缆机在溪洛渡拱坝施工中的应用

莫让华，于 浩

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水电站大坝为混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程610m，建基面最低高程324.5m，最大坝高285.5m，坝顶拱冠厚度14m，坝底拱冠厚度60m，顶拱中心线弧长681.51m，双曲拱坝内设有10个导流底孔、8个泄洪深孔和7个表孔。在电站共布置5台30t平移式无塔架缆索起重机，5台缆机共轨，主车布置在右岸，缆机平台宽19m，主索铰点高程720m，副车布置在左岸，缆机平台宽14m，主索铰点高程700m，起料点布置在右岸高程605m平台。缆机轨道基础为紫红色凝灰岩，基岩面四周设置φ22钢筋，轨道基础为C30重力式大体积钢筋混凝土结构，轨道梁采用固结灌浆和预应力锚索加固，缆机平台前后边坡使用系统支护，覆盖层边坡使用拱形骨架护坡。

2006年8月，先安装1号缆机用于坝肩开挖和边坡支护，2008年5月安装完成2～4号缆机。为了加快工程施工进度，2010年9月再安装了5号缆机。5号缆机的安装为工程持续高强度生产奠定了坚实的基础。

缆机运行的主要技术参数:

2 缆机安装

缆机安装的难点是主索过江，主索过江的条件是布置合适的左、右岸辅助索地锚和选择两根辅助索的最佳空载垂度。

2.1 确定左、右岸地锚

根据溪洛渡水电站的地理环境，左岸辅助索地锚布置在高程680m平台上，距离边坡12m，单个地锚通过10根长度为4m的M32螺杆固定，采用YC锚固剂灌浆，以保证辅助索地锚与岩石整体受力。右岸辅助索地锚布置在前轨基础边坡的临时钢筋混凝土墩上，地锚通过10根长度为1m的M32螺杆固定，螺杆预埋在混凝土墩内。通过受力计算，左、右岸地锚螺杆安全系数为2.03，右岸混凝土墩整体安全系数为2.31，地锚受力强度满足主索过江要求。

2.2 选择辅助索的空载垂度

结合主索过江时的最大水平张力及钢丝绳的最小破断拉力，2根辅助索选用φ52钢丝绳，牵引绳选用φ26钢丝绳。考虑到左右岸缆机平台的场地限制，右岸前轨高程719m平台布置1台15t卷扬机，左岸高程680m平台布置2台10t卷扬机，2台卷扬机交错布置。

左岸10t卷扬机通过32t滑轮组架设2根φ52辅助索，确定2根φ52辅助索空载张力为18 000kg，φ52辅助索单位长度重量为10.3kg/m，左右岸辅助索地锚高差39m，跨距659m。

经计算，φ52辅助索空载时的中点垂度为31.2m。

1号缆机安装时，φ52辅助索为新钢丝绳，空载垂度为4.73%，计算得右岸15t卷扬机的牵引力约为8t。2～5号缆机安装时，φ52钢丝绳受力后延伸了0.2%左右，空载垂度确定为5.5%，计算右岸15t卷扬机的牵引力约为11t，2根φ52钢丝绳的安全系数为2.66，φ26牵引绳的安全系数为2.97。

2根辅助索的平行度小于钢丝绳直径的一半，两端各使用7个绳卡固定。

2.3 主索过江前的准备工作

主索从左岸向右岸过江，主索搁在辅助索的临时承马上，通过左、右岸卷扬机一收一放的方式完成主索过江，主车侧的索头提前在左岸完成浇筑。

(1)索头悬出第1个临时承马0.7m，索头锁紧在φ26牵引绳上;

(2)索头与第1个临时承马之间使用3个方卡固定，防止主索散丝;

(3)第1个临时承马与蝴蝶卡的距离为0.7m;

(4)所有临时承马的间距为25m，临时承马的保距绳预留一定垂度，第1个临时承马的保距绳锁紧在φ26牵引绳上;

