架空索道在输电线路工程中的应用

1、架空索道在山区架空输电线路工程中的应用湖南送变电建设公司 李 浩【摘要】 随着电力建设的发展，解决输电线路施工中物资的运输迫在眉睫，架空索道在架空输电线路工程中是一种新的运输工具，它具有成本低、工效高、施工方便、不受气候影响等优点。湖南省送变电建设公司在四川省施工的500kV康崇线成功应用了这一施工工艺，本文对临时架空索道的架设、运行等情况作了介绍和探讨，以利于推进该施工工艺的完善和提高。【关键词】 架空索道 架空输电线路 物资运输一、 前言1.1 问题的提出随着国民经济增长，对电力的需求增加，电力工业飞速发展，根据我国经济发展和能源分布的具体情况，国家对电力传输提出了远距离、大容量、高电压、

2、节省走廊占地等实际要求，架空输电线路也随着向同塔多回、超高压、特高压、大截面导线方向发展。由此造成架空输电线路导线截面增大、铁塔、基础选型越来越大，输电线路物资运输量成倍增长；同时由于我国土地资源有限，输电走廊越来越紧缺，以及城市居民环保意识的加强，架空输电线路也逐渐向山区转移。成倍增长的物资运输量以及复杂的山区地形，极大的增加了架空输电线路的施工难度。物资的运输在很大程度上制约了工程建设周期，显然依靠人背马驮的原始方法已经不能满足施工的需要，研究新型的物资运输技术迫在眉睫。二、 索道工作过程在架空输电线路中，最常用的是双线循环式索道，其简易示图如图1所示，双线循环式索道由装载站、卸载站、支架

3、、承力索、牵引索、驱动装置、货车、锚固装置和张紧装置等主要部分组成。在装载和卸载站间架设不同直径的两根平行钢丝绳作承力索，承力索二端锚固，通过葫芦张紧，一根较大用于载重，另一根用于空载。承力索中间由若干支撑架支承。牵引索在两根承载索下方布置，并在装载站和卸载站通过滑轮、驱动装置布置成闭合环路并张紧。牵引索上用螺栓式抱索器等距固接料桶或吊钩等承重装置，料桶用于输送砂石或联板、包钢等短塔材吊钩用于输送长塔材，料桶或吊钩以承载索为轨道被牵引索拉动运行。在装载站，在重车侧承力索安装抱索器，装载货物，向卸载站方向运行；轻车侧承力索上抱索器、料桶或吊钩到达装载站时拆除，用于重车侧吊装货物。载重的货车到达卸

4、载站后，取下料桶或吊钩卸料。卸料后，空料桶或吊钩被发往装载站，完成一个循环。图1 双线循环式索道简易示图1、驱动装置：驱动装置是索道运输的动力，其动力可为汽油或柴油发动机，根据索道运输能力选择驱动装置。2、钢丝绳：钢丝绳分承载索、空载索和牵引索。承载索是用来承受货车重力的钢丝绳。空载索是用来让空货车返回的钢丝绳。牵引绳是用来牵引货车运行的钢丝绳。为使钢丝绳耐弯曲，牵引索的钢丝绳强度不宜过高，一般为1670Mpa/mm2。3、抱索器：抱索器的一般结构如图2所示，行走轮可在承载索和空载索上滚动，吊钩与所运货载相连，螺栓钳口与牵引索相连，利用螺栓固定于牵引索上。进站时挂接于重车侧钢丝绳上，出站时从重

5、车侧钢丝绳上拆除，固定于轻车侧钢丝绳上。4、支撑器：支撑器的作用是把钢丝绳支撑在架上，支撑器的一般结构如图3所示。 图2 抱索器 图3 支撑器5、锚固系统：锚固系统包括索道两端地锚、驱动装置地锚等，用来锚固承载索和空载索的装置。6、支撑架：支撑架可用树木搭设，或采用350350抱杆。一般选用门型支架。7、货车：运输砂石材料时货车可采用自行加工的货车，由废旧铁制油桶自行加工，运输铁塔材料时可直接固接于抱索器上，取消货车。三、索道设计索道设计一般可分为两个步骤：一是初步设计；二是各部件强度校核，即工机具的选取。3.1 初步设计初步设计根据现场地形条件，主要凭经验进行。设计内容包括选线定位、确定运输

