纜機在溪洛渡拱壩施工中的應用

莫讓華，于 浩

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水電站大壩為混凝土拋物線雙曲拱壩，壩頂高程610m，建基面最低高程324.5m，最大壩高285.5m，壩頂拱冠厚度14m，壩底拱冠厚度60m，頂拱中心線弧長681.51m，雙曲拱壩內設有10個導流底孔、8個泄洪深孔和7個表孔。在電站共布置5臺30t平移式無塔架纜索起重機，5臺纜機共軌，主車布置在右岸，纜機平臺寬19m，主索鉸點高程720m，副車布置在左岸，纜機平臺寬14m，主索鉸點高程700m，起料點布置在右岸高程605m平臺。纜機軌道基礎為紫紅色凝灰?guī)r，基巖面四周設置φ22鋼筋，軌道基礎為C30重力式大體積鋼筋混凝土結構，軌道梁采用固結灌漿和預應力錨索加固，纜機平臺前后邊坡使用系統(tǒng)支護，覆蓋層邊坡使用拱形骨架護坡。

2006年8月，先安裝1號纜機用于壩肩開挖和邊坡支護，2008年5月安裝完成2～4號纜機。為了加快工程施工進度，2010年9月再安裝了5號纜機。5號纜機的安裝為工程持續(xù)高強度生產(chǎn)奠定了堅實的基礎。

纜機運行的主要技術參數(shù):

2 纜機安裝

纜機安裝的難點是主索過江，主索過江的條件是布置合適的左、右岸輔助索地錨和選擇兩根輔助索的最佳空載垂度。

2.1 確定左、右岸地錨

根據(jù)溪洛渡水電站的地理環(huán)境，左岸輔助索地錨布置在高程680m平臺上，距離邊坡12m，單個地錨通過10根長度為4m的M32螺桿固定，采用YC錨固劑灌漿，以保證輔助索地錨與巖石整體受力。右岸輔助索地錨布置在前軌基礎邊坡的臨時鋼筋混凝土墩上，地錨通過10根長度為1m的M32螺桿固定，螺桿預埋在混凝土墩內。通過受力計算，左、右岸地錨螺桿安全系數(shù)為2.03，右岸混凝土墩整體安全系數(shù)為2.31，地錨受力強度滿足主索過江要求。

2.2 選擇輔助索的空載垂度

結合主索過江時的最大水平張力及鋼絲繩的最小破斷拉力，2根輔助索選用φ52鋼絲繩，牽引繩選用φ26鋼絲繩。考慮到左右岸纜機平臺的場地限制，右岸前軌高程719m平臺布置1臺15t卷揚機，左岸高程680m平臺布置2臺10t卷揚機，2臺卷揚機交錯布置。

左岸10t卷揚機通過32t滑輪組架設2根φ52輔助索，確定2根φ52輔助索空載張力為18 000kg，φ52輔助索單位長度重量為10.3kg/m，左右岸輔助索地錨高差39m，跨距659m。

經(jīng)計算，φ52輔助索空載時的中點垂度為31.2m。

1號纜機安裝時，φ52輔助索為新鋼絲繩，空載垂度為4.73%，計算得右岸15t卷揚機的牽引力約為8t。2～5號纜機安裝時，φ52鋼絲繩受力后延伸了0.2%左右，空載垂度確定為5.5%，計算右岸15t卷揚機的牽引力約為11t，2根φ52鋼絲繩的安全系數(shù)為2.66，φ26牽引繩的安全系數(shù)為2.97。

2根輔助索的平行度小于鋼絲繩直徑的一半，兩端各使用7個繩卡固定。

2.3 主索過江前的準備工作

主索從左岸向右岸過江，主索擱在輔助索的臨時承馬上，通過左、右岸卷揚機一收一放的方式完成主索過江，主車側的索頭提前在左岸完成澆筑。

(1)索頭懸出第1個臨時承馬0.7m，索頭鎖緊在φ26牽引繩上;

(2)索頭與第1個臨時承馬之間使用3個方卡固定，防止主索散絲;

(3)第1個臨時承馬與蝴蝶卡的距離為0.7m;

(4)所有臨時承馬的間距為25m，臨時承馬的保距繩預留一定垂度，第1個臨時承馬的保距繩鎖緊在φ26牽引繩上;

(5)在索頭上端中心位置設置U形環(huán)，φ26牽引繩穿過U形環(huán)牽引，始終保證了牽引繩在索頭的中心部位受力，避免承馬受力偏移后發(fā)生傾斜。

