乌东德水电站上游围堰右岸堰肩卷扬机安装及实施专项方案

徐传波

（中国雄安集团有限公司，河北 保定 071700）

1 工程概况

乌东德水电站上游围堰左右岸堰肩需通过卷扬机进行材料运输，为解决各部位的材料运输并针对卷扬机安装和实施，特编制本方案。

2 卷扬机布置

2.1 卷扬机布置位置及相关特性

根据本次防护材料运输要求，卷扬机在右岸导流洞进口EL.950m 平台布置1 台5T 卷扬机，具体布置特性：卷扬机5t，设计提升重量＜0.5T，高程950～1060m，长度225m。

2.2 缆索吊装系统布置

2.2.1 缆索系统的总体布置

缆索吊装系统包括承重索、牵引索、跑车；主要由上、下承重索锚固系统、卷扬机地锚及基础构成的锚固和基础体系组成。

缆索承重索均选用1φ16 钢丝绳，牵引索选用1φ14钢丝绳。根据缆索的装料点及右岸堰肩边坡地形、地质情况，本工程1#缆索主跨为225m，承重索长250m,牵引索长500m，最大扬程110m。

2.2.2 缆索起吊设备主要参数

缆索吊机主要参数：设计起吊重量＜0.5t（吊具等附件重量之和不超过100kg），起升高度80m，平均绳速10m/min，承载索规格1φ16，卷扬机型号JM5C，额定拉力50KN，电动机型号柴油动力 16 匹，减速机型号JZQ-400 KS40，牵引索钢丝绳规格1φ14。

2.2.3 动力装置锚固系统

缆索承重索地锚均采用砂浆锚杆锚固体系。上锚点采用3 根Φ32，L=3.5m 锚杆，钢筋外露0.5m；下锚固点采用3 根Φ32，L=3.5m 锚杆，钢筋外露0.5m；支撑架采用4 根Φ2 8，L=2m 锚杆，钢筋外露0.5m；采用C20 混凝土浇筑形成锚固基础[1]。

根据以往施工经验:上述锚固系统锚可满足主承重绳及牵引绳的锚固要求。

缆索卷扬机布置在右岸导流洞进口上游围堰堰肩950m高程卸料平台处。卷扬机平台均采用6 根Φ32 地脚螺栓将卷扬机基座与C20 混凝土基础连接，混凝土基础尺寸为：150cm×150cm×100cm，地脚螺栓采用φ32 钢丝绳锚杆（一头丝一头带钩），入岩2m，丝扣外露0.25cm。

2.3 安全验算

2.3.1 基本数据

φ14 钢丝绳0.685kg/m，长度500m，φ16 钢丝绳0.8457 kg/m，长度250m。

2.3.2 钢丝绳允许应力

卷扬机索道主要有：承重索、牵引索各一根，缆索承重索均选用1φ16 钢丝绳，牵引索选用1φ14 钢丝绳。

根据建筑施工计算手册《结构吊装工程》中查知：

钢丝绳容许应力计算如下：

Ф16 钢丝绳容许拉力为:

2.3.3 承重索、牵引索受力计算

根据缆索起吊设备主要设计参数，分别对1#和2#缆索（承重索和牵引索）进行验算。

1.荷载计算

（1）缆索

（2）缆车G1=100kg(现场采用滑车、吊篮及其它附加件重量之和不超过此值)

表5 与钢丝绳直径匹配的绳卡数

（3）按最大起吊重量不超过500kg 考虑，则G2=500× 1.1=550kg

（4）最大荷载Q=（G1+G2）×g=6.37KN

2.对缆索进行验算

（1）承重索

在缆索吊装过程中，主索的线性和张力是相互影响的，需采用迭代方法来计算。但本次缆索吊装验算，根据现场实际，取最大垂度fm=20m，且出现在跨中。

此时跨中水平张力为：

承重索最大拉力位于上锚固点，对应承重索垂直合力为：

Φ16 钢丝绳选择满足要求。

（2）牵引索

取起吊点为距锚固点约10m 处，牵引初始垂度5m，则sinrmax=85/240=0.354，cosrmax=0.935。

滑轮运行阻力：W1=Q(sinrmax+µ1cos rmax)=2.37KN（其中µ1取0.02）

起重索运行阻力：W2=2Tmax起（1-ηm）=2×6.37×（1-0.98）=0.25KN

其中η 为起重索穿过滑轮的效率，为0.98；m 为起重索穿过跑车和滑轮次数，为1。

后牵引索的自然张力：

牵引索总牵引阻力：

牵引索最大拉力Tm=（W+2Lg牵）（2-ηm）=（12.26+2× 250×0.0067）×（2-0.982）=16.23KN ＜F=18.51KN，Φ14钢丝绳选择满足要求。

