架空索道在宝兴县两河口电站移民小区危岩带整治中的应用与简介

金斌，张卢明，何敏，王首智

架空索道在宝兴县两河口电站移民小区危岩带整治中的应用与简介

金斌，张卢明，何敏，王首智

（核工业西南勘察设计研究院有限公司，成都 610061）

针对芦山7.0级强烈地震宝兴县城某陡崖型危岩群体整治工程施工设备及材料运输难度大的问题，提出了架空索道运输设计方法，通过计算索道工况，为架设货运索道提供理论依据，可以实现于陡崖危岩体施工中。经实际应用，架空索道大大提高了运输效率和安全性，进一步节约了工程造价和保护了生态环境。架空索道技术值得在山区地质灾害治理中进一步推广应用。

陡崖；危岩群体；架空索道；安全环保

“4·20”7.0级芦山强烈地震后，宝兴县城两河口电站移民小区后山发生崩塌，崩塌体积约600m3，最大单体7m3，造成较大的经济损失。目前后山陡崖尚存约6 500m3的危岩群体，危险性极大。该危岩群体高约110m，坡度近乎垂直，下部斜坡坡度达40°，与下方公路高差约445m，整治施工难度大。

针对该危岩带整治施工难度大，通过调查研究和相关设计计算，提出应用架空索道技术，解决了危岩带整治施工难度大的问题，取得较好的经济和环境效益，值得进一步推广应用。

1 危岩带概况

多个高位危岩体位于海拔1440~1550m斜坡顶部危岩带内，相对高差110m，平均宽200m（图1），危岩带立面面积1.7×104m2。岩性为二叠系下统灰岩，属硬质岩，中-厚层状结构，产状325°∠10°，缓倾坡内。受构造、卸荷作用影响，主要发育两组陡倾共轭结构面和一组缓倾坡外的结构面。

结构面①：产状104°~154°∠70°~85°，延伸长5~30m，间距3~5m，张开5~50cm，结构面平直粗糙，局部充填粉质粘土、角砾。该组节理主要发育于坡体表面，为长大结构面，属构造节理，受卸荷作用影响，裂隙张开，最大张开度为160cm，为岩体变形破坏的主控结构面。经调查分析，认为该组结构面（即结构面①）与结构面②为原生结构面，在前缘临空条件下，临空面附近的一些结构面卸荷张开，经过研究推断该危岩带卸荷深度约20~45m。

图1 陡崖危岩群体全貌图

结构面②：产状210°~240°∠70°~85°，延伸长10~45m，间距2~10m，张开5~20cm，结构面起伏粗糙，局部充填粉土、角砾。该组结构面属构造结构面，与坡向大角度相交，起切割岩体的作用；

结构面③：为缓倾结构面，产状31°~55°∠21°~30°（倾坡内）、118°~127°∠13°~26°（倾坡外），倾坡外的结构面可能是由于原先倾坡内的结构面受重力作用变形而成。延伸长2.3~8.6m，间距2~10m，张开1~10cm，结构面平直粗糙，局部充填粉土、角砾。

危岩带有9处危岩单体，总体积6 500m3，最大单体体积1 250m3，绝大部分为滑塌式破坏模式。危岩体卸荷裂隙发育，裂隙张开且相互连通，局部后缘陡倾裂隙张开度大于30cm。

该危岩带单体规模大，位于陡崖，采用主动锚固治理，施工难度极大。本工程对7处规模较大的危岩体采取主动锚索（杆）方案，设计77孔锚索，总长2 000m。

2 架空索道运输设计

2.1 工作区概况

由于现场地形较陡，灾害体危险性大，大型设备无法人工搬运，如修建施工便道总长达4.14km，沿途挖方量较大，总挖方约6.8万m3，填方1 400m3，投资达300万，还易造成次生灾害。架设货运架空索道基本不会破坏地质环境，经设计，索道平均坡度为38°，小于规范规定的最大45°倾角的要求，经复测上下站台水平距离496m，货运索道长630m，方向134°，适宜货运架空索道的架设。经比选采用应用较多的“多跨单循环货运索道”，适合于最大运重不超过2t，中间支架一般不超过7个，每跨跨度不一般不超过600m，全长不超过3 000m的物料运输[9-10]（如图2所示）。