(5)在索头上端中心位置设置U形环，φ26牵引绳穿过U形环牵引，始终保证了牵引绳在索头的中心部位受力，避免承马受力偏移后发生倾斜。

2.4 主索过江

对主索过江前的准备工作进行联合检查，并保持通信畅通、供电完全保障、人员全部到位、组织井然有序，主索轴线的上、下游各100m范围内让面。

主索过江过程中，左、右岸分别使用望远镜全过程监控索头的倾斜变化，两岸施工人员听从总指挥长的指令进行操作，并保证卷扬机的协调同步。

2.5 缆机负荷试验

负荷试验包括空载试验、125%静载试验、110%动载试验、100%急停试验以及2台缆机的同步试验。空载试验的目的是检查机构的工作正常性、各限位装置的准确性;静载试验的目的是检查设备的结构承载能力、起升制动能力;动载试验的目的是验证设备整机性能;急停试验的目的是验证外部供电突然中断后对设备的破坏能力;同步试验的目的是检验2台缆机动作的一致性。

2.6 缆机的辅助系统

(1)根据左、右岸地理特点，在缆机主、副车上空布置间距为50m的6根φ15架空钢铰线，钢铰线的两岸端头与接地网连接成一体，接地电阻小于10Ω，从而形成缆机的避雷系统，以有效避免垂直雷和感应雷对电器元件的破坏。

(2)为了在夜间能清楚观察到承马间、承马与小车间的位置和距离，在每台缆机主、副车的主索悬挂装置上各安装1盏场外强光投光灯，为承马和小车在夜间的安全监控提供保障。

(3)缆机供电采用一线一机，并增加开闭所，开闭所的作用为监控电压、互为备用，在机房内安装电容补偿柜，其作用是缓冲瞬间电压波动过大。

(4)在缆机司机室内安装摄像、录音系统，随时监控司机是否存在违规操作，便于分析和处理缆机运行可能出现的安全事故。

3 缆机维护保养及安全运行

3.1 缆机维护保养

缆机维护保养的目的是保证设备运行正常，及时更换设备易损部件，保证设备自身安全运行;日常巡视检查的目的是检查设备在运行过程中的突发事件，发现异常后及时停机检查和处理，保证设备处于完好状态。

按照《缆机安全操作和维护保养规程》进行日保养、周保养、月保养和日常巡视检查，做好维护保养和配件更换台账，建立日常巡视签证制度，对重要部件如承马、钢丝绳、吊罐、滑轮实行重点监控。

(1)每日定时检查承马和小车的运行情况;

(2)连接螺栓的紧固，主要受力构件的焊缝或断裂检查;

(3)钢丝绳的断丝监控和加油保养;

(4)各转动轴、制动器的润滑保养;

(5)吊罐弧门的自动开启、起吊绳的监控使用;

(6)电器元件的定期清理和更换。

3.2 缆机运行安全

缆机运行安全包括缆机设备本身运行安全，以及是否存在司机误操作、信号员违章指挥、零活违章吊运、缆机与塔机的交叉运行等。缆机运行中普遍存在的安全隐患是零活违章吊运和信号员违章指挥，不可控制的安全隐患是司机误操作。

在缆机运行安全管理上，实行共同监管、自觉遵守、及时纠正、持续改进的管理方针，采取提醒、教育、警告、重罚与奖励相结合的工作原则。

(1)明确吊钩以下的责任主体，制作零活吊运明白卡，规定各种起吊绳和卡环的限吊范围，对起吊用具集中管理和统一使用，杜绝不同规格的起吊用具混合使用，严禁报废的起吊用具继续使用;

(2)零活吊运的基本要求是起重人员持证上岗，重物与起吊用具匹配，重物绑扎牢固，吊点选择合理，不允许混吊、窜吊、兜吊、斜吊，重物吊离地面30cm后再次检查重物是否绑扎牢固;

(3)加强操作司机岗位培训，实行考核上岗，建立岗位淘汰制度;

(4)保证操作司机和信号员的信息畅通、频道唯一、口令一致;

(5)保证操作司机的相对固定，实行定人定机、责任到人;

(6)对精神不佳或情绪较重的司机坚决不安排上岗;

