金安桥水电站缆机设备选型研究

安志茂

（金安桥水电站有限公司，云南 丽江 6741000）

在水电站工程施工中，根据地形和工程需要合理的选择、设计缆机布置和结构形式，对工程造价、施工进度和方便使用十分重要。

1 缆机的主要结构形式

缆机主要形式有6种：①平移式缆机，该缆机覆盖面积大，两岸大车都可以上、下游移动，使用操作方便，但轨道平台开挖量大，造价高；②辐射式缆机，该缆机只有一边大车沿弧形轨道行走，一边用地锚固定，形成三角形覆盖面，一般用于拱坝（如拉西瓦、二滩水电站）；③固定式缆机，该缆机在两岸用地锚固定，开挖量小、造价低，特别适用于桥梁架设、小型混凝土水坝施工和设备吊运；④摆塔式缆机，该缆机在两岸用地锚固定，主索用塔架撑起，调节塔架上、下游缆风绳使塔架上、下游摆动以达到主索上、下游小量移动的目的，塔架高而细，和基础铰相接 （如三峡摆塔式缆机）；⑤缆轨式缆机，该缆机主索索头安装在上、下游方向布置的缆索轨道上以使主索上、下游移动，即在上、下游方向以缆索代替缆机轨道，不用开挖缆机轨道平台，适用于两岸山坡陡峭的地形，但设计安装难度大；⑥摆幅式缆机，此缆机用两套滑轮组代替辐射式缆机弧形轨道，调节两滑轮组钢丝绳长度使主索索头上、下游摆动，可形成一个三角形覆盖面，大大减少了开挖量和布置困难，适用于岸边山坡陡峭的地形。

2 金安桥水电站缆机设备选型

2.1 缆机设备选型

根据国内、外碾压混凝土坝施工经验，结合本工程实际条件，金安桥水电站大坝坝体混凝土浇筑主要由自卸汽车入仓，缆机主要承担进水口坝段高程1 370 m以上、两岸溢流坝段和非溢流坝段高程1 390 m以上的混凝土浇筑，整个施工时段最大生产能力为：1号缆机3.15万m3/月，2号缆机2.88万m3/月， 此生产能力采用200 kN缆机浇筑勉强能够满足。但为了保证在坝顶交通尚未具备通车的条件下能顺利实现金属结构等设备吊装。坝体金属结构最大单件质量约500 kN，若采用2台200 kN缆机，无法保障金属结构吊装。同时，金安桥水电站厂房和大坝为两个施工合同招标，施工中干扰问题较明显，因此对缆机的浇筑能力应适当留有余地，综合考虑采用了两台300 kN平移式缆机。

2.2 缆机主要技术参数

缆机为300 kN平移式；起重机工作级别M7；跨度797 m （按承载索支点计）；吊钩总扬程250 m；工作状态 （非工作状态） 计算风速20（36）m/s；满载时承重索最大垂度为跨度的5% （按承载索支点计）；小车横移速度450 m/min；缆机小车非正常工作区范围70 m（左右两端）；左岸承载索支点高程1 487 m（20 m高塔架）；右岸承载索支点高程1 505 m（无塔式）；缆机大车运行范围167 m；大车运行速度12 m/min；两台缆机承载索间最小距离12 m；满载起升速度133 m/min；满载下降速度180 m/min；空罐升降速度180 m/min；主塔前后轨距9 m；副塔前后轨距12 m。

2.3 缆机生产能力分析

缆机吊运1罐混凝土的循环时间随着操作技术熟练程度、浇筑块的工作条件、升降高度、小车运行距离以及供料情况等而变化。根据缆机的运行参数、大坝混凝土最大浇筑位置 （厂房坝段底部混凝土）计算缆机的实际运行强度为10～12罐/h，基本可确保混凝土入仓强度为75 m3/h，月强度8万 m3。

3 影响缆机造价和安全使用的主要因素

3.1 影响缆机造价的主要因素

（1）塔架。缆机塔架越高，轨距越大，钢材用量和配重也越大，特别是平移式缆机土建开挖量和基础混凝土量也显著增大。因此在地形、地质条件允许的条件下，尽可能选用无塔架、低塔架缆机或仅一边有塔架缆机。

