高陡邊坡大傾角簡易架空索道的設(shè)計(jì)與施工布置

李 乾 剛， 余 義 保

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，其右岸高邊坡陡峻，高度達(dá)600 m，邊坡分布有31塊危巖體，這些危石和孤石掉落形成的落石將會影響到工程的施工和正常運(yùn)行。對其進(jìn)行治理時，面臨著處理范圍廣，施工面狹窄，施工內(nèi)容復(fù)雜等問題。項(xiàng)目部技術(shù)人員在現(xiàn)場針對高陡邊坡中上部W17、W18及最大塊W19(20)危巖體處(支護(hù)面積2.5萬m2，需轉(zhuǎn)運(yùn)材料7 200 t)無法布置上錨點(diǎn)的難點(diǎn)，利用邊坡已有地質(zhì)探洞布置了2 t索道，結(jié)合人行爬梯進(jìn)行支護(hù)材料及小型設(shè)備運(yùn)輸是保證右岸高邊坡加固處理進(jìn)度的關(guān)鍵。阿爾塔什大壩工程右岸高邊坡處理結(jié)合天然地形特點(diǎn)，采取布置集束錨桿的方式對上錨點(diǎn)進(jìn)行加固，確保了上錨點(diǎn)的拉應(yīng)力滿足需求。

2 索道設(shè)計(jì)

2.1 索道受力計(jì)算

架空索道系統(tǒng)包括由承重索、牽引索、承重纜索滑動系統(tǒng)及下掛結(jié)構(gòu)、纜索地面轉(zhuǎn)向系統(tǒng)構(gòu)成的主纜索體系及由兩岸承重錨固系統(tǒng)、下游岸地面轉(zhuǎn)向系統(tǒng)地錨及卷揚(yáng)機(jī)地錨基礎(chǔ)構(gòu)成的錨固和基礎(chǔ)體系。纜索牽引流程見圖1。

纜索型式：單跨施工纜索。特性參數(shù)：跨度L=653 m，上錨點(diǎn)高程2 148 m，下錨點(diǎn)高程1 686 m，主索A、B兩點(diǎn)的高差h=462 m，設(shè)計(jì)提升重量為2 t，牽引索附著在主索上。根據(jù)水利水電工程中架空索道承載索的工作矢量(跨中最大撓度與水平跨度的比值)一般取值為0.05～0.07，本工程取中間值0.065。初選承重索型號為6×37、直徑36 mm，自重4.734 kg/m，鋼絲繩最小破斷拉力為70.19 t,根據(jù)《貨運(yùn)架空索道安全規(guī)范》(GB12141-2008)要求，承載索鋼絲繩的抗拉安全系數(shù)及鋼絲繩的最小破斷張力與鋼絲繩最大工作張力之比不小于3，故將該工程中鋼絲繩的安全系數(shù)K取3。

收稿日期:2018-05-25圖1 纜索牽引流程圖

索道受力情況見圖2。由于承重索為柔性結(jié)構(gòu)，索本身不承擔(dān)彎矩，因此，根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊》第五卷P784說明，當(dāng)主索的兩懸吊點(diǎn)之間有高差h時，在主索自重q和集中力PK共同作用下，則主索在兩端點(diǎn)處的水平力H、垂直反力Va、Vb可按下述公式求得：

圖2 索道受力簡圖

(1)

(2)

(3)

主索端點(diǎn)處的最大拉力為T0，

(14)

式中 β為兩懸吊點(diǎn)的連線與水平線的夾角；h為兩懸吊點(diǎn)的高差。主索受力計(jì)算及校核計(jì)算分別見表1與表2。

2.2 上錨點(diǎn)設(shè)計(jì)

由于受不規(guī)則探洞尺寸(底寬1.5 m，中心高1.7 m，水平長度為60 m)限制，預(yù)埋錨桿孔的分布按0.5 m×0.5 m排布，洞寬方向布設(shè)2排孔，沿探洞軸線布設(shè)長度約4 m。施工要求：探洞內(nèi)的集束錨桿應(yīng)預(yù)先布設(shè)，先放樣設(shè)定承載索連接點(diǎn)位置(離探洞洞口約10 m)，使16根錨桿均指向預(yù)設(shè)的承重索錨固卸扣且錨桿錨入2 m的設(shè)計(jì)長度均應(yīng)插入錨孔內(nèi)，相互位置固定后一次性依次完成注漿工作。集束錨桿施工情況見圖3。

表1 主索受力計(jì)算表

表2 主索的選用及校核計(jì)算表

集束鋼絲繩應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場錨桿距洞口的遠(yuǎn)近調(diào)整鋼絲繩長度，集束點(diǎn)數(shù)變化為16→8→4→1(該點(diǎn)離洞口距離為10 m左右)→主索；集束鋼絲繩數(shù)量的變化為8→4→4→1(φ36主索)；鋼絲繩規(guī)格變化為φ16→φ26→φ26→φ36(主索)。鋼絲繩集束連接應(yīng)避免鋼絲繩相互干擾，必要時將其用方木隔離開，緊線扣的安裝需考慮便于現(xiàn)場調(diào)整作業(yè)。

圖3 集束錨桿施工圖

承重索φ36(6×36WS+FC-1870)下方墊枕木，承載索在探洞洞口通過枕木處按承載索實(shí)際走向刻槽定位；起重索φ16(35W×7+FC-1870防扭轉(zhuǎn))于枕木中間鉆孔穿過；牽引索φ16(6×19S+FC-1870)穿過最下層枕木且牽引索轉(zhuǎn)向滑輪布置在探洞外側(cè)，索道上錨點(diǎn)探洞口方木支架施工情況見圖4。