(7)充分保证操作司机的休息时间，司机连续操作时间不允许超过4h，保持司机室的相对安静;

(8)重罐离开高程605m平台经信号员确定无撒料后，通知司机向仓面牵引;

(9)吊罐离开起料点后告知仓面信号员，在吊罐距离仓面至少60m高度时，由仓面信号员给操作司机信号，让司机知道吊罐处于受控状态，信号员报话的间歇时间不超过5s，同时操作司机应不间断地回复信号员给予的信号，在通信不畅通的情况下司机应及时停止运行;

(10)在吊罐距离仓面40m时下降速度减为4档，距离仓面20m时下降速度减少为3档，距离仓面10m时下降速度减少为2档;

(11)实行缆机运行单位的值班主任轮流盯仓制度，加强对浇筑指挥和零活吊运的监管和检查，并及时纠正和现场教育信号员的违章指挥。

4 缆机浇筑

4.1 缆机浇筑实际强度

大坝混凝土从2009年3月27日浇筑以来，截至2012年7月25日，已累计完成浇筑525.2万m3，其中2009年 33.9 万 m3，2010 年160.1万 m3，2011年216.9万m3。最高月产量为2011年4月浇筑215 944m3，最高日产量为2011年5月4日浇筑9 239.5m3，最高台班产量为2011年2月12日夜班浇筑5 438.5m3，单台缆机最高月产量2011年11月为4号缆机浇筑46 356m3。

2009年3月～2010年8月，对应大坝8～22号坝段，缆机浇筑强度受制于大坝备仓进度，随着大坝仓面全线铺开，缆机浇筑强度受制于混凝土浇筑一条龙的运行管理水平。

查询1～5号缆机从2010年8月～2011年7月运行自动录入系统知，5台缆机总共浇筑31 715.5台·时，浇筑混凝土2 044 457m3，坝段范围为5～26号，最低坝段高程383m，最高坝段高程467m。缆机浇筑混凝土的平均强度为2 044 457m3/(31 715.5h×9 m3/罐)=7.16罐/h。

查询1～5号缆机从2011年8月～2012年7月运行自动录入系统知，5台缆机总共浇筑32 063.5台·时，浇筑混凝土2 063 898m3，坝段范围为3～29号，最低坝段高程467m，最高坝段高程557m。缆机浇筑混凝土的平均强度为2 063 898m3/(32 063.5h×9m3/罐)=7.15罐/h。

最高日产量的小时浇筑强度为9 239.5/(107.5×9)=9.55(罐/h);最高班产量的小时浇筑强度为5 438.5/(5×12×9)=10.1(罐/h);4号缆机最高月产量的小时浇筑强度为46 356/(680×9)=7.57(罐/h)。

表1为1～5号缆机完好率、利用率、浇筑量和强度统计。

表1 1～5号缆机完好率、利用率、浇筑量及强度统计

4.2 缆机浇筑理论强度分析

缆机浇筑混凝土的一个循环时间包括:

(1)侧卸车与吊罐的衔接时间10～15s;

(2)侧卸车对位时间25～30s;

(3)装料时间35～40s;

(4)重罐提升时间30s;

(5)卸料时间20s;

(6)空罐最后30m的回位时间25s;

(7)牵引升降时间;

(8)仓面最后40m的对位时间。

缆机浇筑混凝土的一个固定循环时间T固约为2.5min。牵引升降时间取决于仓面位置和对应的高程，仓面40m的对位时间取决于仓面管理水平和信号员与司机之间的默契程度，正常情况下可控制在45s范围内;空罐最后30m的回位时间取决于司机的操作水平，一般司机可控制在20～30s范围内。

以16号中间坝段进行缆机浇筑高程332m的一个循环时间分析:吊罐按抛物线轨迹运行，牵引距离L=280m，垂直高差H=607－332=275m，重罐牵引加减速24s，重罐下降延时加速8s，空罐按2挡起升8s后再加速提升。