6、能力、确定有关参数和系数。1、选线定位 选线定位包括索道架设距离的测量、地形高差的测量、支架位置的选取、装载站及卸载站的选取。其要点为：索道应尽量走高差小的直线，如有转角，转角度数也要求尽可能小。支撑点间的上下倾角最好小于20度，支撑架的位置和高度必须保证在任何工作条件下，货物与地面都有足够的距离，支撑架的间距不宜过大，最大间距一般为300400米，不宜超过600米。装载站宜选取靠近公路，装载站场地应不小于35m2，便于材料堆放。卸载站宜选取靠近塔位处。索道架设的距离一般不超过2km。2、确定运输能力 索道的运输能力包括索道的单件最大荷载（即索道吨位）和日运输量。索道的单件最大荷载，即铁塔部件

7、、基础材料和所运施工机械中最大的单件重量。日运输量可用下式计算： （1）其中：W日运输总量，吨； P0单件货物重量，吨；t索道一天的实际工作时间，分；多件连运时，单件货物之间的距离，米；牵引速度，米/分； 时间损耗系数，取1.1；t1第一件货物到达索道终点所需时间，分； t2装卸时间，分。3、参数的确定 参数的确定主要包括承载索无载荷的中央弛度比S0、安全系数、冲击系数的确定。a、承载索无载荷的中央弛度比S0 S0的定义是：该档承载索在无载荷时，在中点处的弛度f0与该档水平档距的比值（见图4），即。S0一般取0.03。一般空载索的中央弛度比与承载索的相同，而牵引索的中央弛度比约为承载索的1.2

8、1.5倍。图4 中央弛度比S0b、安全系数 承载索和空载索的安全系数一般取，牵引索取。c、冲击系数 考虑到起动和停止以及紧急制动等情况，强度校核对实际载荷要乘以一个冲击系数 ,一般取1.31。3.2 强度校核 强度校核是对初步设计的结果进行比较精确的计算。首先根据载荷条件计算各构件受到的最大外力，然后校核各构件的强度。主要是校核各种钢丝绳，一般采用架空线法来计算各种载荷条件下的钢丝绳张力。由于索道运行中各构件的最大受力出现在每档仅一件载荷而且单件最大荷载位于最大档中点时，取构件所受外力较大者作为强度校核条件。图5 单件最大载荷（一档仅一个载荷）首先校核承载索的强度，也就是求出承载索的实际最大张

9、力。由于已经设定了承载索的无载时中央弛度比S0，所以可求出承载索的无载时的水平张力H0，然后根据钢索在各种不同受力情况下水平张力之间的关系的“状态方程”，分别求出承载索在单件最大荷载和多件连运时的水平张力，进而求出位于索道最高点的承载索最大张力，并根据安全系数进行校核。第二步是校核牵引索的强度。牵引索在实际运行中所受的张力包括牵引货物移动所需力和牵引索本身悬挂的张力等。它们可分别逐一计算，然后相加，再根据安全系数进行校核。第三步是校核返空索的强度。方法与校核承载索基本相同，即利用状态方程求解。四、索道应用实例4.1 500kV康崇线的特点康定崇州500kV输电线路工程(标段)共有铁塔40基，线

10、路全长21.003km，全部位于高山地区，山区内地形复杂，总计物资运输重量约为15000吨，小运距离2-8km，运输高度100500米。根据线路情况共架设10付索道。由湖南省送变电建设公司负责施工的施工段其具体情况如下：1）本线路所经地段主要为高山峻岭，运输距离远、运输道路陡峭、甚至无运输道路，如采用人力运输或畜力运输，需耗费大量人力及物力修筑运输道路。2）本线路所经地段沿线森林资源丰富，且属于国家天然保护林区，如采用人力运输或畜力运输，修筑运输道路将造成大面积砍伐，造成大量资源浪费。3）本线路地段处于四川省雅安市天全县境内，雅安市素有“雨城”之美名，全年降雨量丰富，众所周知，人力运输或畜力运

