山区特高压工程轻型索道运输策划与应用

安徽送变电工程有限公司 韩启云 王 杰 童 鑫 张鹏程 国网安徽省电力有限公司 刘 军

目前，特高压输电线路路径多经过高山大岭、植被茂密等地形复杂恶劣的地区，施工用物资主要通过货运索道运输至指定位置。输电线路货运索道是一种通过钢丝绳承重及传动为主体的临时性的物料运输设备，主要由承载索、牵引索、支架、运行小车等构成，具有架设难度低、地形适应强、环境破坏少及投资小等优势。由于其受地形及气候的影响较小、环保性和经济性较好等优势，在架空输电线路工程中应用广泛[1-3]。本文主要从工程实际出发，结合工程情况对山区特高压工程用轻型索道运输方式进行规划、荷载计算以及架设应用。

1 工程概况及索道规划

1.1 工程概况

张北至雄安1000kV特高压交流输变电工程（5标段）全线位于河北省保定市涞源县境内，沿线海拔500～1700m，94%塔位无运输道路。当使用车辆、人力或畜力运输方式时，必须通过砍伐林木、放炮降方、填土铺路等方法开辟运输道路。这不仅不符合国家环保要求，也增加了运输成本。且特高压工程体量大，构件超长超重，原始运输方法不能满足工程进度需求，所以采用索道运输是经济、高效的施工组织形式[4-5]。

1.2 索道规划

索道规划需在架设前对整条线路进行调查分析，根据每基杆位的材料运输量和索道运力情况确定运输途径，对装卸料平台、中转平台、卸料平台进行规划，尤其需要确定运输量集中及通道、平台位置有限的地方，防止出现互相影响的现象。

结合地形勘测、施工组织及经济分析进行综合考虑，拟采用多跨单索循环式索道或单跨单索循环式索道进行材料运输。

单跨单索循环式索道适用于总运重不超过2t的点对点物料运输，跨距不超过1000m。若物料运输为多挂点方式，验算后方能使用。

图1 单跨单索循环式索道架设示意图

多跨循环式索道在整个索道系统中同时累计运输重量不超过2t，中间支架一般不超过7个，每跨跨度一般不超过600m，全长一般不超过3000m的远距离物料运输。

图2 多跨单索循环式索道架设示意图

同时，还要在考虑气候的影响的同时，对索道运输效率进行估算。经过工程统计，采用后桥式驱动装置的单承载索的运输效率如下：砂石15～20m3/天、钢筋15～20t/天、水泥20～25t/天。

最后是索道路径选择原则：一是装卸点选择交通便利处；二是尽量选择线路通道搭设的同时，避免与已有或新建的电力通信线、公路路径交叉；三是索道装卸点在避免与组塔场地冲突的同时尽量靠近塔位，减少二次转运；四是多跨索道相邻支架间的最大跨距不宜超过600m，高差角不宜超过50°；五是承载索在每个中间支架上的最大折角，转角角度不宜超过6°，最大不得超过12°。

2 索道设计及荷载计算

2.1 索道设计

2.1.1 路径选择

索道路径选择一般采用地图粗选和现场勘察相结合，再根据现场测量数据绘制索道设计图，以本工程4L019索道设计为例。

图3 地图粗选路径

一是根据现场测量，各项参数见表1。

表1 现场参数测量表

二是索道断面示意图如图4所示。

图4 索道设计断面图

索道架设整体长度索道起点装料场—支架M1—支架L19（卸料场）—支架M2—支架L20(卸料场)为902m，最大距离索道支架M1—支架L19，距离223m，相对高程42m，弦倾角10°25′。

2.1.2 索道运输材料重量及工器具选择

一是中砂、碎石等材料采用特制容器进行运输，多荷载石子220kg一桶，多荷载水泥170kg一桶，多荷载水采用25kg塑料桶进行运输，钢筋、地脚螺栓、声测管等可采用2～3个绑扎方式运输。二是空压机、搅拌机等设备、塔材等，采用单个集中荷载小于1t方式进行运输。

