金斌，張盧明，何敏，王首智

架空索道在寶興縣兩河口電站移民小區(qū)危巖帶整治中的應(yīng)用與簡介

金斌，張盧明，何敏，王首智

（核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司，成都 610061）

針對蘆山7.0級強烈地震寶興縣城某陡崖型危巖群體整治工程施工設(shè)備及材料運輸難度大的問題，提出了架空索道運輸設(shè)計方法，通過計算索道工況，為架設(shè)貨運索道提供理論依據(jù)，可以實現(xiàn)于陡崖危巖體施工中。經(jīng)實際應(yīng)用，架空索道大大提高了運輸效率和安全性，進一步節(jié)約了工程造價和保護了生態(tài)環(huán)境。架空索道技術(shù)值得在山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理中進一步推廣應(yīng)用。

陡崖；危巖群體；架空索道；安全環(huán)保

“4·20”7.0級蘆山強烈地震后，寶興縣城兩河口電站移民小區(qū)后山發(fā)生崩塌，崩塌體積約600m3，最大單體7m3，造成較大的經(jīng)濟損失。目前后山陡崖尚存約6 500m3的危巖群體，危險性極大。該危巖群體高約110m，坡度近乎垂直，下部斜坡坡度達40°，與下方公路高差約445m，整治施工難度大。

針對該危巖帶整治施工難度大，通過調(diào)查研究和相關(guān)設(shè)計計算，提出應(yīng)用架空索道技術(shù)，解決了危巖帶整治施工難度大的問題，取得較好的經(jīng)濟和環(huán)境效益，值得進一步推廣應(yīng)用。

1 危巖帶概況

多個高位危巖體位于海拔1440~1550m斜坡頂部危巖帶內(nèi)，相對高差110m，平均寬200m（圖1），危巖帶立面面積1.7×104m2。巖性為二疊系下統(tǒng)灰?guī)r，屬硬質(zhì)巖，中-厚層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀325°∠10°，緩傾坡內(nèi)。受構(gòu)造、卸荷作用影響，主要發(fā)育兩組陡傾共軛結(jié)構(gòu)面和一組緩傾坡外的結(jié)構(gòu)面。

結(jié)構(gòu)面①：產(chǎn)狀104°~154°∠70°~85°，延伸長5~30m，間距3~5m，張開5~50cm，結(jié)構(gòu)面平直粗糙，局部充填粉質(zhì)粘土、角礫。該組節(jié)理主要發(fā)育于坡體表面，為長大結(jié)構(gòu)面，屬構(gòu)造節(jié)理，受卸荷作用影響，裂隙張開，最大張開度為160cm，為巖體變形破壞的主控結(jié)構(gòu)面。經(jīng)調(diào)查分析，認(rèn)為該組結(jié)構(gòu)面（即結(jié)構(gòu)面①）與結(jié)構(gòu)面②為原生結(jié)構(gòu)面，在前緣臨空條件下，臨空面附近的一些結(jié)構(gòu)面卸荷張開，經(jīng)過研究推斷該危巖帶卸荷深度約20~45m。

圖1 陡崖危巖群體全貌圖

結(jié)構(gòu)面②：產(chǎn)狀210°~240°∠70°~85°，延伸長10~45m，間距2~10m，張開5~20cm，結(jié)構(gòu)面起伏粗糙，局部充填粉土、角礫。該組結(jié)構(gòu)面屬構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，與坡向大角度相交，起切割巖體的作用；

結(jié)構(gòu)面③：為緩傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀31°~55°∠21°~30°（傾坡內(nèi)）、118°~127°∠13°~26°（傾坡外），傾坡外的結(jié)構(gòu)面可能是由于原先傾坡內(nèi)的結(jié)構(gòu)面受重力作用變形而成。延伸長2.3~8.6m，間距2~10m，張開1~10cm，結(jié)構(gòu)面平直粗糙，局部充填粉土、角礫。

