白鹤滩水电站高平台缆机安装技术

莫让华

（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都 611130）

1 工程概述

白鹤滩水电站的左岸为约45°的缓坡，右岸为接近80°的陡坡，为保证缆机主索在左右岸高程一致，1＃～3＃高平台缆机主塔采用A 字塔架，A 字塔架高度为75 m，通过后拉索平衡主索，A 字塔架向山体侧后倾10°。

主塔和副塔通过主索连接，主塔和平台台车通过后拉索连接，主塔、副塔、平衡台车同步行走，具备自动找偏功能。

2 缆机安装

2.1 施工特点和难点

1）白鹤滩水电站地形条件复杂，缆机安装场地山势险峻，同时，存在高空作业、大吨位拖拽、吊装等作业，因此，施工难度大、安全风险高。

2）高平台缆机主索过江、A 型塔架的提升和自升均采用地锚+卷扬设备，绳索系统、地锚布置及承载受力情况复杂，需反复验算，施工技术含量高。

3）缆机安装作业施工范围广，与土建施工之间存在相互影响、相互干扰，需要进行大量的协调工作，同时，缆机安装内部各工种人员、各部位人员之间都存在大量的统一指挥、统一协调工作，增加了施工协调难度。

4）右岸高程为980 m 的平台为高边坡临边平台，其临边坡角约为80°，这就给副塔部件、索道架空系统的安装带来了严峻的考验。施工时，在缆机轨道下部安装了6 m×5 m 的悬挑平台，以保证主索过江、主索张拉装置、索道系统等工序施工安全。

5）主索过江是缆机安装中风险最高、难度最大的工作，出现安全事故后破坏性大，后果不堪设想。因此，主索过江关系着缆机安装的成败，需从地锚设计、临时辅助绳布置、主索过江细节等方面进行考虑，不断优化，从而保证主索安全过江。

6）在A 字塔架的提升、提升转换为自升、自升过程中，桅杆吊自身的稳定问题，主索和后拉索悬挂在塔架上的不平衡问题，塔架在桅杆吊的两侧扒杆内均匀上升的干扰问题，各台卷扬机操作的不同步问题，都需要各个环节紧密配合、相互协作的整体协调，稍有不慎就会前功尽弃。

2.2 轨道安装

轨道第一次放样时，同时将上下游的各根轨道中心进行放样，始终以最上游的轨道中心为后视点+最下游的轨道中心为基准进行分段安装的测量放样，这样，可避免轨道安装多次放样误差。

2.3 钢结构安装

缆机的钢结构安装最关键的是高强螺栓安装，高强螺栓对扭力系数确定、保管、领用、安装、拧紧和验收工序进行质量控制，初拧后划“-”标识，终拧后划“+”标识，以保证高强螺栓无漏拧。在高强度螺栓验收合格后，连接处板缝使用硅酮胶封闭，再进行油漆防腐。

2.4 缆机设备安装

2.4.1 三大机构

三大机构为行走机构、牵引机构和提升机构。三大机构的安装质量直接关系着后续缆机的运行质量和运行安全。

行走机构是大车行走的关键部件，行走轮调整时，拉线检查行走轮的整体直线度整体应＜2 mm，单个行走轮不能出现扭曲。

牵引机构和提升机构是缆机运行的核心设备，保证两大机构的高速联轴器偏差尽可能接近于0，提升卷筒与减速器的输出轴和支座中心同轴。各尼龙滑轮的导向槽与出绳方向完全一致，避免后续缆机运行过程中各尼龙滑轮出现异响。

2.4.2 电气设备

缆机供电采用独立电源，一线一机，并增加开闭所，开闭所的作用为监控电压、互为备用，在机房内安装电容补偿柜，其作用是缓冲瞬间电压波动过大问题。

2.4.3 司机室

缆机司机室布置的部位视野要相对开阔，环境要相对安静，位置要相对安全，以便司机安全操作。缆机司机室内安装摄像、录音系统，随时监控司机是否存在违规操作，便于分析和处理缆机运行过程中可能出现的安全事故。