2.4 主索過江

對主索過江前的準備工作進行聯(lián)合檢查，并保持通信暢通、供電完全保障、人員全部到位、組織井然有序，主索軸線的上、下游各100m范圍內讓面。

主索過江過程中，左、右岸分別使用望遠鏡全過程監(jiān)控索頭的傾斜變化，兩岸施工人員聽從總指揮長的指令進行操作，并保證卷揚機的協(xié)調同步。

2.5 纜機負荷試驗

負荷試驗包括空載試驗、125%靜載試驗、110%動載試驗、100%急停試驗以及2臺纜機的同步試驗。空載試驗的目的是檢查機構的工作正常性、各限位裝置的準確性;靜載試驗的目的是檢查設備的結構承載能力、起升制動能力;動載試驗的目的是驗證設備整機性能;急停試驗的目的是驗證外部供電突然中斷后對設備的破壞能力;同步試驗的目的是檢驗2臺纜機動作的一致性。

2.6 纜機的輔助系統(tǒng)

(1)根據(jù)左、右岸地理特點，在纜機主、副車上空布置間距為50m的6根φ15架空鋼鉸線，鋼鉸線的兩岸端頭與接地網(wǎng)連接成一體，接地電阻小于10Ω，從而形成纜機的避雷系統(tǒng)，以有效避免垂直雷和感應雷對電器元件的破壞。

(2)為了在夜間能清楚觀察到承馬間、承馬與小車間的位置和距離，在每臺纜機主、副車的主索懸掛裝置上各安裝1盞場外強光投光燈，為承馬和小車在夜間的安全監(jiān)控提供保障。

(3)纜機供電采用一線一機，并增加開閉所，開閉所的作用為監(jiān)控電壓、互為備用，在機房內安裝電容補償柜，其作用是緩沖瞬間電壓波動過大。

(4)在纜機司機室內安裝攝像、錄音系統(tǒng)，隨時監(jiān)控司機是否存在違規(guī)操作，便于分析和處理纜機運行可能出現(xiàn)的安全事故。

3 纜機維護保養(yǎng)及安全運行

3.1 纜機維護保養(yǎng)

纜機維護保養(yǎng)的目的是保證設備運行正常，及時更換設備易損部件，保證設備自身安全運行;日常巡視檢查的目的是檢查設備在運行過程中的突發(fā)事件，發(fā)現(xiàn)異常后及時停機檢查和處理，保證設備處于完好狀態(tài)。

按照《纜機安全操作和維護保養(yǎng)規(guī)程》進行日保養(yǎng)、周保養(yǎng)、月保養(yǎng)和日常巡視檢查，做好維護保養(yǎng)和配件更換臺賬，建立日常巡視簽證制度，對重要部件如承馬、鋼絲繩、吊罐、滑輪實行重點監(jiān)控。

(1)每日定時檢查承馬和小車的運行情況;

(2)連接螺栓的緊固，主要受力構件的焊縫或斷裂檢查;

(3)鋼絲繩的斷絲監(jiān)控和加油保養(yǎng);

(4)各轉動軸、制動器的潤滑保養(yǎng);

(5)吊罐弧門的自動開啟、起吊繩的監(jiān)控使用;

(6)電器元件的定期清理和更換。

3.2 纜機運行安全

纜機運行安全包括纜機設備本身運行安全，以及是否存在司機誤操作、信號員違章指揮、零活違章吊運、纜機與塔機的交叉運行等。纜機運行中普遍存在的安全隱患是零活違章吊運和信號員違章指揮，不可控制的安全隱患是司機誤操作。

在纜機運行安全管理上，實行共同監(jiān)管、自覺遵守、及時糾正、持續(xù)改進的管理方針，采取提醒、教育、警告、重罰與獎勵相結合的工作原則。

(1)明確吊鉤以下的責任主體，制作零活吊運明白卡，規(guī)定各種起吊繩和卡環(huán)的限吊范圍，對起吊用具集中管理和統(tǒng)一使用，杜絕不同規(guī)格的起吊用具混合使用，嚴禁報廢的起吊用具繼續(xù)使用;

(2)零活吊運的基本要求是起重人員持證上崗，重物與起吊用具匹配，重物綁扎牢固，吊點選擇合理，不允許混吊、竄吊、兜吊、斜吊，重物吊離地面30cm后再次檢查重物是否綁扎牢固;

(3)加強操作司機崗位培訓，實行考核上崗，建立崗位淘汰制度;

