索道施工法在中波重型塔桅桿拉線維護(hù)施工中的應(yīng)用分析

陳成輝

摘 ? 要：本文主要介紹了從具體工程實(shí)踐中總結(jié)出的一套對(duì)拉線式中波重型塔桅桿拉線進(jìn)行維護(hù)施工的方法——索道施工法。以工程施工為例詳細(xì)論述了該方法的使用及使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。通過(guò)選定高空作業(yè)位置點(diǎn)索道和吊籃的受力分析及計(jì)算，對(duì)該方法在使用過(guò)程中的安全性進(jìn)行分析論證，為從技術(shù)角度做好施工安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)防控工作提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：索道施工法 ?中波拉線式重型塔桅桿拉線維護(hù)施工 ?索道受力分析及計(jì)算

中圖分類號(hào)：TU248 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（b）-0056-06

1 ?工程概況

工程中對(duì)四座1.5m邊框，三方拉線式重型中波塔桅桿進(jìn)行維護(hù)大修，每座鐵塔的高度為93.175m，兩層拉線，其中第一層拉線懸掛高度為41.425m，拉線地錨位置與鐵塔基礎(chǔ)的距離為38m，由1個(gè)2U絕緣架，5個(gè)1U絕緣架及鋼絲繩等構(gòu)件組成。第二層拉線懸掛高度為81.625m，拉線地錨位置與鐵塔基礎(chǔ)的距離為77m，由1個(gè)2U絕緣架，7個(gè)1U絕緣架及鋼絲繩等構(gòu)件組成。（塔桅桿結(jié)構(gòu)及平面布置如圖1所示）施工中要對(duì)鐵塔進(jìn)行防腐刷漆，對(duì)第一、二層拉線構(gòu)件進(jìn)行檢查，主要對(duì)絕緣架構(gòu)件進(jìn)行檢查，鐵件進(jìn)行防腐刷漆工作。

2 ?索道施工方法論述

2.1 施工工具清單

施工工具清單如表1所示。

2.2 施工場(chǎng)地布置

2.2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)索道動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)）放置位置的選定（見(jiàn)圖2）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定索道動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)）的位置，主要把握以下幾點(diǎn)原則。

（1）運(yùn)送便利，周邊環(huán)境良好，便于放置。

（2）通視性好，前方?jīng)]有障礙物，便于觀察高空作業(yè)情況。

（3）有可靠的錨固點(diǎn)。

（4）有有效的電源。

2.2.2 施工現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力繩索路由的選定（見(jiàn)圖2）

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定動(dòng)力繩索路由的走向，主要把握以下兩點(diǎn)原則：一是路由經(jīng)過(guò)處地形結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境不能太復(fù)雜，便于布線及施工過(guò)程中安全巡視工作的開(kāi)展。二是從索道動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)）到塔桅桿三方第二層拉線地錨和塔桅桿基礎(chǔ)的路由盡量取最短路徑，避免路由過(guò)長(zhǎng)增加繩索與地面的摩擦力及導(dǎo)向滑輪的大量使用降低了動(dòng)力系統(tǒng)的功率損耗。

2.3 索道在塔桅桿上的安裝

（1）串繩：需要施工的鐵塔上人，根據(jù)鐵塔高度安排人員，塔頂二人，其中一人背麻繩（16.0mm），一人帶鋼絲繩短套（13.0mm）及1t小滑輪，其余人員每間隔30m上一人在指定工作點(diǎn)處提繩。待高空作業(yè)人員到達(dá)塔頂指定位置后，（第二層拉線上方7～8m處）二人一起使用鋼絲繩短套將1t小滑輪安裝到指定的鐵塔塔柱上，并做好封綁、封鉤工作。安裝完成后將麻繩端頭穿過(guò)小滑輪，放至地面。

（2）牽引索道和塔頂導(dǎo)向滑輪安裝：塔底地面工作人員使用從塔頂放至到地面的麻繩將事先準(zhǔn)備好的2.0T滑輪、短鋼絲繩套（15.0）及牽引索道吊送至第二層拉線上方4.5m處。高空作業(yè)人員將其安全牢靠地安裝到指定的鐵塔柱腳上并做好封綁、封鉤、加裝保險(xiǎn)套（長(zhǎng)度適中的15.0短鋼絲繩套）工作。待塔頂安裝工作全部完成后通知塔底地面工作人員使用麻繩將鋼絲繩端頭拉至地面并與吊籃連接。