危巖帶有9處危巖單體，總體積6 500m3，最大單體體積1 250m3，絕大部分為滑塌式破壞模式。危巖體卸荷裂隙發(fā)育，裂隙張開且相互連通，局部后緣陡傾裂隙張開度大于30cm。

該危巖帶單體規(guī)模大，位于陡崖，采用主動錨固治理，施工難度極大。本工程對7處規(guī)模較大的危巖體采取主動錨索（桿）方案，設(shè)計77孔錨索，總長2 000m。

2 架空索道運輸設(shè)計

2.1 工作區(qū)概況

由于現(xiàn)場地形較陡，災(zāi)害體危險性大，大型設(shè)備無法人工搬運，如修建施工便道總長達4.14km，沿途挖方量較大，總挖方約6.8萬m3，填方1 400m3，投資達300萬，還易造成次生災(zāi)害。架設(shè)貨運架空索道基本不會破壞地質(zhì)環(huán)境，經(jīng)設(shè)計，索道平均坡度為38°，小于規(guī)范規(guī)定的最大45°傾角的要求，經(jīng)復(fù)測上下站臺水平距離496m，貨運索道長630m，方向134°，適宜貨運架空索道的架設(shè)。經(jīng)比選采用應(yīng)用較多的“多跨單循環(huán)貨運索道”，適合于最大運重不超過2t，中間支架一般不超過7個，每跨跨度不一般不超過600m，全長不超過3 000m的物料運輸[9-10]（如圖2所示）。

圖2 索道縱斷面設(shè)計圖

架空索道承載索的張力與弧垂根據(jù)承載索均勻自重，集中荷重( 運載物料) 、位置等因素而定。當(dāng)集中荷重位于檔距中點時，承載索張力和弧垂均最大，承載索按照此條件進行計算[11]。

2.2 承載索計算

設(shè)Q=2 000kg，=100m，（空）=5%×100=5m，（荷）=8%×100=8m，=38°，選用φ18mm鋼絲繩（纖維芯，抗拉強度1770MPa），鋼絲破裂拉力178000N，單位重量W=1.26kg/m。

計算集中荷載作用與檔距中點時，承載索最大平均張力T。

1）單個集中荷載時[10]

=2×2000÷（8×（8÷100）×cos38°-6.8×10-5×2.8×100÷cos38°）

=4000÷0.788

=5076N

2）多個集中荷載時[10]

=（2×2000）÷（8×（8×50÷（100×100））×cos38°）-6.8×10-5×2.8×50）

=165290N

式中，k為承載索強度安全系數(shù)，取2.6~2.8；k1為承載索單位長度重量對其破裂之比，可取平均值6.8×10-5；Q為最大牽引載重；為水平檔距100m，高差角，取38°，S各個集中荷重相鄰間隔平均值，取最大檔距1/4和3/4處。

可知，鋼絲繩最小破裂拉力P=178 000N＞T=165 290N。鋼絲繩承載索滿足2t索道要求。

2.3 返空索計算

返空時限定載重Q最大重量為Q/2=1 000kg，選用φ13mm鋼絲繩（纖維芯，抗拉強度1 770MPa），鋼絲破裂拉力92 700N。P=92 700＞Tb=165 290/2=82 645N。

可知，φ13鋼絲繩最小破裂拉力大于返空鋼絲繩破裂力。φ13鋼絲繩承載索滿足2t索道返空繩要求。

2.4 牽引索計算

式中：Σ為動滑車滑輪沿承載索滾動時總摩擦系數(shù)；為動滑車輪軸間滑動摩擦系數(shù)，用青銅

軸套時，取0.06~0.1；用滾動軸承時，取0.01~0.02；為動滑車滑輪沿承載索滾動時滾動摩擦系數(shù)取0.05~0.06；R為動滑車滑輪半徑，cm，取12 cm；為兩懸掛點之間高差。