圖4 索道上錨點(diǎn)探洞口方木支架施工圖

上錨點(diǎn)主索端點(diǎn)最大拉力Ta=234.24 kN。根據(jù)水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范要求，內(nèi)錨固段膠結(jié)長度安全系數(shù)K值取1.5，端頭錨筋采用孔壁與介質(zhì)之間的抗剪力計(jì)算錨桿承受的設(shè)計(jì)張拉力。

P=πLτD

式中P為孔壁與介質(zhì)之間的抗剪力(kN)；D為錨筋孔徑，D=28 mm；L為有效錨固長度，取2 m；τ為孔壁與混凝土之間的粘著力。對于水泥膠結(jié)材料與圍巖粘結(jié)強(qiáng)度，取值0.8 N/mm2，故P=

3.14×28/1 000×2×800=140.67(kN)。

由上可知，錨筋抗拔拉力設(shè)計(jì)值為140.67 kN。

安全系數(shù)K=p/F

式中F為要求錨筋抵抗的外力值(kN)；若按照1.4荷載分項(xiàng)系數(shù)考慮，則有：

K實(shí)際=140.67/(234.24/16×1.4)=6.8，滿足抗拔要求。

2.3 下錨點(diǎn)設(shè)計(jì)

采取澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)即可滿足下錨點(diǎn)拉應(yīng)力要求。起重卷揚(yáng)機(jī)、牽引絞車應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件放樣布設(shè)，亦可同側(cè)布置；距下錨墩的距離不得小于10 m，且安裝部位應(yīng)有20 m×30 m的平坦場地，起重卷揚(yáng)機(jī)、牽引絞車混凝土基礎(chǔ)澆筑前須確定預(yù)埋螺栓孔位和兩機(jī)高程臺階。沿索道軸線方向布置預(yù)埋錨桿4φ32(L=8 m)及豎向受力錨桿9φ25(L=2 m)，錨桿材料為HRB400熱軋螺紋鋼筋；混凝土鋼筋籠主筋材料為φ18，周邊鋼筋為φ12，鋼筋連接方式采用現(xiàn)場綁扎工藝，混凝土墩外圍尺寸為2 100 mm×2 000 mm×1 297 mm，混凝土強(qiáng)度級別為C25，澆筑方量約5 m3。錨碇計(jì)算情況見表3，索道下錨墩結(jié)構(gòu)見圖5。

表3 錨碇計(jì)算表

2.4 索道運(yùn)輸參數(shù)

架空索道采用SQJ-50A型索道牽引機(jī)(電動)，牽引鋼絲繩規(guī)格為φ16纖維芯鋼絲繩，卷揚(yáng)機(jī)布置在下錨點(diǎn)附近，平臺高程約1 686 m。卷揚(yáng)機(jī)平臺采用鋼繩錨桿將卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)與基巖連接，錨桿采用6根2φ16砂漿鋼繩錨桿，入巖2 m，索道運(yùn)輸參數(shù)見表4。

3 施工及運(yùn)行要求

(1)采用索道作為材料及設(shè)備的主要運(yùn)輸工具能保證運(yùn)輸強(qiáng)度和工期以及成本控制。但是，作為索道更重要的目的之一是確保施工安全。索道作為特種設(shè)備，其自身具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，在施工過程中必須制定相關(guān)制度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，嚴(yán)格按照制度進(jìn)行管理，即可避免索道作為特種設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 索道下錨墩結(jié)構(gòu)圖

運(yùn)行參數(shù)數(shù)值索道額定載重量/t2小車往返一次時間/min35.3運(yùn)輸能力/t·h-13.4 每天工作時間/h·d-112運(yùn)輸能力/t·d-140.8 運(yùn)輸能力/t·月-11 019.8

(2)在承重索布設(shè)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制索道垂度，張拉時在承載索上布設(shè)標(biāo)識，先用手扳葫蘆將承載索張拉至標(biāo)識處，然后懸掛相應(yīng)的配重調(diào)整后固定。

(3)索道安裝分部項(xiàng)目完成后應(yīng)履行報(bào)驗(yàn)手續(xù)，由項(xiàng)目部工程、質(zhì)量、安全、測量、機(jī)物等相關(guān)部門的人員進(jìn)行復(fù)核檢查(檢查記錄與簽字手續(xù)歸檔保存)。索道作為特種起重運(yùn)輸設(shè)備，其合格證、質(zhì)量證明文件、檢查記錄、維修記錄、保養(yǎng)記錄等文件應(yīng)歸入特種設(shè)備檔案，由設(shè)備部門管理。

(4) 索道運(yùn)行時，操作工必須經(jīng)過培訓(xùn)、熟練并掌握操作設(shè)備的“結(jié)構(gòu)、性能、基本原理”，做到“會使用、會維護(hù)、會保養(yǎng)、會處理一般性故障”，經(jīng)考試合格并取得操作資格證后方可上崗操作。

4 結(jié) 語

阿爾塔什水利樞紐右岸邊坡采用在地質(zhì)探洞內(nèi)布置2 t架空索道處理高陡邊坡上大范圍分布的危巖體，有效地解決了前期施工場地限制。索道投入使用后，能滿足工程施工所需材料的運(yùn)輸以及100B等潛孔鉆機(jī)、4 m3/min空壓機(jī)等運(yùn)輸需求,有效加快了危巖體處理及支護(hù)施工進(jìn)度，確保了右壩肩開挖重要節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的完成,至2017年7月已完成施工材料、設(shè)備運(yùn)輸7 200 t,索道運(yùn)行安全。