图2 索道纵断面设计图

架空索道承载索的张力与弧垂根据承载索均匀自重，集中荷重( 运载物料) 、位置等因素而定。当集中荷重位于档距中点时，承载索张力和弧垂均最大，承载索按照此条件进行计算[11]。

2.2 承载索计算

设Q=2 000kg，=100m，（空）=5%×100=5m，（荷）=8%×100=8m，=38°，选用φ18mm钢丝绳（纤维芯，抗拉强度1770MPa），钢丝破裂拉力178000N，单位重量W=1.26kg/m。

计算集中荷载作用与档距中点时，承载索最大平均张力T。

1）单个集中荷载时[10]

=2×2000÷（8×（8÷100）×cos38°-6.8×10-5×2.8×100÷cos38°）

=4000÷0.788

=5076N

2）多个集中荷载时[10]

=（2×2000）÷（8×（8×50÷（100×100））×cos38°）-6.8×10-5×2.8×50）

=165290N

式中，k为承载索强度安全系数，取2.6~2.8；k1为承载索单位长度重量对其破裂之比，可取平均值6.8×10-5；Q为最大牵引载重；为水平档距100m，高差角，取38°，S各个集中荷重相邻间隔平均值，取最大档距1/4和3/4处。

可知，钢丝绳最小破裂拉力P=178 000N＞T=165 290N。钢丝绳承载索满足2t索道要求。

2.3 返空索计算

返空时限定载重Q最大重量为Q/2=1 000kg，选用φ13mm钢丝绳（纤维芯，抗拉强度1 770MPa），钢丝破裂拉力92 700N。P=92 700＞Tb=165 290/2=82 645N。

可知，φ13钢丝绳最小破裂拉力大于返空钢丝绳破裂力。φ13钢丝绳承载索满足2t索道返空绳要求。

2.4 牵引索计算

式中：Σ为动滑车滑轮沿承载索滚动时总摩擦系数；为动滑车轮轴间滑动摩擦系数，用青铜

轴套时，取0.06~0.1；用滚动轴承时，取0.01~0.02；为动滑车滑轮沿承载索滚动时滚动摩擦系数取0.05~0.06；R为动滑车滑轮半径，cm，取12 cm；为两悬挂点之间高差。

P=4×8÷100×cos238°×（1+3.125）×2000=2287.6N

P=7×10-3×1000×cos38°=5.51N

P为牵引索回引绳作用在动滑轮上的反拉力取100N。

可知，钢丝绳破断力T＞K×P=4.5×P。

选用φ13mm钢丝绳（同返空索），钢丝绳破断拉力为 92 700N。

T=（2 287.6+5.51+100）×1.02=2441N

可知，92 700＞4.5×2 441 =10 984.5N，φ13钢丝绳满足2t索道牵引钢丝绳要求。

2.5 支架受力计算

图3 索道下站房设计图

采用“人”字形钢支架，两支柱间张角设置为30°，计算时仅计算单根支柱轴向压力，作用与单根支柱总压力为：

式中：NS为作用于独根支柱压力，N；L为承载索支持点间距离，m；ω为承载索单位长度重力N/m；Q 为集中在荷载重力，N；H为载运物位于档距中点承载索最大水平张力，N；α为后侧固定拉线与地面间的夹角(°)；G为承载索的总重力，N为拉线对支柱压力，N。

2.6 牵引装置计算

牵引装置出力按照最大牵引力的2倍和1.02倍转向滑轮磨阻系数计算，则：

地锚抗拔力计算：

式中: T0为地锚抗拔力，N；Vt为拔出土体积，m3； ρ0为土壤计算容重，工程取18 kN/m3；T为上拔牵引力，N； K1为土壤稳定安全系数，取2. 5；H为地锚有效埋深；d为地锚宽度； L为地锚长度；α为土块抗拔角( 根据不同地质)；θ为马道坡度; 即可计算出工程索道地锚选用规格。