P=4×8÷100×cos238°×（1+3.125）×2000=2287.6N

P=7×10-3×1000×cos38°=5.51N

P為牽引索回引繩作用在動滑輪上的反拉力取100N。

可知，鋼絲繩破斷力T＞K×P=4.5×P。

選用φ13mm鋼絲繩（同返空索），鋼絲繩破斷拉力為 92 700N。

T=（2 287.6+5.51+100）×1.02=2441N

可知，92 700＞4.5×2 441 =10 984.5N，φ13鋼絲繩滿足2t索道牽引鋼絲繩要求。

2.5 支架受力計算

圖3 索道下站房設(shè)計圖

采用“人”字形鋼支架，兩支柱間張角設(shè)置為30°，計算時僅計算單根支柱軸向壓力，作用與單根支柱總壓力為：

式中：NS為作用于獨根支柱壓力，N；L為承載索支持點間距離，m；ω為承載索單位長度重力N/m；Q 為集中在荷載重力，N；H為載運物位于檔距中點承載索最大水平張力，N；α為后側(cè)固定拉線與地面間的夾角(°)；G為承載索的總重力，N為拉線對支柱壓力，N。

2.6 牽引裝置計算

牽引裝置出力按照最大牽引力的2倍和1.02倍轉(zhuǎn)向滑輪磨阻系數(shù)計算，則：

地錨抗拔力計算：

式中: T0為地錨抗拔力，N；Vt為拔出土體積，m3； ρ0為土壤計算容重，工程取18 kN/m3；T為上拔牽引力，N； K1為土壤穩(wěn)定安全系數(shù)，取2. 5；H為地錨有效埋深；d為地錨寬度； L為地錨長度；α為土塊抗拔角( 根據(jù)不同地質(zhì))；θ為馬道坡度; 即可計算出工程索道地錨選用規(guī)格。

以2.5t地錨為例，長度L=1 500mm，寬度d=1 000mm，高度H=3 000mm，拉環(huán)直徑25mm。

T=3×［1.5×1+3×（1+1.5）×tan38°+4/3×3×2×tan238°×1.8/2.5］=31.932kN＞50×sin38°=30.783

2.5t地錨滿足2t索道承載索和動力裝置的錨固需要（圖4）。

圖4 索道下站房基礎(chǔ)設(shè)計圖

2.7 架空索道基礎(chǔ)設(shè)計

上站房由抗拔承臺基礎(chǔ)和卸貨場兩部分組成?？拱纬信_基礎(chǔ)置于基巖上。卸貨場寬3m，長5m，面積15m2，表層鋪填20cm厚的砂土。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要的抗拔力，抗拔式承臺設(shè)置錨桿式地錨，采用4孔2φ32錨桿，錨桿長12m，抗拔力250kN。

卸貨場寬3m，長5m，面積15m2，表層鋪填20cm厚的砂土。

下站房由驅(qū)動機房抗拔承臺基礎(chǔ)和貨場兩部分組成。驅(qū)動機房面積3m×3m，貨場寬5m，長6m，面積30m2?？拱纬信_基礎(chǔ)至于碎石土層上，采用C30鋼筋砼埋入式地錨，尺寸3m×1.5m×1m，自重10.8t。

1）驅(qū)動機房基礎(chǔ)設(shè)計

驅(qū)動機房基礎(chǔ)為崩坡積塊碎石土，呈稍密狀態(tài)，底部鋪設(shè)1.5m厚的混凝土，并編制鋼筋網(wǎng)，澆注C25砼至設(shè)計標(biāo)高。

2）驅(qū)動機房設(shè)計

驅(qū)動機房設(shè)計面積12m2，高3m，鋼架結(jié)構(gòu)，房頂蓋4mm厚的鋼板，鋼架采用U形槽鋼，規(guī)格120×50mm×5mm，橫梁采用U形槽鋼，規(guī)格同前。驅(qū)動機房三面采用漿砌石墻封閉。

3）貨場設(shè)計

在驅(qū)動機房基礎(chǔ)前修建寬5m，長6m的貨場，頂部鋪填20cm厚的砂土。

支架共布置3座，材料采用鋼結(jié)構(gòu)；

3 結(jié)論

1）灰?guī)r地區(qū)陡崖型危巖群體采用架空索道運輸材料設(shè)備在大量節(jié)約工程造價，同時保護了生態(tài)環(huán)境，值得在地質(zhì)災(zāi)害治理中進一步推廣應(yīng)用。