（2）吊重和速度。缆机吊重与混凝土浇筑量、金属结构设备吊装重量有关。为了保证浇筑强度，应该选用速度较高的缆机，因为在完成同样工作量的情况下，提高速度可以减小缆机吊重和整体结构，降低造价，但是也要兼顾安装需要的慢速度和大吊重。如三峡缆机浇筑混凝土时由于速度高、冲击力大，只允许吊20 t；安装时慢速可以吊25 t，十分合理、巧妙的解决了速度和吊重问题。另外小车速度要和缆机跨度匹配，起升速度要和缆机起吊高度匹配，以免其达不到要求或造成浪费。

3.2 影响缆机安全运行的主要因素

（1）承码。缆机承码主要有牵引式、自行式、固定式 （张开式和不张开式）。牵引式承码重量轻，但塔头宝塔轮上绳索太多；自行式承码自重太大，关键是承码夹着主索和牵引索行走，易使主索表面钢丝疲劳断丝、牵引索磨损，直接影响了缆机安全运行 （金安桥电站选用了2×5对自行式承码，承码进行了多次改造、调试后运行较稳定，虽然有主索断丝但是未暴丝，还可以继续使用）；固定张开式承码是在小车通过承码时用小车开码轨道挤压承码开码轮使承码臂张开，让起重轮通过，承码重量较轻，但小车对承码碰撞力较大；固定不张开式承码拖轮固定在承码臂上，起升索用小车斜滑轮导向到承码拖轮上部使小车通过承码，承码重量轻，结构简单，没有冲击力，但小车增加了两个斜滑轮。笔者认为牵引式承码和固定式承码相对安全，固定不张开式最安全，自行式承码对主索和牵引索危害较大，大大减少了主索寿命，存在不安全因素。

（2）电动机及控制系统。电动机主要有交流电动机、直流电动机和变频调速电动机。交流电动机维护方便，但控制性能差。金安桥缆机选用的直流电动机调速范围大，起步稳，用计算机数据线和司机室连接，相对比较先进，安全可靠。

（3）主索及垂度调整。单索单重太大，给运输和安装带来不便。金安桥水电站采用φ95 mm封闭单索缆机，主索运输质量50 t，破断力1 022 t，如改用多索缆机，安装使用将会更方便安全。主索采用了复滑轮组双出绳结构，但不如大连产缆机复滑轮组单出绳结构安全、调节方便。

（4） 提升牵引机构和滑轮。起升钢丝绳在卷筒摆动角允许的情况下尽量采用与卷筒轴线垂直布置，若采用与卷筒轴线平行布置时，要增加同步排绳机构，相对也增加了磨损和不安全因素。金安桥水电站牵引索采用摩擦传动，摩擦面采用了高摩擦系数复合材料，结构轻巧，钢丝绳用量小，使用安全可靠；滑轮选用了重量轻、对钢丝绳磨损小的MC尼龙滑轮，提高了钢丝绳的使用安全可靠性。

（5）大车行走机构。金安桥水电站缆机轨道选用QU100重轨，减少了车轮及平衡梁数量，提高了可靠性，但是穿心车轮轴结构检修更换十分不便，并且由于设计制造缺陷造成副塔车轮大量检修更换，耽误了很多时间，给混凝土浇筑造成重大影响。建议采用安全可靠的自润滑复合材料滑动轴承或刨分式结构，便于拆卸、更换、维修。

4 结语

（1）从2006年1月缆机运行到现在，金安桥水电站选用的2台300 kN缆机全部完成了设计施工吊运任务，可以看出国产缆机设计制造水平在不断提高，但是也有一些经验教训和待研究改进的地方。

（2）要重视缆机的设计结构和制造厂家的选择。金安桥水电站缆机电气部分运行良好，承码出现了断轴等问题，后进行了设计改造，主要更换了高强度材料的轴和压力较大的弹簧，问题得到了解决；主索局部有断丝但没有跳出，牵引索2009年进行了更换，起升索至今未更换。主塔及其机械部分运行良好；副塔塔架没有出现问题；副塔行走台车存在不应有的设计制造缺陷，运行不到5年时间，2台缆机64个大车车轮逐个进行更换了，并且其结构更换不方便，需要工时多，对混凝土浇筑产生了较大影响。

（3）缆机运行管理和维护水平有待提高。金安桥水电站缆机在运行管理中，机械部分维护、检修能力强，可全部独立完成，但由于操作不够熟练，影响了生产效率，单台缆机实际月混凝土浇筑最高强度1.5万m3，和设计月4万m3的浇筑量差距较大；电气维护检修能力还需提高。