（3）承載索道安裝：在距離承載索道安裝端頭4.0m處并一個(gè)短鋼絲繩套并使用鋼絲繩夾夾緊。使用卸扣將短鋼絲繩套與吊籃連接，開(kāi)動(dòng)牽引索道動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)）將吊籃及高空作業(yè)人員運(yùn)送至塔頂指定位置后，高空作業(yè)人員使用5.0T的卸扣將承載索道安全牢靠的安裝在第二層拉線上方6.0m處的鐵塔指定塔柱上。待塔頂高空作業(yè)工作全部完成后，地面工作人員將承載索道另一端頭拉至并穿過(guò)安裝在第二層拉線拉桿后方30cm處拉環(huán)上的5.0T導(dǎo)向滑輪，隨后與安裝在承載索道動(dòng)力繩索上的3.2T動(dòng)滑輪連接。

（4）承載索道安裝完成后，待吊籃降至地面的同時(shí)將承載索道放入安裝在吊籃上方拉耳上的導(dǎo)輪內(nèi)，并做好封綁、封鉤加裝保險(xiǎn)套工作。

2.4 使用索道進(jìn)行高空作業(yè)

開(kāi)動(dòng)牽引索道動(dòng)力系統(tǒng)（2.0T卷?yè)P(yáng)機(jī)）及承載索道動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)2.0T），使用安裝好的索道將吊籃移動(dòng)至需要作業(yè)的位置進(jìn)行高空作業(yè)（見(jiàn)圖3）。

2.5 索道施工注意事項(xiàng)

（1）施工前注意檢查各錨固點(diǎn)，是否有腐蝕、變形，是否有裂紋等影響錨固點(diǎn)強(qiáng)度的情況。

（2）滑輪的選用一定要符合要求，施工過(guò)程中對(duì)滑輪的要求應(yīng)符合下列規(guī)定。

一是滑輪的選用標(biāo)準(zhǔn)：滑輪直徑與鋼絲繩直徑應(yīng)匹配，滿足D≥（e—1）d。式中：D為滑輪的名義直徑，d為鋼絲繩直徑，e為系數(shù)，起重機(jī)械中一般e取20～30。二是起重量不得超過(guò)額定使用標(biāo)準(zhǔn)。三是滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無(wú)缺損，變形等達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的情況。

（3）鋼絲繩的選用一定要符合要求：一是應(yīng)按動(dòng)力系統(tǒng)（卷?yè)P(yáng)機(jī)）銘牌規(guī)定要求配套使用（13.0）。二是承載索道鋼絲繩規(guī)格的選用一定要符合要求（15.0）。

（4）鐵塔高度在100m以上的應(yīng)在吊籃上增加適當(dāng)?shù)呐渲?，防止吊籃失重時(shí)在高空失控沖向塔頂造成事故。

3 ?高空作業(yè)位置點(diǎn)選定

由圖1可知塔桅桿有兩層拉線，第二層拉線懸掛高度比第一層拉線懸掛高度要高出許多，使用索道對(duì)其維護(hù)施工過(guò)程中的難度要高許多。因此，我們選取第二層拉線作為示例，分析維護(hù)施工過(guò)程中1#至7#（見(jiàn)圖1）高空作業(yè)位置點(diǎn)索道和吊籃的受力情況。

在現(xiàn)實(shí)狀況中由于塔桅桿拉線存在自重，因此其懸掛軌跡并不是圖紙中繪制的塔桅桿節(jié)點(diǎn)與拉線地錨連線。（見(jiàn)圖1）而是存在撓度。要分析計(jì)算1#至7#作業(yè)位置點(diǎn)索道的受力情況，就要先確定1#至7#作業(yè)位置點(diǎn)具體位置，要確定其具體位置就要知道塔桅桿第二層拉線真實(shí)的懸掛軌跡。故在分析及計(jì)算作業(yè)位置點(diǎn)索道和吊籃受力情況之前我們先來(lái)分析塔桅桿第二層拉線懸掛軌跡并繪制。

3.1 拉線單位長(zhǎng)度重量計(jì)算

由圖1及表2可知桅桿第二層拉線是由桶型絕緣架1LJ—300kN：7套、桶型絕緣架2LJ—300kN：1套、合金套筒HT—300kN：14套、大花蘭螺絲HL—56：1個(gè)、連板LB—300kN：2套、連接銷釘LX—34：14套、鍍鋅鋼絲6×19+IWS—36—1570：100m等構(gòu)件組成的。

