高边坡固定式缆索起重机安装施工技术

李林LI Lin；陈涛CHEN Tao；杨远波YANG Yuan-bo

（中国水利水电第四工程局有限公司第三分局，甘孜 626200）

0 引言

目前缆索起重机形式多种多样，其主要用于桥梁工程、公路工程、大中型水电站、水利枢纽等工程设备、材料吊运。而在高边坡、地势落差大且交通不便的工程中，无塔架固定式缆索起重机（以下简称“缆机”）以便于灵活调度，运输方便的优势，越来越受建设单位所青睐。孟底沟水电站缆机工程存在地质条件复杂、山体陡峭且落差大、安装条件差、交通不便等问题，从而增加工程施工难度。通过现场考察及一系列的技术措施优化解决本工程施工难点，为类似工程提供经验和指导。

1 工程定位

孟底沟水电站位于四川省凉山州木里县和甘孜州九龙县交界处，工程共布置2 台缆机，从下游往上游依序编号为1#、2#（如图1）。现场施工道路不能满足机械设备通行条件，需在主缆索吊上方安装5t 辅助缆索吊，作为缆机设备结构件及材料的吊运，其中1# 缆机设计跨距为776m，设计额定起重量为25t，设计扬程400m，左岸上料平台高程2101m，左岸机房平台高程2480m，左岸锚固平台高程2514m；右岸锚固平台高程2500m，平台最大落差为413m。2#缆机跨距438.5m，设计额定起重量20t，设计扬程200m，左岸上料平台高程2181m，左岸机房平台高程2255m，左右岸锚固平台高程均为2285m，平台最大落差104m。

图1 孟底沟水电站固定式缆机立面图

安装工艺流程：准备工作→辅助索安装→机房内设备及滑轮安装→主索安装→小车、承马安装→工作索、吊钩安装→安全保护装置调整及电气系统调试→负荷试验→验收。

2 工程特点

①本工程属于项目最前期，现场交通条件差，施工环境复杂。缆机锚固及机房平台位于高临边、高边坡部位，山体陡峭、多悬崖峭壁，施工设备及材料的运输难度大。同时本工程安装缆索吊工期较紧张、施工难度大。

②缆机安装全部采用非常规安装方式，受交通条件限制，以人工+小型机械器具为主，两岸自然边坡与钢丝索干涉大，需增设钢结构门架、滑轮及辅助地锚，各类材料投入大，涉及各工种人员众多。

③本工程主索采用单层Z 字型结构密闭索，在安装中控制不当，极易造成跳丝现象，需充分考虑过江施工干扰、弯折度控制、受力控制、牵拉方式控制及垂度控制。

④缆机安装作业施工范围广，与其他土建施工部位存在相互影响、相互干扰的问题，需要大量的协调工作；因地势落差大，施工过程各工种作业人员、各部位作业人员之间都存在大量的统一指挥、统一协调工作。

3 固定式缆机安装施工技术

3.1 辅助地锚及缆机埋件安装

3.1.1 辅助地锚安装

缆机安装施工所需辅助地锚多达130 余个，分别布置于左右岸施工平台及自然边坡干涉部位，用于绳索导向及锁定。其结构采用座板式和埋入式，材料选用Q235-B 碳素结构钢制作，作用于地锚上的拉力均按缆机安装受力计算值3 倍校核，安装完成后经拉拔试验及验收合格后方可进行使用。

就改革属性归类而言，监察体制改革不属于行政管理事务，并涉及到修宪权的行使，由全国人大常委会做出授权，显然缺乏合法性依据。因此，为了保障改革前期宪法设计的合法化，对于试点授权要区别对待：第一，要明确授权试点不能涉及到制宪权的范畴，比如不能就人民民主专政、人民代表大会制度等国体和政体的宪法基本原则内容试点授权改革；第二，涉及到宪法修改或者触动基本法律基本原则的试点授权，必须由全国人大做出，其他授权则可由全国人大常委会做出。

3.1.2 缆机埋件安装

本工程为固定式缆机结构件安装以金属结构埋件预埋为主。埋件安装精度要求高、数量多、具有一次性。安装前，对埋件尺寸、平整度及孔位等变形量进行复核校正，安装过程采取测量仪器全程检测，安装调整误差±1mm；同时在混凝土浇筑后进行变形复测。

3.2 辅助索安装

辅助索即缆机安装用的各类辅助绳索，主要用于辅助配合牵拉主索安装。辅助索安装，采取先右岸侧再左岸侧逐一进行安装，使用抛绳器选择河道较窄部位将ϕ8mm 纤维绳抛掷过江，再用20kN 卷扬机及人工配合将ϕ8mm 钢丝绳牵引过江并牵至锚固平台经导向滑轮返至上料平台。同理将右岸侧绳索形成，在上料平台将两根钢丝绳进行插接形成封闭循环，其插接长度不小于40 倍钢丝索直径。通过2 台160kN 卷扬机配合，将绳索跨江段垂度拉起，再以小索带大索方式最终形成ϕ32mm 往复循环索。为确保辅助索牵拉安全，垂度控制在L/8%～10%。