综上可知：卷扬机缆索满足要求。

3 卷扬机安装及运行

卷扬机施工程序:卷扬机地锚施工-承载绳两段锚固施工-安装卷扬机及承载钢丝绳-安装牵引绳及受料斗架-整体调试及运行。

3.1 卷扬机地锚施工

根据现有地形及卷扬机尺寸，卷扬机安装在平整的基岩面上。在卷扬机的周围上布设6 根Φ32 锚杆，孔深2m，外露0.25m，后期锚杆与卷扬机底座焊接。

卷扬机的正后方地锚，选择能牢固锚固的区域布设4根Φ32 锚杆，间排距30cm×30cm，孔深2m，外露0.3m，方位垂直于施工面，锚杆注浆采用M20 砂浆，锚杆施工完毕后用40cm×40cm，σ=15 钢板，锚杆从钢板4 个预开的孔插出，外露的锚杆进行对角搭接焊，焊接时应注意锚杆与钢板之间预留出3cm 左右间隙，后期钢丝绳从间隙处穿出与地锚可靠连接。

3.2 承载绳两端锚固施工

承载绳两端锚固在平缓的山体上，其中上锚点采用3根Φ32，L=3.5m 锚杆，根据轴线均匀布置，间距115cm，外露0.5m；下锚固点采用3 根Φ32，L=3.5m 锚杆，钢筋外露0.5m；支撑架采用4 根Φ28，L=2m 锚杆，钢筋外露0.5m；并预埋缆索主承重绳固定锚件，采用C20 混凝土浇筑形成锚固基础[2]。

3.3 龙门架（支撑架）制安

结合我局在BC 区高位边坡治理项目中的施工经验，龙门架的施工应根据现场实际地形按需制安，材料使用B28钢筋，龙门架基础钢筋入岩2m，外露0.5m。在龙门架区域附近修整一个约50m2～100m2的材料堆放平台。材料通过卷扬机运至该平台后，再经人工转运至工作面，具体转运材料重量和次数、距离，以现场实际发生及监理工程师签证为准。

3.4 安装卷扬机及承载钢丝绳

（1）卷扬机安装地点应平整。

（2）卷扬机与载荷之间不应有可能发生危险或影响钢丝绳寿命的障碍物。

（3）卷扬机应固定牢靠，严防倾覆和移动，受力时不得横向偏移。绑缚卷扬机底座的固定绳索应从两侧引出，以防底座受力后移动；然后和正后方地锚可靠连接。

（4）钢丝绳的绳端固接。钢丝绳应选用与其直径相应的绳卡，采用绳卡固接时，绳卡数量与钢丝绳直径有关，见表1。工作绳卡数量不得少于3 个，此外还应在尾端加一个安全绳卡。绳卡间距不小于钢丝绳直径的6 倍，绳头距安全绳卡的距离不小于140mm，并用细钢丝捆扎。绳卡滑鞍放在钢丝绳工作时受力的一侧，U 型螺栓扣在钢丝绳的尾端，不得正反交错设置绳卡。

3.5 安装牵引绳及受料斗架

（1）卷扬机安装牵引钢丝绳卷绕在卷筒上的安全圈数应不少于3 圈。钢丝绳末端固定应可靠，在保留两圈的状态下，应能承受1.25 倍的钢丝绳额定拉力。

（2）用调整导向轮位置的方法，使牵引钢丝绳从卷筒下方绕入卷扬机，以保证卷扬机的稳定。

（3）应尽可能保证钢丝绳绕入卷筒的方向在卷筒的中部与卷筒轴线垂直，以保证卷扬机受力的对称性，这样能使钢丝绳圈排列整齐，不致斜绕和互相错叠挤压，在使用过程中不因受侧向力而发生摆头。

（4）卷扬机与最后一个导向轮的最小距离不得小于25倍卷筒长度，以保证当钢丝绳绕到卷筒一端时，与中心线的夹角不大于1.5°。

（5）总体调试及运行。

3.6 穿索

（1）在穿索之前将上、下锚点锚杆安装制作完毕，且强度达到要求。

（2）将卷扬机在现场就位安装完毕，并用锚杆将其锚固固定，锚固强度达到要求。

（3）直接利用卷扬机上的Ф14 钢丝绳用作牵引绳，用钢丝同承重索绑扎，然后牵引至上锚点，穿越锚筋束，用绳卡将承重索固定、夹接，绳卡间距满足要求。

（4）在下锚点处将承重索穿越锚筋束，用导链将承重索尽可能的拉直，最后用绳卡将承重索固定、夹接，绳卡间距满足规范要求。

3.7 施工前试运行

试运行包括卷扬机空载试运行、缆索动载试运行：

（1）卷扬机空载试运行：主要检验卷扬机机械和电气设备运行情况，应保证卷扬机运行平稳，无异常现象。在空载下将卷扬机打开，在各种速度下正向、反向各运行3min。

（2）缆索动载试运行：主要检验动载下卷扬机机械和电气设备运行情况，检验金属结构的承载能力。实验荷载分别是100%和110%的额定荷载，试验时将起吊重量分别达到额定荷载的100%、110%，然后开启卷扬机，用牵引索牵引全程往返三次，每循环一次中间间隔10 分钟。