汶镇电站明管运输索道架设方案设计

2012-06-26孙启云

黑龙江水利科技 2012年7期

孙启云

(中国水利水电第十工程局，四川都江堰 618300)

1 概述

汶川县汶镇电站位于汶川县与茂县交界处的汶镇乡境内，213国道旁，引水河流为岷江支流。电站距汶川县城约15 km，属高压引水式发电的电站。高压管道全长为420 m，其中140 m为明管，采用索道进行施工，明管以下为竖井管道;管道单节长3.5 m，重量为2.0 t。明管上下两端轴线高程分别为▽2 490.0～▽2 413.0，明管高差为77 m，整体坡度为∠33.37°。由于坡度较大，向山上运输材料及安装管道极为困难，故考虑采用架设索道的方法进行施工，索道承担运输所有材料和安装管道的任务。

2 索道施工架设方案

2.1 索道设计参数的确定

根据现场地形勘察的情况，距明管下端仅10 m即为213国道，而且坡度较大，而213国道下为一片较开阔的地带，所以考虑架设一条长距离的索道，并跨越213国道。

由于213国道日通车流量较大，根据现场的情况，在满足施工的需要及尽量不影响国道运输的前提下，对索道设计参数作以下设定:

1)山上的地锚布置点设定在高程为▽2 520.0的地方，离上明管水平距为20 m，山上不设排架;

2)下端地锚布置点设定在高程为▽2 411.0的开阔地带上，下端明管水平距为40 m，也不设立排架;

3)山上地锚与山下地锚之间的高差为109 m，坡度为∠31.63°，斜线跨度为210 m，简图见图1。

图1 索道架设地形简图

2.2 索道强度计算及校核

2.2.1 承载索拉力计算

承载索拉力:

T=(Q+P)L/4f+GL/8f

式中:Q为行车及滑车组重量，Q=1.0 t力;P为载荷重量，P=2.0 t力;G为绳索总重量，初步选定6×37+1-170，Φ30.0的钢丝绳，则G=0.000 321 1×180=0.577 98 t力;F为承载索挠度，f=L/15=210/15=14 m;L为跨距，L=210 m。

则承载索所受拉力为:

T=(1.0+2.0)×210/4×14+0.577 98×210/8×14=11.25+1.083 7=12.333 7 tf

根据钢丝绳特性，考虑承载索所受拉力，选择6×37+1-170，Φ30.0的钢丝绳作为承载索，其破断拉力为47.6 tf;取安全系数 K=3.5时，钢丝绳安全许用拉力为[T]=13.6 tf，大于承载索受到的最大拉力，即[T]=13.6 tf＞T=12.333 7 tf，所以所选用的钢丝绳合适，并能满足使用要求。

2.2.2 承载索弯曲应力计算

承载索除了受到拉力的作用外，还受到由行车轮对承载索产生的弯曲应力，由行车轮压力产生的弯曲应力与承载索的张力的合成应力为压缩应力时，钢丝绳被压后与行车轮接触的一面的绳股会鼓起，会使承载索很快地磨损，因此，弯曲应力的计算与校核也是十分重要的。在本设计中，假定行车是以两个车轮在承载索上行走，则承载索所受到的弯曲应力为:

式中:P为载荷重量，P=2 000 kg力;Q为行车及滑车组重量，Q=1 000 kg力;n为行车轮个数，n=2;E为钢丝绳弹性模量，E=8×105kg力/cm2;σp为钢丝绳的拉伸应力，kg力/cm2;

F为钢丝绳截面积，F=3.145 7 cm2。

此外，计算的钢丝绳弯曲应力应符合下式要求:

所以承载索所受到的变曲应力为:

因此，σ弯/σp=6 536/3 611=1.810

根据计算，弯曲应力大于拉伸应力，故不能使用2个行走轮的行车，为减少其弯曲应力，应改为4个行走轮的行车，此时钢丝绳的弯曲应力为:

根据以上计算，弯曲应力与拉伸应力之比值＜1，所以采用4个行走轮的跑车在直径为Φ30.0的钢丝绳上能安全地进行工作。

2.2.3 牵引绳及起重绳的计算

1)牵引绳的选择:索道设计坡度为∠31.63°。

索道承载索在载荷作用下的坡度为tgφ=y/b

计算得 φ=21.8°

由此得承载索在载荷作用下的坡度为:

α =31.63°+21.8°=53.43°

牵引绳的后力计算:V=V1+V2+V3，其中:

所以 V=2.409=0.5+0.45=3.359 tf

由上式计算出的V值选用6×37+1-170，Φ17.5的钢丝绳单股作牵引绳，在安全系数为K=3.5时，牵引绳的安全许用拉力为4.44 tf＞3.359 tf，所以该钢丝绳可以满足使用要求。

2)起重绳的选择:根据设计最大起重载荷为2 t，选用6×37+1-170，Φ17.5的钢线绳作起重绳，穿滑轮组后成为双股，在安全系数K=10的情况下，其安全许用拉力为1.55 tf×2=3.1 tf，故所选择的钢丝绳能满足使用要求。

2.2.4 锚拖拉绳的计算

载索的拉力直接作用于地锚拖拉绳上，即:

根据地锚拖拉绳的拉力及取地锚拖拉绳安全系数K=5.5，选择6×37+1-170，Φ28.0的钢丝绳双股作拖拉绳，此时拖拉绳的安全许用拉力为7.46×2=14.92 tf＞Tr=12.333 7 tf，因此，所选用的钢丝绳可以满足使用要求。

2.2.5 跑车的设计

根据承载索的载重量和索道的使用要求，要求跑车的使用强度较大，而使用时间较长，所以考虑用1台4轮K1型跑车，再加上滑轮组后，组成使用跑车，简单结构见图2。

图2 跑车结构示意图

2.2.6 地锚的布置

上下两端地锚都采用混凝土地锚，将地锚埋设处浮土层挖掘开后，再将浮土层以下的岩石层挖下1 m深，打上20根插筋，插筋为1.5长的Φ30 mm圆钢:然后再布上I220ac工字钢，穿好钢丝绳后，将插筋和工字钢进行焊接后，布上一层钢筋网，浇筑标号为C20的混凝土，上部亦浇筑C20混凝土，要高出浮土层，整个地锚的体积为3×2×2 m3，重约为30 t，可以满足索道的使用要求。

2.2.7 动力设备的选择及布置

根据起重和牵引力的计算，考虑工作时间，选用两台3t卷扬机进行工作。两台卷扬机都布置在公路下的开阔地带上，位于管道中心线两侧，在卷扬机前后两侧各打上6根Φ25.0螺纹钢筋作为地锚，螺纹钢筋打入地下0.5 m深，再搭设卷扬机房。

安装时采用8 t吊车配合进行安装。