北京:中國林業(yè)出版社，1983.

[4] 東北林學(xué)院.林業(yè)索道[M].北京:中國林業(yè)出版社，1985.