全 文 ：第 wv卷 第 v期
u s s z年 v 月
林 业 科 学
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∂²¯1wv o‘²1v
¤µqou s s z
武当山特殊吊装索道设计研究
周新年 官印生 张正雄 巫志龙 郑丽凤 李 纲 苏鑫加 冯建祥
k福建农林大学交通学院 福州 vxsssul
摘 要 } 根据景区架空索道设计的特点及要求 o本着技术先进 !经济合理 !安全适用的原则 o对武当山南岩宫玄帝
殿吊装索道进行设计 o包括索道总体布置 !承载索与工作索设计 !支架与锚碇的验算 o并进行生产率的计算 ∀在特
定的地形 !地质条件和特殊的使用要求下 o进行有效合理的索道布局以及主要技术参数的选择 o并进行校核 o索道
能满足吊装作业生产率和高强度工作量的要求 ∀
关键词 } 吊装索道 ~工程设计 ~技术参数 ~景区
中图分类号 }˜t{ 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsv p sts{ p sx
收稿日期 }ussx p ts p s{ ∀
基金项目 }福建省自然科学基金计划资助项目kussysvstl ~福建省科技厅省属高校专项资助项目kussyƒxssyl ~福建省科技厅科学基金资
助项目kŽsusyyl ∀
∆εσιγν Στυδψ οφ Σπεχιαλ Ηοιστινγ Χαβλεωαψιν Ωυδανγ Μουνταιν
«²∏÷¬±±¬¤± Š∏¤± ≠¬±¶«¨ ±ª «¤±ª«¨ ±ª¬¬²±ª • ∏«¬¯²±ª «¨ ±ª¬©¨±ª ¬Š¤±ª ≥∏÷¬±­¬¤ ƒ ±¨ª¬¤±¬¬¤±ª
k Τραφφιχ Χολλεγε οφ Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηου vxsssul
Αβστραχτ} ׫¨ §¨¶¬ª± ²© «²¬¶·¬±ª¦¤¥¯ º¨¤¼ ¬± • ∏§¤±ª ²∏±·¤¬± ÷∏¤± • ª¨±¤¯ °¤¯¤¦¨ ¤¦¦²µ§¬±ª·²·«¨ ¦«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¤±§
µ¨ ∏´¬µ¨°¨ ±·¶²©¦¤¥¯ º¨¤¼ §¨¶¬ª±¬±·«¨ √¬¨º ¤±§¬± ¬¯±¨ º¬·«·«¨ ³µ¬±¦¬³¯¨²©¤§√¤±¦¨§·¨¦«±²¯²ª¼oµ¨¤¶²±¤¥¯¨ ¦¨²±²°¼o¶¤©¨·¼¤±§
¤³³¯¬¤±¦¨ o¬±¦¯∏§¨¶·«¨ ª¨ ±¨ µ¤¯ ¤µµ¤±ª¨ °¨ ±·²© ¦¤¥¯ º¨¤¼¶o¦¤¯¦∏¯¤·¬²± ²©¶®¼¯¬±¨ ¤±§ º²²®¯¬±¨ o¦«¨¦®¬±ª ¦²°³∏·¤·¬²± ²©·«¨
¶∏³³²µ·¤±§·«¨ ¤±¦«²µ¤ª¨ o³µ²§∏¦·¬√¬·¼¦¤¯¦∏¯¤·¬²±q׫¨ µ¨¶∏¯·¶«²º¶·«¤·∏±§¨µ·«¨ ¶³¨¦¬©¬¦·²³²ªµ¤³«¼¦²±§¬·¬²±o¯¤¼²∏·¨©©¨¦·¬√¨
¤±§µ¨¤¶²±¤¥¯¨o¦«²²¶¨ ·«¨ °¤¬±·¨¦«±¬¦¤¯ ³¤µ¤°¨ ·¨µ³µ²³¨µ¯¼ ¤±§¦«¨¦®²∏·¦¤¯¦∏¯¤·¬²±o·«¨ «²¬¶·¬±ª¦¤¥¯ º¨¤¼¬¶¶∏¬·¤¥¯¨¬±·«¨
µ¨ ∏´¨¶·²©«²¬¶·¬±ªº²µ®¬±ª³µ²§∏¦·¬√¬·¼ ¤±§«¬ª«¶·µ¨±ª·«º²µ®¯²¤§q
Κεψ ωορδσ} «²¬¶·¬±ª¦¤¥¯ º¨¤¼~ ±¨ª¬±¨ µ¨¬±ª§¨¶¬ª±~·¨¦«±¬¦¤¯ ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶~√¬¨º ¤µ¨¤
