电网建设工程施工货运索道运输方式的研究

电网建设工程施工货运索道运输方式的研究

王建阳

（北京送变电公司北京房山102488）

摘要：索道运输技术在物料输送中发挥着重要作用，在地形复杂的山区灵活运用索道运输设备更是最经济的运输方式之一。文章针对索道运输技术索道运输方案索道设备，工作索的研究三方面来分析。

关键词:电网建设；货运索道；工作索；计算理论及方法

随着我国经济的飞速发展，电网工程投资力度的加大、电压等级的升高、大量输变电工程的开工建设，越来越多的地区建起了输电线路。与此同时，随着国家对环境保护的重视以及人们环保意识的增强，输电线路工程走廊的选择越来越困难，先期建设的工程占用了相对较好的电力走廊，后期建设线路的环境更加恶劣、地形更加严峻、地势更加陡峭。在地形地势复杂的山区和人力畜力难以到达的地区，越来越多地采用索道运输技术。索道架设灵活方便，在输电线路施工中可以运输大量的物料。

一、索道运输技术

1、索道运输优点

货运索道对自然地形的适应性较强,具有爬坡能力大、可以跨越山川、克服地障等优点。索道的高效、经济、节能,对环境影响较小等优点决定了其必将在输电线路施工中得到广泛的应用。货运索道与其他运输方式相比有以下优点:

(1)索道线路长度仅为公路的1/30-1/10,步行盘道的1/3-1/2,线路可随坡就势架设。无需修筑桥梁、涵洞,不需开挖大量土石方,对地形、地貌及自然环境的破坏小。索道建设造成的破坏是可恢复的,但公路和盘道所造成的破坏却是永久性的。

(2)索道运输基建投资一般比汽车公路和步行盘道少,经营费用低,通常仅为汽车的1/5-1/2,经济效益好,投资回收快。索道运输节约能源,一般为汽车能耗的1/201/10。有文献在对货运索道、带式输送机、汽车运输和铁路运输等方式进行比较后得出结论:不论在基建投资还是经营费用上,货运索道都是最经济的索道设计除了要严格遵守相关设计规范外,还需要结合施工地形、地质条件,料场的布置以及最重件重量等诸多因素综合考虑,与其他地面运输方式相比,具有许多独特的优点:(1)爬坡能力大(往复式索道可达100%以上)，(2)可以以最短的距离连接起点、终点；(3)占地少,工程量小；(4)基建投资低(5)可适应施工工艺所需位置卸载。

二、索道运输方案

1、索道运输方案

图1A系列索道工作索布置方案

输电线路工程索道按运输形式可分为有循环式和往复式,按承载索的数量可分为单索索道和多索索道,按中间支架的数量分为单跨索道和多跨索道。一般是根据当地气候、地理条件和索道要经过的交通要道以及要跨越的其他建筑设施等以及结合施工运输量、地形条件等制定相应的施工方案,再根据施工方案选择合适的索道运输方案及配置。根据全面的调研和研究,目前我国电网建设施工用货运索道主要采用的是单承重索方案,有循环和往复两种运行方式。其中往复运行方式索道虽然运输效率比循环式运行的低一些,但具有结构简单、易于架设与拆除的特点,在一定跨度范围效率降低不明显,比较适合建设临时性索道;循环运行方式对承载索要求比较高,驱动机构、站台布置复杂些。下面简要介绍常用的一些货运索道型式。

三、索道设备

1、工作索的布置

根据我国电网建设施工特点,输电线路工程施工所采用的物料运输方案及设备基本上都是简易且临时性的,因此对货运索道的要求要具备:安全、轻便、灵活,易于转运拆卸架设以及成本低廉等特点下面结合我国电力建设单位较为常用的一种型式———双承重索、单牵引索的布置方案为例,详细展开对其工作索的研究、计算、分析。

往复式索道具有结构简单、安装与拆除方便的优点。循环式索道结构复杂,需要庞大的回转装置。对于需要经常变换施工现场、灵活架设,并且拆除要求高的输变电施工现场建设,往复式货运索道比较适合,该种方案具有以下优点:(1)单次运重大,适合应用于总运量较大、工效要求较高的线路抢修工作。(2)由于运重由双承载索分担,对承载索锚固点地质状态要求低。(3)在同等运重下需要配备的承载索直径小,抗弯性能好,承载索使用寿命长。(4)承载索展放相对容易。