(4)保證操作司機和信號員的信息暢通、頻道唯一、口令一致;

(5)保證操作司機的相對固定，實行定人定機、責任到人;

(6)對精神不佳或情緒較重的司機堅決不安排上崗;

(7)充分保證操作司機的休息時間，司機連續(xù)操作時間不允許超過4h，保持司機室的相對安靜;

(8)重罐離開高程605m平臺經(jīng)信號員確定無撒料后，通知司機向倉面牽引;

(9)吊罐離開起料點后告知倉面信號員，在吊罐距離倉面至少60m高度時，由倉面信號員給操作司機信號，讓司機知道吊罐處于受控狀態(tài)，信號員報話的間歇時間不超過5s，同時操作司機應不間斷地回復信號員給予的信號，在通信不暢通的情況下司機應及時停止運行;

(10)在吊罐距離倉面40m時下降速度減為4檔，距離倉面20m時下降速度減少為3檔，距離倉面10m時下降速度減少為2檔;

(11)實行纜機運行單位的值班主任輪流盯倉制度，加強對澆筑指揮和零活吊運的監(jiān)管和檢查，并及時糾正和現(xiàn)場教育信號員的違章指揮。

4 纜機澆筑

4.1 纜機澆筑實際強度

大壩混凝土從2009年3月27日澆筑以來，截至2012年7月25日，已累計完成澆筑525.2萬m3，其中2009年 33.9 萬 m3，2010 年160.1萬 m3，2011年216.9萬m3。最高月產(chǎn)量為2011年4月澆筑215 944m3，最高日產(chǎn)量為2011年5月4日澆筑9 239.5m3，最高臺班產(chǎn)量為2011年2月12日夜班澆筑5 438.5m3，單臺纜機最高月產(chǎn)量2011年11月為4號纜機澆筑46 356m3。

2009年3月～2010年8月，對應大壩8～22號壩段，纜機澆筑強度受制于大壩備倉進度，隨著大壩倉面全線鋪開，纜機澆筑強度受制于混凝土澆筑一條龍的運行管理水平。

查詢1～5號纜機從2010年8月～2011年7月運行自動錄入系統(tǒng)知，5臺纜機總共澆筑31 715.5臺·時，澆筑混凝土2 044 457m3，壩段范圍為5～26號，最低壩段高程383m，最高壩段高程467m。纜機澆筑混凝土的平均強度為2 044 457m3/(31 715.5h×9 m3/罐)=7.16罐/h。

查詢1～5號纜機從2011年8月～2012年7月運行自動錄入系統(tǒng)知，5臺纜機總共澆筑32 063.5臺·時，澆筑混凝土2 063 898m3，壩段范圍為3～29號，最低壩段高程467m，最高壩段高程557m。纜機澆筑混凝土的平均強度為2 063 898m3/(32 063.5h×9m3/罐)=7.15罐/h。

最高日產(chǎn)量的小時澆筑強度為9 239.5/(107.5×9)=9.55(罐/h);最高班產(chǎn)量的小時澆筑強度為5 438.5/(5×12×9)=10.1(罐/h);4號纜機最高月產(chǎn)量的小時澆筑強度為46 356/(680×9)=7.57(罐/h)。

表1為1～5號纜機完好率、利用率、澆筑量和強度統(tǒng)計。

表1 1～5號纜機完好率、利用率、澆筑量及強度統(tǒng)計

4.2 纜機澆筑理論強度分析

纜機澆筑混凝土的一個循環(huán)時間包括:

(1)側卸車與吊罐的銜接時間10～15s;

(2)側卸車對位時間25～30s;

(3)裝料時間35～40s;

(4)重罐提升時間30s;

(5)卸料時間20s;

(6)空罐最后30m的回位時間25s;

(7)牽引升降時間;

(8)倉面最后40m的對位時間。

纜機澆筑混凝土的一個固定循環(huán)時間T固約為2.5min。牽引升降時間取決于倉面位置和對應的高程，倉面40m的對位時間取決于倉面管理水平和信號員與司機之間的默契程度，正常情況下可控制在45s范圍內;空罐最后30m的回位時間取決于司機的操作水平，一般司機可控制在20～30s范圍內。

以16號中間壩段進行纜機澆筑高程332m的一個循環(huán)時間分析:吊罐按拋物線軌跡運行，牽引距離L=280m，垂直高差H=607－332=275m，重罐牽引加減速24s，重罐下降延時加速8s，空罐按2擋起升8s后再加速提升。