查圖紙明細(xì)表（見(jiàn)表2）可知各構(gòu)件單件重量，故可計(jì)算出各構(gòu)件分項(xiàng)總重量：桶型絕緣架1LJ—300kN×7套=166kg/套×7套=1162kg，桶型絕緣架2LJ—300kN×1套=304kg/套×1套=304kg，合金套筒HT—300KN×14套=38kg/套×14套=532kg，大花蘭螺絲HL—56×1套=78kg/套×1套=78kg，連板LB—300KN×2套=18.3kg/套×2套=36.6kg，連接銷釘LX—34×14套=3.7kg/套×14套=51.8kg，鍍鋅鋼絲6×19+IWS—36—1570×96m=4.94kg/m×100m=494kg。

則：拉線總重量=各分項(xiàng)構(gòu)件總重量之總和

=1162kg+304kg+532kg+78kg+36.6kg+51.8kg+494kg=2658.4kg

根據(jù)圖1可計(jì)算出第二層拉線總長(zhǎng)度為110m，把拉線看成是載荷均布的理想構(gòu)件。則：每米拉線所受到的均布載荷q=拉線總重量/拉線總長(zhǎng)度=2658.4kg/110m=24.16kg/m

3.2 拉線撓度計(jì)算

根據(jù)撓度計(jì)算公式：fs=q*g*x（l-x）/2*S*cos a

已知：q=24.16kg/m，g=9.8m/s， l=77m（查看工程圖紙），S=83000N（查看工程圖紙），

a=46.7°（見(jiàn)圖4）

g： 重力加速度

x： 形變點(diǎn)至絞鏈端頭的距離（見(jiàn)圖4）

l：兩絞鏈間的水平距離

S：拉線端頭拉力（拉線初拉力）

a：拉線兩端點(diǎn)連線與水平面的夾角（見(jiàn)圖4）

fs：拉線撓度（見(jiàn)圖4）

可計(jì)算出x=5m、10m、15m、20m、25m、30m、、38.5m（中點(diǎn)）、45m、50m、55m、60m、65m、70m、75m處拉線撓度（見(jiàn)表3）。

3.3 高空作業(yè)位置點(diǎn)確定

根據(jù)以上計(jì)算得出的每個(gè)形變點(diǎn)處拉線的撓度值，結(jié)合圖1可繪制出第二層拉線懸掛軌跡，確定1#至7#高空作業(yè)點(diǎn)的具體位置（見(jiàn)圖4）。

4 ?選定高空作業(yè)位置點(diǎn)索道和吊籃的安全性分析

4.1 吊籃受力計(jì)算

施工中當(dāng)?shù)趸@移動(dòng)到拉線絕緣架中心位置時(shí)（最佳施工位置），吊籃拉耳上安裝的滑輪與承載索道接觸點(diǎn)、牽引索道與吊籃連接點(diǎn)與絕緣架中心的距離大概為1.2m左右（這里取1.2m標(biāo)準(zhǔn)）。吊籃停止在作業(yè)點(diǎn)位置上受到牽引索的拉力F1、承載索對(duì)吊籃的承載力F2、吊籃及吊籃內(nèi)裝載的人及材料重量G=250kg。