2、单承载索脉动式工作索布置方案

单承载索脉动式工作索布置方案如图2所示。该方案具有如下优点:运输效率高,在运重轻的情况下可沿承载索增加小车数量,适合常规线路运输工作。

图2B系列索道工作索布置方案

四、工作索的研究

1、承载索

对于承载索的计算,主要采用抛物线理论和悬链线理论两种计算方法,互为校核和补充。承载索受力的理论分析主要分为以下4种,其中抛物线理论中又分为3种计算方法。每种计算方法的适用条件是不一样的,主要反映在中挠系数的取值范围,具体如表1。

表1索道中挠系数范围

注:表中S0为无荷中挠系数,S为荷重后中挠系数。

以表2的某系列参数作为初始输入条件,应用抛物线与悬链线理论进行计算,单索荷重按运重1/2处理,输出参数数据如表3。

表2初始条件

根据经验,承载索采用钢丝抗拉强度1550～1850MPa的钢丝绳为宜。因同向捻钢绳比异向捻钢绳寿命提高50%～100%,所以电网工程索道设计中选用右同向捻钢丝绳。根据施工经验和相关规程、资料等综合研究后得出,安全系数取值要适当。通过大量试验得出:当抗拉安全系数取2.1时,承载索寿命最长,当安全系数超过4.5时,则会明显缩短承载索寿命。由于电力建设行业的特点,主要是用在电网工程输电线路建设上,属于临时性货运索道,因此,通过大量计算和实验研究,反复论证,取安全系数为2.25。根据钢索截面特性,承载索选型16NAT6×19+FC1670ZZ10088.6(GB/T8918),并用许用荷重法验算:

表3输出参数

自破断长度:

最大许用荷重:

满足工程应用要求。

2、牵引索

牵引索受力分析见图4。

本方案中最大升角按如下公式计算:

最大升角:35.4135°

最小升角:23.9034°

本方案中最大牵引力按如下公式计算:

最大牵引力:6548.36N

牵引索不需要达到承载索一样的张紧度,主要取决于牵引索长度,过长则容易绞在一起。现取中挠系数为0.1,应用悬链线理论计算牵引索

图4牵引索受力分析

最大张力Tmax=3535.48N。

牵引索受到的最大拉力为牵引力与张力合成,即TQmax+Tmax=10083.84(N)。根据以往的经验,牵引索可以大致取为承载索直径的1/2。对于双承载索索道,由于两根承载索直径相同,故可以选择与单根承载索直径相同。牵引绳则以采用抗拉强度1700～2000MPa的钢丝绳为宜。牵引索选型如下:10NAT6×7+FC1770ZZ55.435.1(GB/T8918)。抛物线理论是悬链线理论取前二次项的近似计算方法,一般认为悬链线理论的计算结果为真值。通过大量实例和研究分析,采用抛物线与悬链线两种计算理论的计算结果进行对比分析后可以得出,在中挠系数取0.02～0.06时两种理论计算结果误差率可以满足我国电网建设工程要求。据此,在电网建设工程货运索道的设计、计算、选择中,对应开展相关内容的分析和选择。

通过大量工程建设应用实践,该方案的研究理论得到了较好的验证。如:我国电网建设工程中特高压直流±800kV向上线输电线路湘鄂标段和四川省500kV康崇输电线路工程所处绝大部分地区位于高山峻岭之上,山势险峻、切割强烈、高差大,地形坡度达到50°,并伴有多变恶劣的气候,给工程建设山地运输带来了极大的困难。为此,工程建设者很好的利用了货运索道运输方案,该方案结合和参考了相关的技术研究成果,选择和配置相关工器具,不仅保障了工程的质量、安全和进度,解决了现场施工难题,更是取得了很好的经济和社会效益。

参考文献

[1]国家电网公司基建部.国家电网公司输电线路工程货运架空索道运输标准化手册[M].北京:中国电力出版社,2010.

[2]缪谦,白雪松.货运索道运输技术与设备研究[J].电力建设,2009,(12).

[3]GB50127—2007,架空索道工程技术规范[S].

[4]白雪松,缪谦.货运施工索道工作索选型设计探讨[J].电力建设,2007,(8).