吊罐加減速牽引距離L=1/2×7.5×24=90m重罐均速牽引時間T牽=(280－90)/7.5=26s重罐下降延時加速距離H=1/2×3.5×4=7m重罐均速下降時間T降=(275－7－40)/3.5=66s

空罐上升延時加速距離H=0.6×8+1/2×3.5×4=11.8m

空罐均速上升時間T升=(275－11.8)/3.5=76s

空罐均速牽引時間T牽=(280－90－30)/7.5=22s

吊罐的升降時間大于牽引時間，因此牽引時間不占直線時間。

吊罐的一個循環(huán)時間T循=2.5min+12s+66s+45s+12s+76s=6min1s

16號壩段在高程350m的T循=5min55s、在高程380m 的 T循=5min47s、在高程410m 的 T循=5min38s、在高程 440m 的 T循=5min29s、在高程470m 的 T循=5min20s。

16號壩段在高程500m上，牽引時間與升降時間基本持平，但隨著壩段的不斷提升，相鄰壩段存在不同程度的高差，吊罐需提升至安全高度后才能進入聯(lián)合動作，因此在高程500m及以上的 T循≧2.5min+24s+26s+45s+24s+22s=4min51s。

結論:16號壩段澆筑強度可控制在10罐/h左右，壩段以左的澆筑強度逐步降低，但仍可控制在8罐/h以上;壩段以右的澆筑強度逐步增大，最大可控制在12罐/h的澆筑水平。29號壩段在高程557m的實測最高強度達到3min 50s。

溪洛渡纜機完全滿足混凝土澆筑高強度的運行要求，但從2010年8月至今纜機澆筑的實際利用效率僅為72%左右，仍有較大的提升空間。

4.3 纜機澆筑強度偏低的原因分析

纜機澆筑強度偏低的4個主要問題:

(1)纜機待料;

(2)部分重罐進入倉面后，待卸時間長;

(3)在纜機澆筑期間，隨意抽調纜機進行零活吊運;

(4)零活吊運準備工作不充分，單鉤使用時間較長。

4.4 提高混凝土澆筑強度的有效措施

針對混凝土澆筑一條龍存在的問題，可從以下4個環(huán)節(jié)加以解決，使纜機澆筑混凝土的利用效率達到85%以上，保證溪洛渡纜機澆筑的月產(chǎn)量持續(xù)達到20萬m3以上。

(1)簡化混凝土級配品種，規(guī)范要料指令，保證混凝土生產(chǎn)強度;

(2)增加側卸車數(shù)量，采用小挖機取料，提高取樣速度，從供料環(huán)節(jié)上減少或避免纜機待料;

(3)設置下料點標識，實行定點下料，并提高倉面澆筑管理水平;

(4)統(tǒng)籌調配纜機生產(chǎn)，零活吊運提前申請，集中吊運。

5 纜機運行中需改進的問題

(1)吊罐起料點布置在右岸高程605m平臺，基本處于纜機非工作區(qū)域的邊緣，左、右岸纜機平臺的高差達到20m，造成主索在起料點上空達到最大且反復地疲勞彎曲，從而使1～5號纜機主索在該區(qū)域存在不同程度的斷絲，其中3號纜機主索因為斷絲而報廢，于2012年7月完成更換。從3號纜機主索斷絲最嚴重的內部分析，主索上部由于擠壓變形，主索鋼絲之間無潤滑油后相互擠壓磨擦產(chǎn)生的高溫使鋼絲發(fā)黑，并產(chǎn)生大量的鐵粉，因此出現(xiàn)了主索加速斷絲現(xiàn)象。

(2)纜機副車結構是帶有水平臺車的鉤梁與主索懸掛裝置的端梁通過鉸制螺栓連接，從而使副車結構呈Z字形受力，端梁的垂直鋼板受較大的彎曲力矩。2012年3月，2號纜機副車端梁的垂直鋼板發(fā)生斷裂，立即停機采取補焊筋板處理。其他纜機也存在類似問題。

6 結束語

從2010年2月開始，溪洛渡大壩工程持續(xù)進入了超過10萬m3/月的高強度施工，2011全年達到了18萬m3/月的較高水平，纜機運行滿足了大壩工程進度的整體要求。截至2012年7月，1～5號纜機平均完好率達到99.3%，平均利用率超過90.5%，并實現(xiàn)了纜機運行的安全零事故目標。但是纜機的利用效率仍然不高，沒有完全體現(xiàn)纜機在混凝土澆筑一條龍的核心作用。