2.5 索道系统安装

索道系统包括牵引绳、提升绳、小车、承马等。

2.5.1 牵引绳和提升绳

起升绳和牵引绳安装时，在地面上铺设竹夹板，要注意防止绳索受到污染和刮伤，保证钢丝绳对接牢固和锁定，特别要注意牵引绳在张紧后锁定在小车一端时的受力情况，绳索运行时观察是否存在干涉情况。

2.5.2 小车和承马

主塔提升完成后，主索刚刚脱离左岸高程为890 m 的平台地面，在该平台上通过吊车安装小车和承马。将小车安装好后，用钢丝绳将小车锁定在主塔侧临时固定，在小车底部大梁上临时挂上大钩作为配重。

缆机承马共10 个，承马的作用是担置空中部分的提升绳和牵引绳，避免提升绳和牵引绳的垂度过大，承马跟随小车牵引而移动。按照承马编号安装所有承马，副塔侧的承马通过小车牵引至副塔时推至右岸。

3 主索过江

主索过江的基本保障是布置合适的左右岸辅助绳主地锚和选择2 根辅助绳的最佳空载垂度，主索过江的质量重点是主索长度测量准确和过江时不受损伤，主索过江的安全重点是主索点临时承马受力均匀，索头始终在临时承马的中心线上牵引，从而保证索头在柔性的φ50 mm 辅助绳上不出现倾斜。

3.1 选择合适的辅助绳空载垂度

辅助绳的空载垂度一般为主索过江跨度的5%～8%，对主地锚和辅助绳的最大水平张力、钢丝绳的最小破断拉力，以及左岸卷扬机的主索过江牵引力综合考虑，在保证钢丝绳安全系数的前提下空载垂度越小越好，并尽可能降低主索过江时左岸15 t 卷扬机的牵引力。

3.2 辅助绳架空

左右岸通过卷扬机分别将φ15 mm 辅助绳拉至江边，通过小绳带大绳将φ50 mm 钢丝绳安装到位。φ50 mm 钢丝绳的初始垂度控制在130 m，辅助绳通过滑轮组+卷扬机张紧使其垂度达到73 m，4 根辅助绳两端各使用13 个绳卡固定在左右岸主地锚上，绳卡间距约200 mm，绳卡的螺栓紧固后钢丝绳挤压约1/3 为宜。4 根辅助绳的相对高差＜0.5 个绳径，可在左岸高程为890 m 的平台上通过垫枕木微调4 根辅助索的平行度。

3.3 主索过江

主索从右岸向左岸过江，主索担置在辅助索的临时承马上，通过左右岸卷扬机一收一放的方式完成主索过江。

主索过江期间，左右岸安排专人通过望远镜监控索头是否出现倾斜，在影响区域的所有马道、路口上下游各50 m 区域设置警戒线，警戒到位。

3.4 副塔侧索头过江

副塔侧索头通过主索张紧机构的张紧钢丝绳与前端的悬挂装置和拉板连成接成整体后向左岸过江，副塔侧索头向左岸牵引35 m。

副塔侧索头、主索悬挂装置和拉板通过临时托架配合过江，由于重心过高，且重心不完全在托架正中心，所以，副塔侧索头在向左岸牵引时易发生倾翻，造成主索顺次从临时承马上滑落。

