高陡边坡大倾角简易架空索道的设计与施工布置

李 乾 刚， 余 义 保

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，其右岸高边坡陡峻，高度达600 m，边坡分布有31块危岩体，这些危石和孤石掉落形成的落石将会影响到工程的施工和正常运行。对其进行治理时，面临着处理范围广，施工面狭窄，施工内容复杂等问题。项目部技术人员在现场针对高陡边坡中上部W17、W18及最大块W19(20)危岩体处(支护面积2.5万m2，需转运材料7 200 t)无法布置上锚点的难点，利用边坡已有地质探洞布置了2 t索道，结合人行爬梯进行支护材料及小型设备运输是保证右岸高边坡加固处理进度的关键。阿尔塔什大坝工程右岸高边坡处理结合天然地形特点，采取布置集束锚杆的方式对上锚点进行加固，确保了上锚点的拉应力满足需求。

2 索道设计

2.1 索道受力计算

架空索道系统包括由承重索、牵引索、承重缆索滑动系统及下挂结构、缆索地面转向系统构成的主缆索体系及由两岸承重锚固系统、下游岸地面转向系统地锚及卷扬机地锚基础构成的锚固和基础体系。缆索牵引流程见图1。

缆索型式：单跨施工缆索。特性参数：跨度L=653 m，上锚点高程2 148 m，下锚点高程1 686 m，主索A、B两点的高差h=462 m，设计提升重量为2 t，牵引索附着在主索上。根据水利水电工程中架空索道承载索的工作矢量(跨中最大挠度与水平跨度的比值)一般取值为0.05～0.07，本工程取中间值0.065。初选承重索型号为6×37、直径36 mm，自重4.734 kg/m，钢丝绳最小破断拉力为70.19 t,根据《货运架空索道安全规范》(GB12141-2008)要求，承载索钢丝绳的抗拉安全系数及钢丝绳的最小破断张力与钢丝绳最大工作张力之比不小于3，故将该工程中钢丝绳的安全系数K取3。

收稿日期:2018-05-25图1 缆索牵引流程图

索道受力情况见图2。由于承重索为柔性结构，索本身不承担弯矩，因此，根据《水利水电施工组织设计手册》第五卷P784说明，当主索的两悬吊点之间有高差h时，在主索自重q和集中力PK共同作用下，则主索在两端点处的水平力H、垂直反力Va、Vb可按下述公式求得：

图2 索道受力简图

(1)

(2)

(3)

主索端点处的最大拉力为T0，

(14)

式中 β为两悬吊点的连线与水平线的夹角；h为两悬吊点的高差。主索受力计算及校核计算分别见表1与表2。

2.2 上锚点设计

由于受不规则探洞尺寸(底宽1.5 m，中心高1.7 m，水平长度为60 m)限制，预埋锚杆孔的分布按0.5 m×0.5 m排布，洞宽方向布设2排孔，沿探洞轴线布设长度约4 m。施工要求：探洞内的集束锚杆应预先布设，先放样设定承载索连接点位置(离探洞洞口约10 m)，使16根锚杆均指向预设的承重索锚固卸扣且锚杆锚入2 m的设计长度均应插入锚孔内，相互位置固定后一次性依次完成注浆工作。集束锚杆施工情况见图3。

表1 主索受力计算表

表2 主索的选用及校核计算表

集束钢丝绳应根据现场锚杆距洞口的远近调整钢丝绳长度，集束点数变化为16→8→4→1(该点离洞口距离为10 m左右)→主索；集束钢丝绳数量的变化为8→4→4→1(φ36主索)；钢丝绳规格变化为φ16→φ26→φ26→φ36(主索)。钢丝绳集束连接应避免钢丝绳相互干扰，必要时将其用方木隔离开，紧线扣的安装需考虑便于现场调整作业。

图3 集束锚杆施工图

承重索φ36(6×36WS+FC-1870)下方垫枕木，承载索在探洞洞口通过枕木处按承载索实际走向刻槽定位；起重索φ16(35W×7+FC-1870防扭转)于枕木中间钻孔穿过；牵引索φ16(6×19S+FC-1870)穿过最下层枕木且牵引索转向滑轮布置在探洞外侧，索道上锚点探洞口方木支架施工情况见图4。

