输变电工程中大型组合索道运输施工关键技术

中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司 谷新贺

我国社会经济高速发展，人们对用电量的需求持续增长，从而推动了大规模、高等级电网的建设，只有保证输电线路在复杂地形中能够快捷高效建成投产，才能满足人们日常工作生活中的用电需求。

1 工程概况

本工程为新建110kV线路输变电工程，新建铁塔536基，电压等级为110kV，新建线路导线采用JL/G1A-300/70型钢芯铝绞线。本工程线路海拔在1590～5012m，沿线途经的地貌主要为倾斜平原区、丘陵、中山区、高山区、河道、戈壁荒漠，全线分为5个气象区。

大型组合索道主要参数：索道通道宽度1.8m，承载索间距0.2m，返空索与承载索间距0.85m；支架横梁长2.7m、底部宽2.7m，整体高度为可调式，3～6m，单跨长度1km，多跨跨距500m，货运索道运输架设距离平均按2km计算，牵引速度50m/min，单次运载量6t，单次单趟运输时间为50min（2000/50+10）。每天索道工作8h，日运输量为57.6t（6×8×60/50）。每月按29个有效工作日计算，月运输量为1670.4t（29×57.6）〉1000t。

牵引机设备选用ARS700型，主要参数见表1。

表1 ARS700型牵引机参数表

2 总体施工方案

2.1 施工方案特点

大型组合索道较传统索道具有运输重量大、支点多、操控简便、运输能力强等特点，适应于地形陡峭山区。一是塔材存放场地设在道路附近，索道可设置距离最长达2500m。二是索道端部有随时掌控每根钢索受力情况的测力装置及报警装置，监控索道受力情况，确保索道的安全性。三是索道支架采用拆装方便的组装式，可根据实际地形进行高度的调整，其结构高度调整范围2～15m。其材质采用钢结构，具有良好的承载能力、抗变形能力[1]。

2.2 工艺原理

大型组合索道采用循环运输模式，主要由发料场系统（一般布置在山脚下）、牵引、返空及承载索系统、支架及支撑系统（山顶、塔位处）、驱动牵引系统、锚固系统、卸料场系统（塔位处）组成，如图1所示。

索道为4根重车承力索和两根空车返回承力索的组合索道，架设包括支架安装、牵引索架设、返空索架设、承载索架设、承载索张力测试、驱动设备选用、锚固设施布置、行走小车选用、索道弧垂系数控制、系统调试、检查试验等环节。其中，索道行走小车需要安装固定在承载索上，为确保行走小车平稳地运行，同时改善承载索的受力情况，行走小车由1根封闭的牵引索牵引，空车需要人工辅助进行转换，以实现小车的循环运输，提高工作效率。

2.3 施工工艺流程

施工工艺流程参见图2。

3 施工方法及要求

3.1 现场准备

一是索道架设前对线路进行详细调查分析，根基所需运输量、运输距离运输能力选取索道架设路径，提前对发料、中转、卸料支架位置等进行规划，尤其对有限的区域，应采取防止干扰的措施[2]。二是索道路径选择要点。发料场选择交通便利位置；索道架设路径应避免跨线施工；多路径对比，选取高差较小的连续的路径，且应避开不良地质地段；支架应尽量选取山包突出位置，索道尽量走直线，如有转角，转角尽可能小，转角一般不大于10°，最大不得超过15°单级索道的长度不大于2500m，跨越山谷等特殊情况需缩短跨度，跨距不大于1000m。多跨索道相邻支架间的最大跨距不大于500m，弦倾角不大于45°；承载索在每个支架上最大的折角一般宜控制在12～16°，大跨距两端支架的最大折角不大于30°。

索道路径勘察设计与计算。确定最不利工况条件，选择支架、钢索种类和规格；校核支撑器的受力及最大折角，校核支架的受力等；计算运输能力。

场地平整及通道清理尽量减少对环境的破坏，做好边坡治理、排水措施和临边安全防护措施。

通道清理。索道架设的初级引绳尽量采用无人机、动力伞、直升机等进行展放；通道清理宽度按照承载索和返空索之间的距离两边各加0.5～1m。

3.2 索道架设

3.2.1 支架安装

索道需要选择设置两处终端场地和多处中间支架场地，大型索道支架有钢管式和格构式，成品结构件通过法兰连接，每节质量控制在30kg，最大长度不宜大于2m，支架横梁长2.7m、底部宽2.7m，单柱支架和人字形支架为增加其稳定性，必须设置拉线锚桩固定[3]。