對(duì)吊籃進(jìn)行受力分析，根據(jù)力的正交分解法，（見(jiàn)圖4吊籃節(jié)點(diǎn)C受力示意圖）可知：

F1（X）=F2（X）， F1（X）= F1*cosb， F2（X）= F2*cosc

得：F1= F2*cosc/cosb ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

F1（Y）+F2（Y）=G， F1（Y）=F1*sinb， F2（Y）=F2*sinc

得：F1*sinb+ F2*sinc=G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

由（1）（2）得：F2=G*cosb/ （cosc*sinb+sinc*cosb ） ? ? （3）

F1（X）：牽引索拉力F1在X軸上的分力

F2（X）：承載索對(duì)吊籃承載力F2在X軸上的分力

F1（Y）：牽引索拉力F1在Y軸上的分力

F2（Y）：承載索對(duì)吊籃承載力F2在Y軸上的分力

b：牽引索拉力F1與X軸的夾角

c： 承載索對(duì)吊籃承載力F2與X軸的夾角

由于牽引索自身具有的較大張力，牽引索（BC區(qū)間）因自重產(chǎn)生的懸索曲線和錨固端B（牽引索與鐵塔的連接點(diǎn)）與連接點(diǎn)C（牽引索與吊籃的連接點(diǎn)）的連線基本吻合。因此通過(guò)作圖（CAD制圖）可知夾角b。當(dāng)?shù)趸@施工過(guò)程中靜止在承載索道上時(shí)，承載索道在C點(diǎn)（承載索道與吊籃滑輪接觸點(diǎn)）（牽引索與吊籃的連接點(diǎn)同承載索道與吊籃滑輪接觸點(diǎn)重合）處受到的拉力，大小相等且方向相反。因此我們可以判斷承載索道對(duì)吊籃的承載力方向位于C點(diǎn)處承載索兩拉力夾角的平均線上，通過(guò)作圖（CAD制圖）可知吊籃在拉線1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置的夾角c（見(jiàn)表4）。使用公式（1）（3）可計(jì)算出吊籃在1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置處所受牽引索拉力F1、承載索對(duì)吊籃承載力F2。（見(jiàn)表4）。

由表9可查的13.0的鋼絲繩安全重載了為2.45t（2450kg）大于表4中1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置的牽引索對(duì)吊籃牽引力。故可得出牽引索安全的結(jié)論。

4.2 ?承載索張力計(jì)算

根據(jù)吊籃節(jié)點(diǎn)C受力示意圖可知C點(diǎn)處索道上段所受拉力F拉=F0 ? （4）

根據(jù)力的平行四邊形法則（見(jiàn)圖4吊籃節(jié)點(diǎn)C受力示意圖）

可知：F拉=F2/[2*cos（d/2） ] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

d：索道C點(diǎn)處兩拉力的夾角

F0：承載索張力

由公式（4）、（5）可得：F0=F2/[2*cos（d/2）] ? ? ? ? ? ? ?（6）

由于承載索自身也具有較大的張力，可以看作承載索（AC、CD區(qū)間）因自重產(chǎn)生的懸索曲線和錨固端A（承載索與鐵塔連接點(diǎn)）、錨固端D（承載索與地錨連接點(diǎn)）與滑輪接觸點(diǎn)C的連線基本吻合。因此通過(guò)作圖（CAD繪圖）可知吊籃在拉線1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置索道C點(diǎn)處兩拉力的夾角d（見(jiàn)表5）。使用公式（6）可計(jì)算出吊籃在1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)承載索道所受張力F0（見(jiàn)表5）。

由表9可查的15.0的鋼絲繩安全重載了為3.34t（3340kg）大于表5中1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置的承載索張力。故可得出承載索安全的結(jié)論。

4.3 承載索對(duì)鐵塔（錨固端A）拉力計(jì)算

承載索是使用卸扣直接與塔柱連接，因此承載索對(duì)鐵塔（錨固端A）拉力F4=F0+M1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

M1：錨固端A至滑輪節(jié)點(diǎn)C（AC區(qū)間）之間承載索的重量。

由于承載索自身具有較大的張力，可以看作承載索（AC區(qū)間）因自重產(chǎn)生的懸索曲線和錨固端A（承載索與鐵塔連接點(diǎn)）與滑輪節(jié)點(diǎn)C的連線基本吻合。因此通過(guò)作圖（CAD繪圖）可知吊籃在拉線1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)承載索的長(zhǎng)度L1（AC區(qū)間）（見(jiàn)表6）。

根據(jù)M1=m1*L1 ? ?（8） ?可計(jì)算出承載索的重量。

m1：承載索單位重量（15.0鋼絲繩）查表9。

使用公式（7）（8）可計(jì)算出吊籃在1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)承載索對(duì)鐵塔（錨固端A）拉力（見(jiàn)表6）。

查看塔桅桿設(shè)計(jì)圖紙可知其第二層拉線設(shè)計(jì)初拉力為8.3t（8300kg）遠(yuǎn)大于表6中承載索對(duì)鐵塔（錨固端A）拉力，故可得出安全的結(jié)論。

4.4 牽引索對(duì)鐵塔（錨固端B）拉力計(jì)算

牽引索是通過(guò)安裝在塔頂?shù)膶?dǎo)向滑輪與塔柱連接（見(jiàn)圖4牽引索對(duì)鐵塔（錨固端B）拉力示意圖），因此根據(jù)力的平行四邊形法則可知：牽引索對(duì)鐵塔（錨固端B）拉力