吊罐加减速牵引距离L=1/2×7.5×24=90m重罐均速牵引时间T牵=(280－90)/7.5=26s重罐下降延时加速距离H=1/2×3.5×4=7m重罐均速下降时间T降=(275－7－40)/3.5=66s

空罐上升延时加速距离H=0.6×8+1/2×3.5×4=11.8m

空罐均速上升时间T升=(275－11.8)/3.5=76s

空罐均速牵引时间T牵=(280－90－30)/7.5=22s

吊罐的升降时间大于牵引时间，因此牵引时间不占直线时间。

吊罐的一个循环时间T循=2.5min+12s+66s+45s+12s+76s=6min1s

16号坝段在高程350m的T循=5min55s、在高程380m 的 T循=5min47s、在高程410m 的 T循=5min38s、在高程 440m 的 T循=5min29s、在高程470m 的 T循=5min20s。

16号坝段在高程500m上，牵引时间与升降时间基本持平，但随着坝段的不断提升，相邻坝段存在不同程度的高差，吊罐需提升至安全高度后才能进入联合动作，因此在高程500m及以上的 T循≧2.5min+24s+26s+45s+24s+22s=4min51s。

结论:16号坝段浇筑强度可控制在10罐/h左右，坝段以左的浇筑强度逐步降低，但仍可控制在8罐/h以上;坝段以右的浇筑强度逐步增大，最大可控制在12罐/h的浇筑水平。29号坝段在高程557m的实测最高强度达到3min 50s。

溪洛渡缆机完全满足混凝土浇筑高强度的运行要求，但从2010年8月至今缆机浇筑的实际利用效率仅为72%左右，仍有较大的提升空间。

4.3 缆机浇筑强度偏低的原因分析

缆机浇筑强度偏低的4个主要问题:

(1)缆机待料;

(2)部分重罐进入仓面后，待卸时间长;

(3)在缆机浇筑期间，随意抽调缆机进行零活吊运;

(4)零活吊运准备工作不充分，单钩使用时间较长。

4.4 提高混凝土浇筑强度的有效措施

针对混凝土浇筑一条龙存在的问题，可从以下4个环节加以解决，使缆机浇筑混凝土的利用效率达到85%以上，保证溪洛渡缆机浇筑的月产量持续达到20万m3以上。

(1)简化混凝土级配品种，规范要料指令，保证混凝土生产强度;

(2)增加侧卸车数量，采用小挖机取料，提高取样速度，从供料环节上减少或避免缆机待料;

(3)设置下料点标识，实行定点下料，并提高仓面浇筑管理水平;

(4)统筹调配缆机生产，零活吊运提前申请，集中吊运。

5 缆机运行中需改进的问题

(1)吊罐起料点布置在右岸高程605m平台，基本处于缆机非工作区域的边缘，左、右岸缆机平台的高差达到20m，造成主索在起料点上空达到最大且反复地疲劳弯曲，从而使1～5号缆机主索在该区域存在不同程度的断丝，其中3号缆机主索因为断丝而报废，于2012年7月完成更换。从3号缆机主索断丝最严重的内部分析，主索上部由于挤压变形，主索钢丝之间无润滑油后相互挤压磨擦产生的高温使钢丝发黑，并产生大量的铁粉，因此出现了主索加速断丝现象。

(2)缆机副车结构是带有水平台车的钩梁与主索悬挂装置的端梁通过铰制螺栓连接，从而使副车结构呈Z字形受力，端梁的垂直钢板受较大的弯曲力矩。2012年3月，2号缆机副车端梁的垂直钢板发生断裂，立即停机采取补焊筋板处理。其他缆机也存在类似问题。

6 结束语

从2010年2月开始，溪洛渡大坝工程持续进入了超过10万m3/月的高强度施工，2011全年达到了18万m3/月的较高水平，缆机运行满足了大坝工程进度的整体要求。截至2012年7月，1～5号缆机平均完好率达到99.3%，平均利用率超过90.5%，并实现了缆机运行的安全零事故目标。但是缆机的利用效率仍然不高，没有完全体现缆机在混凝土浇筑一条龙的核心作用。