11、输受天气影响较大，雨雪雾天气均不能照常工作。4）本线路地段为同塔双回路，导线型号为LGJ-630/45,所以本线路的物资运输量较大，总物资运输量接近20000吨。5）施工任务紧，四川省电力公司要求2008年12月底工程必须完工。为了解决以上问题，湖南省送变电建设公司率先在本线路中采用了双线循环式索道运输物资，并取得了成功。4.2 强度校核计算1、已知条件a、8#索道路径的纵剖断面示意图和支架位置如图6所示。图6 8#索道路径纵剖断面示意图b、载荷条件如表1表1 载荷条件一档仅一件的单位最大荷载货物重1吨货车及抱索器重0.02吨各单件间距受风面积c、初步计算根据地形和载荷条件，按前述设计要点选出

12、表2所列钢丝绳作为主要钢丝绳，然后再分别进行强度校核计算。表2 初选钢丝绳用途钢丝绳结构直径（mm）单位重量(吨/m)破断拉力(吨)钢丝总断面(mm2)弹性系数（吨/mm2）承载索637空载索637牵引索619d、取最大档（BC）承载索的无载荷中央弛度比S0=0.03。索道运转时的风速取16米/秒，此时钢丝绳承受的风压为0.016,货物承受的风压为0.0224。2、单件最大荷载时承载索强度校核承载索上出现最大张力的位置在索道的最高支撑点（D点）。出现最大张力的载荷条件可能是单件最大载荷位天最大档（也称为计算档）中点时，也可能是在多件连运时，所以要分别求出D点的张力，进行校核。a、求单件最大荷载

13、时的计算荷载 （2） b、求无载荷时承载索的水平张力H0 （3）c、求最大水平张力当单件最大荷载位天BC档的中点时，承载索的水平张力达到最大值。可利用如下状态方程求得：。其中：A、B分别为方程中的一项 （4） （5） （6）由式（5）可知，为求B，要先求、等考虑风风速的修正系数和方程中的一项。 （7） （8） （9） 将A、B代入状态方程(4)，用试算法可求得：。d、求D点承载索的张力 式中：为计算档的较低支撑点到索道最高点的总高差。由于，所以强度合格（承载索安全系数）。2、牵引索强度校核a、求载荷移动的牵引力每件荷载被牵引的重量； b、求运转摩擦力 c、求牵引索的无载荷水平张力 d、求因高差

14、引起的牵引索张力差e、求总的牵引力 f、校核安全系数，所以强度合格，（牵引索的安全系数）3、采用与承载索强度校核的同样的计算方法，可知空载索强度也符合要求。五、经济比较与可行性分析5.1 经济比较表3、几种运输方式工日比较比较项目人力运输畜力运输索道运输直接运输劳动力（人）3212（另马20匹）12直接运输天数（日）432修筑运输道或架设索道工日（工日）20020050总 工 日32829674总工日比较(%)445%400%100%注：一匹马相当于1个工日。表4、几种运输方式单价表运输方式价 格备注人力运输（180250）*地形系数）元/吨公里地形系数取山地2（2.5），高山2.5。畜力运输（7080）*地形系数）元/吨公里双线循环式索道运输40120元/吨公里注：地形系数括号内数据为大件物品运输。此外，利用索道运输还可节约运输道路修筑费用及通道林木砍伐费用。通过经济比较，可以看出，采用索道运输可以节约费用，经济效益显著。利用索道运输缩短工期所创造的经济效益更是巨大的。 5.2 架空索道的可行性分析1）架空索道在矿山运输矿产资源及在林区运输木材都得到了成功的应用，并有了成熟的施工方法和施工经验。2）架空索道所需要的工器具较为简单，部分工具可以自行加工，如货车、抱索器等，且运行维护较为简单。3）架空索道架设周期短，架