2）架空索道建造在坡度約40°的斜坡上，需要承擔(dān)較大的載重，還要抗擊風(fēng)荷載、雪荷載，是一種較重型的貨運索道，其關(guān)鍵技術(shù)為工作索承載能力、支架、上下站房設(shè)計及基礎(chǔ)穩(wěn)定性，應(yīng)特別注意抗拔承臺錨入系統(tǒng)的設(shè)計。

圖5 索道上站房設(shè)計圖

本工程安裝索道1條，索道運輸時間1~2個月。通過索道構(gòu)件受力計算后，選擇的承載索、牽引索、返空索、支架、地錨系統(tǒng)等構(gòu)件在運輸過程中均安全穩(wěn)定運行，運輸效率較高，運行效果良好，從未發(fā)生安全事故。

[1]陳洪凱, 唐紅梅, 王蓉.三峽庫區(qū)危巖穩(wěn)定性計算方法及應(yīng)用[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2004, 23(4):615-619.

[2]陳洪凱, 唐紅梅, 胡明，等.危巖錨固計算方法研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2005, 24(8):1322-1326.

[3]陳洪凱, 唐紅梅, 劉光華，等.危巖支撐及支撐-錨固聯(lián)合計算方法研究[J]. 巖土工程學(xué)報. 2004, 26(3):384-388.

[4]唐紅梅,危巖攔石墻計算方法研究[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報. 2005, 16(3):12-15.

[5]陳洪凱, 秦鑫.危巖穩(wěn)定性分析研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）. 2018, 37(10):50-55.

[6]葉四橋,陳洪凱, 基于落石計算的半剛性攔石墻計算[J]. 中國鐵道科學(xué). 2008, 29(2):17-22.

[7]高雪，黃瑩，潘浩，等. 陡崖危巖群體崩塌中關(guān)鍵塊體的確定[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.2015, 37(5):87-91.

[8]胡卸文，梅雪峰，楊瀛，等. 落石沖擊荷載作用下的樁板攔石墻結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報.2019, 27(1):123~133.

[9]國家電網(wǎng)公司基建部. 輸電線路工程貨運架空索道運輸標(biāo)準(zhǔn)化手冊[M]. 北京：中國電力出版社. 2010, 3.

[10]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫小組. GB50127-2007架空索道工程技術(shù)規(guī)范[S].北京 中國計劃出版社, 2007.

[11]李發(fā)全.輸電線路工程貨運索道計算[J]. 青海電力. 2016, 35(2):25-27.

The Application of Aerial Ropeway to the Dangerous Rock Control of the Lianghekou Hydropower Station in Baoxing County

JIN Bin ZHANG Lu-ming HE Min WANG Shou-zhi

(Southwest Designing Institute of Geotechnical Survey and Limited C., CNNC, Chengdu 610061)

The transportation method by aerial ropeway is put forward in order to solve difficulties in transportation of equipment and materials during the construction of renovation project of a cliff-type dangerous rock group in Baoxing County induced by the Lushan Earthquake of magnitude 7.0 occurred on April 20, 2013. The calculation of ropeway working condition provides a theoretical basis for erecting freight ropeway. The aerial ropeway greatly improves the transport efficiency and safety and saves the project cost and protects the ecological environment. The aerial ropeway technology is worth popularizing and applying to geological disaster control in mountain area.

cliff; dangerous rock group; aerial ropeway; safety; environmental protection

2019-11-10

金斌（1981-），男，安徽宿州人，高級工程師，從事地質(zhì)災(zāi)害方面的勘查與設(shè)計工作

張盧明（1982-），男，安徽太湖人，高級工程師，從事巖土工程及地質(zhì)災(zāi)害方面的勘查與設(shè)計工作

P 642.21

A

1006-0995（2020）04-0642-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.04.024