2.1.3 索道机具选择

索道承载索选用Φ22mm钢丝绳，牵引索选用Φ13mm钢丝绳，返空索选用Φ16mm钢丝绳，牵引索选用Φ13mm钢丝绳；支架选用φ140-5钢管抱杆；支架钢管选用3t地锚；牵引设备选用5t钢管地锚；上下索道选用10t钢管地锚。

2.1.4 工器具配置选择

一是单索索道工器具配置见表2。

表2 索道工器具配置表

二是单个门型索道支架配置见表3。

表3 单个门型索道门架配置表

三是其他锚固配置见表4。

表4 锚固配置表

2.2 索道受力计算

2.2.1 承载索计算

承载索选用φ22钢丝绳，最小破断拉力249kN，每米质量1.61kg/m。无荷载时，承载索的水平张力H按下式计算：

式中：T为承载索的最大平均张力，N；H为承载索的水平张力，N；L为支架档距，m；W为承载索单位长度自重，N/m；φ为导线悬挂点的高差角，°；f为档距中点线（绳）的弧垂，m。

运输最大件物料时按照Q，单个集中荷载T1按下式计算：

式中：Q为由附件及其索具重量构成的单个集中荷载的重量，kg。有多个集中荷载运输时，T2按下式计算：

式中：S为各个集中荷载相邻间隔的平均值，m，根据索道的运行速度及上料速度最大值30m/min，按5min能够将料装好，取150m。

2.2.2 牵引索计算

牵引索采用破断力为78kN的φ13钢丝绳，牵引索考虑5倍安全系数，最大允许拉力为78/5=13.6kN，单位重量1.28kg/m，钢丝绳符合后桥式牵引机要求，其强度校核如下：

式中：P为牵引索的最大总拉力，kN；ε为牵引端滚动轴承转向滑车的阻力系数，α=180°，因此阻尼系数取1.05；P1为集中荷重沿牵引索方向上的分力。

式中：h为承载索支点间的高差，m；f为承载索空载时档距重点的驰度，m；Q为附件及其索具重量组成的集中荷载的重量，kg；P2为荷载动滑车沿承载索滚动时的摩擦力。

式中：μ为动滑车轮轴间滚动轴承的滑动摩擦系数，取0.15；μ′为沿承载索滚动时动滑车滑轮的滚动摩擦系数，取0.55cm；R为动滑车滑轮的半径，cm，取10cm；P3为作用于动滑车上的牵引索回引绳反拉力，取100kg，P3=100kg。

2.2.3 索道支架计算

图5 支架横梁受力示意图

一是索道支架横梁的下压力N按下式进行计算。

式中：G总为档内承载索、牵引索、返空索内所有重量和kN；n为承载索的根数，本系统为单根，n取1；H承为运输荷载位于档距中点时承载索的最大水平张力，kN；H牵为当承载索处于最大水平张力时牵引索的张力，5.88kN；α为承载索锚固在地面时与水平面的夹角，应不大于30°，取α=30°；n1为承载索数量，系统为单根，取n1=1；n2为返空索数量，系统为单根，取n2=1；n3为牵引索数量，系统为循环索，取n3=2；ω承为承载索单位长度重量，N/m，直径22钢丝绳；ω返为返空索单位长度重量，N/m，直径16钢丝绳；ω牵为牵引索单位长度重量，N/m，直径13钢丝绳；φ为承载索支点间的高差角。

二是支架横梁的水平不平衡力P按下式计算。

图6 支架鞍座受力示意图

式中：f摩为支架横梁鞍座上产生的摩擦力；N为作用于横梁的总下压力；ε摩为摩擦系数，取0.15。

图7 支架鞍座受力分析示意图

三是门型支架支柱的受力计算。

门型支柱单腿顺线路拉线拉力P拉按下式计算：

式中：θ为顺线路前后拉线对地夹角，取45°。门型支柱单腿下压力N柱按下式计算：

式中：单侧横线路拉线产生的下压力，取值400kg。

四是门架人字形支柱计算。

单根支柱的轴向压力N轴按下式计算：

式中：人字形两支柱间的张角为γ，宜设置为30°左右。

图8 人字形支柱受力分析示意图

索道经计算选型验算合格后，应编制索道运输施工技术方案及安全施工保证措施，并经过审核批准后实施。方案编写内容应包括施工平面布置设计、操作流程及操作要点、劳动力组织、主要工器具、质量保证措施及质量标准、安全保证措施、文明施工措施、环保保护措施等。