图4 索道上锚点探洞口方木支架施工图

上锚点主索端点最大拉力Ta=234.24 kN。根据水利水电工程锚喷支护技术规范要求，内锚固段胶结长度安全系数K值取1.5，端头锚筋采用孔壁与介质之间的抗剪力计算锚杆承受的设计张拉力。

P=πLτD

式中P为孔壁与介质之间的抗剪力(kN)；D为锚筋孔径，D=28 mm；L为有效锚固长度，取2 m；τ为孔壁与混凝土之间的粘着力。对于水泥胶结材料与围岩粘结强度，取值0.8 N/mm2，故P=

3.14×28/1 000×2×800=140.67(kN)。

由上可知，锚筋抗拔拉力设计值为140.67 kN。

安全系数K=p/F

式中F为要求锚筋抵抗的外力值(kN)；若按照1.4荷载分项系数考虑，则有：

K实际=140.67/(234.24/16×1.4)=6.8，满足抗拔要求。

2.3 下锚点设计

采取浇筑钢筋混凝土结构即可满足下锚点拉应力要求。起重卷扬机、牵引绞车应根据现场实际条件放样布设，亦可同侧布置；距下锚墩的距离不得小于10 m，且安装部位应有20 m×30 m的平坦场地，起重卷扬机、牵引绞车混凝土基础浇筑前须确定预埋螺栓孔位和两机高程台阶。沿索道轴线方向布置预埋锚杆4φ32(L=8 m)及竖向受力锚杆9φ25(L=2 m)，锚杆材料为HRB400热轧螺纹钢筋；混凝土钢筋笼主筋材料为φ18，周边钢筋为φ12，钢筋连接方式采用现场绑扎工艺，混凝土墩外围尺寸为2 100 mm×2 000 mm×1 297 mm，混凝土强度级别为C25，浇筑方量约5 m3。锚碇计算情况见表3，索道下锚墩结构见图5。

表3 锚碇计算表

2.4 索道运输参数

架空索道采用SQJ-50A型索道牵引机(电动)，牵引钢丝绳规格为φ16纤维芯钢丝绳，卷扬机布置在下锚点附近，平台高程约1 686 m。卷扬机平台采用钢绳锚杆将卷扬机基础与基岩连接，锚杆采用6根2φ16砂浆钢绳锚杆，入岩2 m，索道运输参数见表4。

3 施工及运行要求

(1)采用索道作为材料及设备的主要运输工具能保证运输强度和工期以及成本控制。但是，作为索道更重要的目的之一是确保施工安全。索道作为特种设备，其自身具有一定的安全风险，在施工过程中必须制定相关制度，严格按照设计要求进行施工，严格按照制度进行管理，即可避免索道作为特种设备的安全风险。

图5 索道下锚墩结构图

运行参数数值索道额定载重量/t2小车往返一次时间/min35.3运输能力/t·h-13.4 每天工作时间/h·d-112运输能力/t·d-140.8 运输能力/t·月-11 019.8

(2)在承重索布设过程中，应严格控制索道垂度，张拉时在承载索上布设标识，先用手扳葫芦将承载索张拉至标识处，然后悬挂相应的配重调整后固定。

(3)索道安装分部项目完成后应履行报验手续，由项目部工程、质量、安全、测量、机物等相关部门的人员进行复核检查(检查记录与签字手续归档保存)。索道作为特种起重运输设备，其合格证、质量证明文件、检查记录、维修记录、保养记录等文件应归入特种设备档案，由设备部门管理。

(4) 索道运行时，操作工必须经过培训、熟练并掌握操作设备的“结构、性能、基本原理”，做到“会使用、会维护、会保养、会处理一般性故障”，经考试合格并取得操作资格证后方可上岗操作。

4 结 语

阿尔塔什水利枢纽右岸边坡采用在地质探洞内布置2 t架空索道处理高陡边坡上大范围分布的危岩体，有效地解决了前期施工场地限制。索道投入使用后，能满足工程施工所需材料的运输以及100B等潜孔钻机、4 m3/min空压机等运输需求,有效加快了危岩体处理及支护施工进度，确保了右坝肩开挖重要节点目标的完成,至2017年7月已完成施工材料、设备运输7 200 t,索道运行安全。