一是索道支架高度控制在3～6m，3m以下一般人工组立，3m以上利用抱杆进行组装。支架腿应安放在坚实平整的地面上，组装过程中采用拉线临时固定。二是支架立腿安装就位后进行上部横梁的安装，安装过程要检查确保各连接件连接牢固、可靠。三是索道支架锚固拉线与地面夹角不应大于45°，两侧受力均衡，使用紧线器对拉线调紧。四是安装支撑器，统一支撑器方向，避免行走小车方向混乱不统一。五是装卸场支架锚固方式，通过两根固定拉线搭设在支架两侧，呈八字形进行固定。拉线采用6mm×19mm钢丝绳，并用3～10t手拉葫芦进行调节，拉线夹角应满足现场及安全设计要求，一般拉线与地面夹角控制在不大于30°为宜。六是中间支架锚固方式。通过在支架45°方向上搭设4根拉线加以固定，呈八字形。七是直线支架允许有3°偏差，超过3°时需设计成带转角的支架。

3.2.2 牵引索架设

展放初导绳引导牵引索。一是地形起伏不大采用人力直接展放，地势起伏较大地段采用无人机展放轻质引绳再逐级过渡为牵引索。二是考虑分次运输塔材自重一般不大于5t，故索道采用破断力为180KN×18²防扭钢丝绳作为牵引索，承载索按照4.5倍安全系数考虑。三是无人机展放初导绳能适用于起飞场地小、地形条件差、交叉跨越复杂的输变电线路作业环境，4级风能满足普通线路展放初导绳的要求，3级风以下能适用于大跨越工程[4]。

滑车法架设牵引索。一是在支架上悬挂两个直线滑车，在终端安装两个带转向的滑车，将牵引索准确的放入带转向的滑车内，用钢丝绳卡头在起始端将一端临时锚固于地锚上，另一端缠上牵引机，适当张力将牵引索收紧后（牵引索的弧垂系数可取承载索弧垂系数的1.5倍），在起始端，将牵引索绳头放入带转向的滑车，并按照要求的圈数将绳头缠绕在驱动装置的滚筒上，最后将两个绳头插接或编接成循环牵引索。二是在转向滑车和地锚之间设置可调紧固器，以调整牵引索的张力。三是用机械牵引时，牵引索配有制动器装置进行张力展放，严禁采用人力控制，以防止绳盘失控放出伤人。经过制动器松绳时，牵引索在制动器上缠绕不小于6圈，尾绳必须由经过培训的两名专职工人控制。

3.2.3 返空索架设

返空索顾名思义是不承担运输货物的工作，仅供行走小车返回时使用，返空索选择两根φ18钢丝绳，通过牵引索及牵引机逐步过渡，返空索还可以用来展放承载索。一是在对牵引索与返空索固定时，为防止两绳相互缠绕，在固定处的返空索进行配重。二是用牵引机慢速牵引返空索，当返空索接近中间支架时，用人力将钢丝绳卡送过滑轮，并将返空索置入另一个滑车，当返空索到达终端后，用U型环将返空索与地锚固定，然后从滑车卸出返空索放入支撑器。三是通过钢丝绳卡线器和绞磨、葫芦配合，在起始端将返空索调紧至设计要求张力，然后将绳头锚于地锚上。

3.2.4 承载索架设

承载索是承载塔材重量的承力索，由于运输塔材最大达5t，按照3.0倍安全系数考虑，选择4根φ19.5钢丝绳作为承载索，破断力192.6kN。一是返空索安装完成后，将行走滑车挂在返空索上，再将承载索放入滑车内，通过牵引机牵引到终端，最后在各个支架上将其移入支撑器上。二是在终端通过地锚方式将承载索固定。三是同返空索，在起始端，通过钢丝绳卡线器和绞磨、葫芦配合，将承载索调紧至设计要求张力，然后将绳头锚于地锚上。四是承载索架设完毕后，必须对其进行张力检测，确保其达到设计要求，常用拉力表直接测试法（拉力表直接读数）和振动波法（公式计算法）。