场地条件允许的情况下，可使用大吨位吊车配合副塔侧索头向左岸牵引。

4 A字塔架的提升和自升

4.1 桅杆吊的地锚

4.1.1 桅杆吊的基础地锚

根据桅杆吊作业工况的受力分析，在桅杆吊倾斜到63°时底座受力最大，此时地锚受到的轴心压剪荷载为320 t，通过计算可知，桅杆吊作业的安全系数满足要求。

4.1.2 桅杆吊的变幅地锚

为使桅杆吊的变幅地锚与滑轮组连接方便，地锚设计每侧吊耳所承受的拉力＜40 t，采用φ150 mm 销轴连接地锚与滑轮组。

销轴的抗弯强度：f1=M/W=120.8 N/mm2≤215 N/mm2，满足要求；

销轴的抗剪强度：f2=F/πR2=45.9 N/mm2≤125 N/mm2，满足要求；

吊耳的抗剪强度：f3=F/A=106.7 N/mm2≤215 N/mm2，满足要求。

式中，M 为弯矩设计值；W 为截面模量；F 为剪力；R 为销轴半径；A 为承受剪力的作用面积。

4.2 桅杆吊

高缆安装时，主塔需要安装桅杆吊作为辅助工具，用于A 字塔架的提升。桅杆吊长度65 m，桅杆吊设计起重量约为2 400 kN（240 t）。

桅杆吊安装后需进行额定载荷的80%、100%、110%动载和125%静载试验，拆除为安装的逆过程。

4.3 A字塔架拼装

塔头部分整体拼装后，左右和上下方向通过缆风绳+卷扬机稳定，桅杆吊通过提升梁与塔头部分连接，桅杆吊提升+变幅塔头部分时4 个方向上的缆风绳同步移动，塔头部分通过4 个销轴与A 字塔架连接固定。

分别将主索索头悬挂在塔头上，通过卷扬机收紧后拉索的张紧程度来平衡主索张力，使其塔头两侧受力一致，然后，拆除主索/后拉索方向上的缆风绳。

4.4 A字塔架提升和自升

桅杆吊提升A 字塔架时，保持桅杆吊的2 台起升卷扬机、缆风绳和后拉索的卷扬机动作同步，同时，通过测量仪器和塔头中心底部重锤观测塔头部分的姿态是否出现倾斜，塔头部分出现一定程度的倾斜后单动桅杆吊的1 台卷扬机纠偏，避免主塔提升过程中塔头部分出现倾斜后与桅杆吊的扒杆出现干扰。

桅杆吊提升A 字塔架到位后，2 台15 t 卷扬机+18 倍滑轮组通过A 字塔架两侧的张紧梁对拉，完成A 字塔架的自升。

5 后拉索和主索张紧

后拉索的张紧平衡梁通过2 组120 t 滑轮组和高程为945 m 的平台上的2 台10 t 卷扬机连接，启动主索张紧机构和后拉索的2 台卷扬机使主塔架渐渐向后拉索方向倾斜至约11°，后拉索与平衡台车的后拉索装置连接固定。

启动主索紧机构，缓慢张紧主索（此时副塔侧索头往右岸牵引），主索索头与副塔侧的主索装置连接固定，此时主塔向后拉索方向的角度为10°。

6 缆机负荷试验

6.1 配重块

混凝土配重块按2 块15 t+1 块7.5 t+1 块3 t 配置，考虑到需要进行急停试验和缆机重量显示器的定期校正，配重的吊耳必须牢固，配重必须准确。

6.2 负荷试验

缆机负荷试验包括空载试验、75%的静载试验、100%的静载试验、125%静载试验、100%的动载试验、110%动载试验、100%急停试验以及2 台缆机的同步试验，空载试验的目的是检查机构工作的正常性、各限位装置的准确性，静载试验的目的是检查设备的结构承载能力、起升制动能力，动载试验的目的是验证设备整机性能，急停试验的目的是验证外部供电突然中断后设备的破坏能力，2 台同步试验的目的是检验缆机的动作一致性。

7 结语

白鹤滩水电站高平台缆机安装技术含量高，施工难度大，安全风险高，安装前关键工序进行受力计算和根据地形条件不断优化方案，安装过程中各环节紧密配合和相互协调，实现了高平台缆机安装施工安全、质量优良、进度可控，为大坝工程按期蓄水发电提供了保障，希望可以为其他类似工程施工提供借鉴。