3 索道架设

3.1 索道支架架设

一是根据勘测计算，选择使用钢管支架结构组成支架。支架的横梁部分安装一个承载索悬托机构和一个返空索悬托机构，使承载索和返空索的荷重转移至支架上。横梁宽度满足满载小车和返空小车相遇时留有约300～500mm间隙，且两小车与支架横向钢管杆留有约300～500mm间隙。横向撑杆选用直径为150mm钢管，底部1m埋于原状土内，防止倾斜。

二是索道支架采用四只腿外拉线结构，支架拉线对地夹角不宜超过45°。

3.2 绳索架设

一是牵引索、返空索、承载索的展放可采用飞行器展放轻质引绳再逐级过渡为牵引索。在植被较少、地形起伏较小的情况下，也可利用人力直接展放。二是在支架上设置直线滑车，终端设置转向滑车。将牵引索或返空索放入滑车内，在起始端用钢丝绳卡线器将一端临时锚固于地锚上，另一端利用机动绞磨将牵引索收紧至设计张力，在起始端将牵引索绳头通过转向滑车，并按照要求的圈数将绳头缠绕在牵引装置的滚筒上，最后将两个绳头插接或插接成循环牵引索。三是绳索应设置张紧、收紧装置以调整牵引索张力满足设计要求。

3.3 驱动装置安装

驱动装置机械固定采用定位桩方式，并在受力反方向设置地锚进行固定。安装时应特别注意牵引绳索与卷筒的角度。将其卷入卷筒后提升牵引索，延与卷筒轴垂直方向导入，在索引机卷筒上按顺序缠绕钢丝绳。

3.4 运行小车选用

运行小车承载力应与索道设计最大运输重量配套，上部安装两个行走轮，使小车能在承载索上移动，中部是钳口装置，使车体与牵引索既能牢固连接，又能快速脱离。下部是吊钩环，配合链条葫芦，用来悬挂、提升、装卸、运送的货物或料罐。由于运行小车需要通过支撑鞍座，所以小车本体形状、钳口尺寸等均与鞍座和牵引索直径相匹配。

3.5 索道试运行及调试

索道架设完毕或长时间不使用后，应组织人员对各部位进行全面检查，合格后应首先进行试运行试验，试运行分为空载试验、半负荷试验、标准负荷试验和超负荷试验。

3.6 索道验收

由安装单位组织使用单位及工程监理进行索道检查验收，共同确认无误后方可投入试运行。

4 索道运输

由专人统一指挥索道运输工作，发出信号控制索道启动和停止。各类信号传递应语言统一、规范、清晰，以确保沟通畅通。

施工材料索道运输方式如下：一是砂、石等散骨料采用单轮货运小车运输，承载力不宜超过300kg，货运料斗的容积取0.2～0.3m3，每斗砂、石质量为250～300kg。二是基础钢筋及塔材采用打捆包装后多吊点方式运输，通常采用两个吊点。考虑到超重负荷人力无法装卸，可在上料口配置一台吊车进行装载；在挂点处设置一手链葫芦，负荷到目的地后，可放松手链葫芦将负荷卸至地面。三是合成绝缘子均采用人工搬运装卸，采用木质抱杆或钢管补强后再进行搬运。玻璃或瓷质绝缘子运输时建议不拆开原包装，利用铁丝或专用绑扎带将两筐或更多筐绑扎后进行运输。

5 结语

采用索道运输有效解决张北至雄安1000kV特高压交流输变电工程线路工程（5标段）施工运输难题，成功将基础、组塔、架线材料运输到塔位并安装，助推工程顺利建设。充分考虑施工地形、索道运输能力以及施工进度的基础上，优化了各工序施工工艺和整体工程进度，完成了高山地形下的特高压工程施工，为工程顺利完工奠定了技术基础。