F3=2*（F1+M2）*cos （g/2） ? （9）

M2：錨固端B至吊籃連接點(diǎn)C（BC區(qū)間）之間牽引索重量

g： ?牽引索兩端在塔頂導(dǎo)向滑輪處的夾角g

由于牽引索自身具有的較大張力，牽引索（BC區(qū)間）因自重產(chǎn)生的懸索曲線和錨固端B（牽引索與鐵塔的連接點(diǎn)）與連接點(diǎn)C（牽引索與吊籃的連接點(diǎn)）的連線基本吻合。因此通過(guò)作圖（CAD繪圖）可知吊籃在拉線1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)牽引索的長(zhǎng)度L2（BC區(qū)間）及牽引索兩端在塔頂導(dǎo)向滑輪處的夾角g 。（見(jiàn)表7）

根據(jù)M2=m2*L2 ? （10） ?可計(jì)算出牽引索的重量

m2：牽引索單位重量（13.0鋼絲繩）查表9

使用公式（9）（10）可計(jì)算出吊籃在1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)牽引索對(duì)鐵塔（錨固端B）拉力。（見(jiàn)表7）

查看塔桅桿設(shè)計(jì)圖紙可知其第二層拉線設(shè)計(jì)初拉力為8.3t（8300kg）噸遠(yuǎn)大于表7中牽引索對(duì)鐵塔（錨固端B）拉力，故可得出安全的結(jié)論。

4.5 地錨環(huán)（錨固端D）受力計(jì)算

（1）承載索是通過(guò)5T的導(dǎo)向滑輪與地錨環(huán)（錨固端D）連接（見(jiàn)圖4地錨拉環(huán)D受力示意圖），因此根據(jù)力的平行四邊形法則可知：承載索對(duì)地錨環(huán)（錨固端D）拉力F5=2*（F0-M3）*cos（f/2） ? （11） ?f：承載索兩端在地錨環(huán)（錨固端D）導(dǎo)向滑輪處的夾角;M3：吊籃節(jié)點(diǎn)C至地錨環(huán)（錨固端D）（CD區(qū)間）承載索重量

由于承載索自身也具有較大的張力，可以看作承載索（CD區(qū)間）因自重產(chǎn)生的懸索曲線和錨固端D（承載索與地錨連接點(diǎn)）的連線基本吻合。因此通過(guò)作圖（CAD繪圖）可知吊籃在拉線1#至7#作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)承載索兩端在地錨環(huán)（錨固端D）導(dǎo)向滑輪處的夾角f及吊籃節(jié)點(diǎn)C至地錨環(huán)（錨固端D）（CD區(qū)間）承載索長(zhǎng)度L3（見(jiàn)表8）。

根據(jù)M3=m3*L3 ? （12） ?可計(jì)算出承載索的重量

m3：承載索單位重量（15.0鋼絲繩）查表9。

使用公式（11）（12）可計(jì)算出吊籃在每個(gè)作業(yè)點(diǎn)位置時(shí)承載索對(duì)地錨環(huán)（錨固端D）拉力F5（見(jiàn)表8）。

（2）地錨環(huán)（錨固端D）最大重載剪切力計(jì)算。

已知：地錨環(huán)（錨固端D）圓鋼的直徑為Φ22mm，材料為Q235碳鋼，其許用剪切應(yīng)力[σ]=98MPa

根據(jù)剪切力公式：F剪=2*S*[σ];

F剪： 圓鋼最大剪切力;

S： 圓鋼橫截面積

[σ]： ?Q235碳鋼許用剪切應(yīng)力

可計(jì)算出F剪=2*S*[σ]=лR2[σ]=2*[3.14*（22/2）*0.01]cm2*98*10.3323kg/cm2=7694kg

承載索是通過(guò)5T的導(dǎo)向滑輪與地錨環(huán)（錨固端D）連接，其對(duì)地錨環(huán)作用力表現(xiàn)為對(duì)地錨環(huán)的剪切力。根據(jù)計(jì)算可知地錨環(huán)（錨固端D）最大重載剪切力為7694kg大于表8中承載索對(duì)地錨環(huán)（錨固端D）拉力。故可得出安全的結(jié)論。

5 ?結(jié)語(yǔ)

使用索道施工技術(shù)要求較高，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較大，特別是施工過(guò)程中承載索道對(duì)地錨拉環(huán)的拉力較大。因此要做好地錨拉環(huán)施工前的檢查及施工中的監(jiān)測(cè)工作，做好安全風(fēng)險(xiǎn)防控措施。同時(shí)在對(duì)7#工作點(diǎn)作業(yè)時(shí)可適當(dāng)降低吊籃高度或?qū)^緣架分段施工以減小地錨拉環(huán)受力，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

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