以2.5t地锚为例，长度L=1 500mm，宽度d=1 000mm，高度H=3 000mm，拉环直径25mm。

T=3×［1.5×1+3×（1+1.5）×tan38°+4/3×3×2×tan238°×1.8/2.5］=31.932kN＞50×sin38°=30.783

2.5t地锚满足2t索道承载索和动力装置的锚固需要（图4）。

图4 索道下站房基础设计图

2.7 架空索道基础设计

上站房由抗拔承台基础和卸货场两部分组成。抗拔承台基础置于基岩上。卸货场宽3m，长5m，面积15m2，表层铺填20cm厚的砂土。根据结构需要的抗拔力，抗拔式承台设置锚杆式地锚，采用4孔2φ32锚杆，锚杆长12m，抗拔力250kN。

卸货场宽3m，长5m，面积15m2，表层铺填20cm厚的砂土。

下站房由驱动机房抗拔承台基础和货场两部分组成。驱动机房面积3m×3m，货场宽5m，长6m，面积30m2。抗拔承台基础至于碎石土层上，采用C30钢筋砼埋入式地锚，尺寸3m×1.5m×1m，自重10.8t。

1）驱动机房基础设计

驱动机房基础为崩坡积块碎石土，呈稍密状态，底部铺设1.5m厚的混凝土，并编制钢筋网，浇注C25砼至设计标高。

2）驱动机房设计

驱动机房设计面积12m2，高3m，钢架结构，房顶盖4mm厚的钢板，钢架采用U形槽钢，规格120×50mm×5mm，横梁采用U形槽钢，规格同前。驱动机房三面采用浆砌石墙封闭。

3）货场设计

在驱动机房基础前修建宽5m，长6m的货场，顶部铺填20cm厚的砂土。

支架共布置3座，材料采用钢结构；

3 结论

1）灰岩地区陡崖型危岩群体采用架空索道运输材料设备在大量节约工程造价，同时保护了生态环境，值得在地质灾害治理中进一步推广应用。

2）架空索道建造在坡度约40°的斜坡上，需要承担较大的载重，还要抗击风荷载、雪荷载，是一种较重型的货运索道，其关键技术为工作索承载能力、支架、上下站房设计及基础稳定性，应特别注意抗拔承台锚入系统的设计。

图5 索道上站房设计图

本工程安装索道1条，索道运输时间1~2个月。通过索道构件受力计算后，选择的承载索、牵引索、返空索、支架、地锚系统等构件在运输过程中均安全稳定运行，运输效率较高，运行效果良好，从未发生安全事故。

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The Application of Aerial Ropeway to the Dangerous Rock Control of the Lianghekou Hydropower Station in Baoxing County

JIN Bin ZHANG Lu-ming HE Min WANG Shou-zhi

(Southwest Designing Institute of Geotechnical Survey and Limited C., CNNC, Chengdu 610061)

The transportation method by aerial ropeway is put forward in order to solve difficulties in transportation of equipment and materials during the construction of renovation project of a cliff-type dangerous rock group in Baoxing County induced by the Lushan Earthquake of magnitude 7.0 occurred on April 20, 2013. The calculation of ropeway working condition provides a theoretical basis for erecting freight ropeway. The aerial ropeway greatly improves the transport efficiency and safety and saves the project cost and protects the ecological environment. The aerial ropeway technology is worth popularizing and applying to geological disaster control in mountain area.

cliff; dangerous rock group; aerial ropeway; safety; environmental protection

2019-11-10

金斌（1981-），男，安徽宿州人，高级工程师，从事地质灾害方面的勘查与设计工作

张卢明（1982-），男，安徽太湖人，高级工程师，从事岩土工程及地质灾害方面的勘查与设计工作

P 642.21

A

1006-0995（2020）04-0642-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.024