3.3 主索安装

本工程25t 缆机主索采用4 根ϕ50mm 密闭索，由于密闭索需承受巨大的张力、很强的耐磨性和抵抗冲击及横向压力的能力，但由于其结构的特殊性，易发生跳丝导向半径不小于40 倍索径，需充分考虑弯折度控制、受力控制、牵拉方式控制及垂度控制等措施。

主索安装工艺：主索盘架安装固定及主索吊装就位→右岸侧索头牵拉→张紧滑轮组安装→左岸侧索头牵拉→左岸侧索头安装→主索垂度张紧→右岸侧索头安装。

3.3.1 右岸侧主索牵拉

右岸侧主索牵拉受力经计算约95kN。使用循环索及索卡将ϕ32mm 的牵拉索带至右岸支墩穿过滑轮，再将牵拉索与循环索进行卡接，带至上料平台与主索索头处专用夹具连接固定。专用夹具安装位置距主索索头16m 处，与牵拉索连接使用3 个320kN 卡环及钢丝绳锁定。辅助缆索吊吊住主索索头，启动牵拉索卷扬机收绳，辅助缆索吊跟随将主索缓慢向右岸锚固平台牵出，当主索索头到达边坡干扰部位时，辅助缆索吊提住预留索头，并在主索下方使用方木支垫；直至索头到达右岸锚固平台前主支墩处做临时锁定，并解除与牵拉索连接。此时，主索卷筒上的主索还剩余近200m。为防止剩余主索在地面摊开过程出现爆丝现象，制作移动滑车将主索盘至地面。过程中检查主索表面是否存在断丝、隆股、异常磨损等质量缺陷，并对主索长度进行测量、标记及排序，测量需保证“同一人、同一尺、同一标记”，以确保测量精度。

3.3.2 主索张紧系统安装

根据主索设计空索垂度L/3.9%张紧最大受力经计算约为520kN。张紧系统选用4 个320kN4 门闭式滑轮组，ϕ24mm 张紧索（最小破断拉力为336kN），张紧倍率为8，安全系数为5；经计算滑轮组张紧力约2688kN＞520kN，满足主索张紧要求。张紧滑轮组安装前对其轴承、轮柄进行保养检查，分别安装至主索专用夹具及锚固端处的张紧地锚上，右岸主索锚固端距离主支墩11m，需考虑主索索头安装余量及主索马鞍弧长，确定张紧索长度并穿绕。待左岸索头安装完成后，张紧安装右岸侧索头。主索张紧力计算公式如下：

q—钢丝索单位重量；

L—A、B 两受力点之间跨度；

fmax—钢丝索最大垂度；

β—视线坡脚，即两受力点AB 与水平方向的夹角。

3.3.3 左岸侧主索牵拉及索头安装

左岸侧主索索头牵拉连接方式与右岸侧相同。当左岸主索索头到达机房平台时，主索垂度102m，其张力115kN，若再继续单绳牵拉主索则不满足施工安全系数要求。临时锁定主索，将牵拉索缓慢放松使主索临时锁定点受力，分别在主索锚固端处和专用夹具处安装320kN 单滑轮并穿绕好牵拉索改为2 倍率牵拉主索。为保证左侧索头安装其垂度需控制在70m～80m 之间。左岸索头牵拉时，可通过右岸张紧滑轮组释放主索垂度。当主索索头到达左岸主支墩时，人工使用倒链配合提起索头翻越主支墩直至索头到达主索锚固端处，再将左岸侧主索索头与拉板使用销轴相连接。

3.3.4 主索安装工艺优化

因主索为密闭索，为解决主索牵拉方式的问题，设计制作主索专用工装，使用M24*220mm*10.9S 高强螺栓将工装与主索固定，并使用铜垫对主索进行防护，螺栓力矩严格按照设计要求进行紧固，确保主索牵拉过程安全可靠。为确保主索安全缓慢施放，设计制作主索导向装置及卷筒装置，通过主索卷筒制动装置和导向装置缓慢施放主索，确保施工安全，减轻劳动强度。

现场山体陡峭、坡度大、多悬崖峭壁，导致绳索施工与山体干扰，易造成绳索损伤、岩石脱落等安全隐患。通过结合现场地形分析研判，确定在左右岸边坡绳索与山体干扰部位安装钢结构门形支撑架、安装导向滑轮和安装托辊，从而解决绳索与山体干扰问题。