3.2.5 驱动设备应用

目前，输变电线路工程施工常采用的索道驱动装置有汽车后桥式牵引机（轻型）、双滚筒机动牵引机（轻型）、张力放线牵引机（重型）等。一是汽车后桥式牵引机具有结构简单、安拆、搬运方便、运行速度快、造价低等优点，常用于运输量较小的索道运输。二是双滚筒机动牵引机因转速较低，运行缓慢，常用于运输量较小的单跨往复式简易索道。三是张力放线牵引机具有牵张力较大、价格昂贵等特点，常用于5t级重型索道运输。

3.2.6 锚固系统形式

锚固系统组成索道系统的重要组成部分，由于其直接影响索道运行的安全，故地锚一般采用钢板式地锚和立式桩地锚。

3.2.7 行走小车要求

行走小车考虑承载力为60KN，上部安装8～12个行走轮，使小车能够在承载索上平稳的行走，中部装置采用钳口形式，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，配合倒链，用来提升、运送货物。

3.2.8 索道弧垂系数控制

进行钢丝绳收紧时，要对承载索、返空索、牵引索无荷载时最大档（控制档）弧垂系数S进行控制。一是当弧垂系数较小时，表明钢丝绳拉的较紧，张力大，容易被拉断，但行走滑车在索道上移动时产生的冲击较小，较容易通过支撑器，在荷载作用点上钢丝绳产生的弧度小，钢丝绳不易产生疲劳；二是当弧垂系数较大时，情况恰好相反。因此，弧垂系数的数值过大或过小均不合适。根据经验，输变电线路工程施工用索道推荐取承载索无荷载最大档的弧垂系数0.05。一般情况，返空索的弧垂系数等于承载索得弧垂系数，而牵引索的弧垂系数约等于1.5倍承载索弧垂系数。在进行收紧钢丝绳时，如挠度观测有困难，可采用拉力表配合紧线解决[5]。

S=F/L

式中：

S—弧垂系数；

F—控制中点处的挠度；

L—该档档距。

3.3 索道检验、运行及拆除

3.3.1 索道检查

索道检查。索道架设完成后或长时间停用后，在使用前必须按照规程、设计要求进行相关的检查、验收，确保安全后方可使用。

索道试验。一是空载试验。从端站发一辆行走小车，速度由慢至额定速度运行，运行过程中不得有任何阻碍。二是负荷试验。进行高速50%负荷、中速80%负荷、额定速度100%额定负荷荷载试验，每次试验完成后对整个索道线路与结构零部件进行检查，确认无异常后进行慢速110%超载试验。每次试验均为一次循环，每次试验时，至少进行一次制动试验。

3.3.2 索道运行维护

为了保证索道持续正常运行，同时延长索道设备使用寿命，需要对索道进行检查和定期维护保养，保养分为定期保养、每日保养、特殊环境保养。

3.3.3 索道拆除及场地清理

一是多级索道时，必须先拆除上一级索道，再拆除下一级索道。二是牵引索、返空索及承载索的拆除。利用葫芦和卡线器收紧，使接头不受力，在接头处切断，用葫芦慢慢放松索道至不受张力后取下卡线器，用牵引机将其收好盘好，严禁在不松张力的情况下，直接将绳索剪断。三是塔架拆除。遵循自上而下依次拆除的顺序。四是地锚拆除。先挖除锚坑回填土，再将地锚拆除取出，严禁在不铲出回填土的情况下，将地锚整体吊出。五是现场清理及植被恢复。现场的垃圾、材料等全部清理，对原有地形地貌进行恢复。

4 结论

输电线路工程中的单件塔件设计较长，单个构件最大重量往往接近5t，在高山大岭等复杂地形条件下，用以往山区索道运输方式运输工作显得极为困难，通过采用大型组合索道运输方法可有效减少施工运输上的困难，既减少了赔偿费用支出，也减少了对环境的破坏。