3.4 机构、小车及承马安装

3.4.1 机构安装

缆机机构安装主要为牵引机构和起升机构，其重量分别为9.6t、14t，而辅助缆索吊最大额定载荷为5t。安装时，需进行解体，分批次吊运至机房平台进行组装。吊运时，对齿轮、联轴器、制动器等进行防护及做好标记。同时，因辅助缆索吊轴线范围距离机房约10m，为使机构能顺利安装就位，根据机构底座尺寸，采用工字钢制作钢结构滑道，在滑道上组装完成后，使用5t 卷扬机牵引配合安装。先安装牵引机构，再安装起升机构。

牵引机构安装顺序为：标记定位线→安装牵引驱动装置及机架→平面度调整→安装摩擦卷筒组件、机架→高速联轴器调试→机房及导向滑轮安装。起升机构安装顺序为：标记定位线→机架与地脚螺栓连接→平面度调整→制动器、减速器、电机安装→卷筒装置安装→高速联轴器调试。其高速联轴器调整参数控制一致（如表1 所示）。

表1 高速联轴器参数控制表

3.4.2 小车、承马安装

缆机小车长为12.6m，总重约5.6t，其主要由车轮组、三角梁、平衡梁、主横梁、检修平台及栏杆等组成。安装前需在主支墩前上游侧搭设安装平台。先安装车轮组、三角横梁及平衡梁并放出15m，使用卡环及钢丝绳将三角梁进行临时锁定，预留小车横梁位置。同理，安装第二组。

因辅助缆索吊与缆机轴线间隔8m，使用辅助缆索吊将小车横梁吊至主索下方，需使用倒链配合接钩，同时，辅助缆索吊缓慢落钩调整小车主横梁角度。当起吊绳完全松弛时立即摘钩，使用倒链缓慢起升对位安装。同理，安装小车平台、护栏、承马等。25t 缆机承马共计8 个，左右岸各4个，按序逐一安装。

3.5 牵引、起升索安装

3.5.1 牵引索安装

缆机牵引索长度为1830m，直径ϕ36mm，最小破断拉力为838kN。其安装流程：卷扬机缠绕新牵引索→与牵拉索头卡接→左岸主支墩牵引双滑轮下游侧→左岸平台水平滑轮1→左岸平台水平滑轮2→左岸侧支墩滑轮→右岸侧支墩滑轮→右岸平台水平滑轮2→右岸平台水平滑轮1→右岸主支墩滑轮→小车右岸牵引固定装置→牵引索张紧→穿牵引机构摩擦轮→左岸主支墩牵引双滑轮上游侧→小车左岸牵引固定装置。

将牵引索整齐缠绕至卷扬机并将索头拉出与牵拉索使用ϕ32mm 索卡连接，启动卷扬机将一收一放，将牵引索带至左岸侧主支墩穿过牵引滑轮、水平滑轮1、水平滑轮2、侧支墩滑轮与循环索卡接，并悬挂重物做防扭措施。启动往复索卷扬机将牵引索牵拉过江至右岸锚固平台，穿过侧支墩滑轮、平台滑轮及主支墩滑轮与往复索卡接。同理，将牵引索带回左岸锁定至小车右岸侧。当牵引索过江至跨距1/3 且预留不低于5 圈时，牵引索需接长约800m，牵引索索头带至左岸主支墩穿过滑轮、机构摩擦轮，再带回左岸主支墩穿过滑轮，待侧支牵引索垂度张紧后，切除多余的绳索，锁定至小车左岸侧。

牵引索最小垂度为f=31.6m，张紧受力经计算282.4kN，张紧倍率为2，张紧索为ϕ32m，最小破断拉力为598kN，根据起重吊装施工技术规范安全系数不宜小于3，398.7kN＞282.4kN，满足张紧受力要求。具体参数控制如表2。

表2 牵引索张紧垂度控制表

3.5.2 提升索安装

缆机提升索长度为1730m，直径ϕ36mm，最小破断拉力为838kN，与吊钩安装需同步进行。其安装流程：提升索缠绕至机房卷筒→左岸主支滑轮→承马→小车左岸导向滑轮→吊钩→小车右岸导向滑轮→右岸锁定。将提升索整齐缠绕至提升机构卷筒，起升索在牵拉时需使用卷扬机配合穿过小车左岸导向滑轮、吊钩及小车右岸导向滑轮，预留20m 的索头余量盘至小车检修平台上并在小车右岸侧滑轮处使用溜绳临时锁定。小车过江时，需全程观察小车与吊钩间距，当小车到达右岸时，将提升索索头锁定。

4 结论

孟底沟水电站缆机工程存在地质条件复杂、山体陡峭且落差大、安装条件差、交通不便、设备安装精度要求高、索索之间相互干扰等问题。通过一系列现场勘察、应用技术以及工艺优化措施，使得缆机顺利安装完成。为孟底沟水电站主坝浇筑奠定基础，同时也为类似工程提供参考。