世界文化遗产 !道教圣地武当山 o位于鄂西北十堰市境内 o东为古城襄樊隆中 o南依原始森林神农架 o西
接车城十堰 o北临南水北调水源地丹江库区 ∀南岩为武当山六大景区之一 o据记载 o唐代时有道士在此修炼 ∀
元代曾在此大兴土木 o修建宫殿 ∀元仁宗于延佑元年ktvtwl赐额/大天一真庆万寿宫0 ∀可惜元末大部份毁
于兵火 ∀明永乐 tt年ktwtvl重建 o有宫殿 !道房 !亭台等大小房间 txs间 o赐额/大圣南岩宫0 ∀到嘉靖 vt年
ktxxul南岩宫扩大到 wys间 ∀到清末大多又被毁废 ∀今仅存元建的石殿 o明建的南天门 !碑亭 !两仪殿等建
筑及元君殿 !南熏亭 !圆光殿等遗址 ∀玄帝殿k大殿l毁于 t|uy年的火灾 ∀ussv年 y月 tz日 o湖北省委 !省政
府武当山建设现场办公会敲定/保护为主 !合理利用 !科学规划 !严格管理0ty字方针后 o修复南岩宫玄帝殿
列为/保护为主0的重点工程之一 ∀
玄帝殿修复工程 o建筑面积 yx{1t| °u o投资 ywt1y{万元 o所需的修复材料总质量约 v sss ·o根据原貌修
复原则 o特从美国进口特大 !特长花旗松k Πσευδοτσυγα µενζιεσιιl金柱 vy根 o其中最长 tu ° o直径 {ss °° o重约
x·k郭占柱等 ousswl ∀要求修复工程所需材料顺利安全的运至南岩宫玄帝殿遗址 o同时不能破坏地表 !树木 !
古残存建筑和旅游设施 o不能影响游客旅游观光等 ∀作者通过实地踏查 !测量以及调研 o经多种方案比选 o最
终拟订修建一条由飞升岩至南岩大殿k玄帝殿l西山墙外 o沿悬崖深谷无人区 o线路跨距约 wss ° o设计荷重
y1zy·的货运吊装索道 ∀进料到材利用飞升崖隧道 o有效解决了特大 !特长 !特重金柱吊装对乌鸦岭 !宾馆 !
饭店 !停车场及游客安全造成的隐患 ∀
t 索道选线
综合考虑武当山的地形 !地质 !风景景观和文物保护各个方面 o根据索道起点应有支架 !锚碇和装卸场地 o
以及运输距离最短 !集散方便的原则 ∀经多次实地勘测 !反复比较 o最终确定索道上支点位于飞升岩k高程
|{{1ss °l o下支点定于南岩大殿西山墙外k高程 |zs1su °l的选线方案 o水平跨距 }λs € wss °o弦倾角 }Αs € t1zβ ∀
u 设计资料
该地区风力 {级 o风压强度 xss °¤~安装温度 ux ε ~无地震 ∀
依据林业架空索道设计规范k≠ tsxy p |tl和公路桥涵设计通用规范k×Š⁄ ys p usswl o钢丝绳查 Š…Π×
{|t{ p t||y选用 o承载索 y ≅ t| p vz p txxs o起重索 y ≅ y ≅ t| p tw p tzsss o循环牵引索 y ≅ t| p tu1x p txxs o钢
丝绳的弹性模量 Ε € tss sss °¤o破断拉力降低系数 Χ× € s1{x ~Žu p u ≅ u跑车 ~闽林 {ut型绞盘机 ~角钢格
支架k Νzx °° ≅ zx °° ≅ ts °° oyxs °° ≅ yxs ∗ v sss °°l ~ 5 ys ¦° ≅ wss ¦°卧式木地桩锚碇 ∀
v 总体布置
结合地形条件 o两支点高差不大 o跑车需往复牵引 o故索道型式设计为 ¶tv型索系 o见图 t ∀索道上支点
附近有一个建造飞升岩水库时修建的隧道 o可用作运输货物的通道 o索道的装车点即位于距隧道出口 ts °
处 o索道中线距国家保护的龙头香水平距离 x ° o上支点在原飞升岩水库吊装索道的基础上改造而成 o下支
点采用支架型式 o锚碇采用卧桩式 ∀平面 !纵面布置 o见图 u !v ∀
图 t 索道总体布置
ƒ¬ªqt ׫¨ ·²·¤¯ ¤µµ¤±ª¨ ° ±¨·²©·«¨ ¦¤¥¯ º¨¤¼
t1 地锚木k 5ys ¦° ≅ wss ¦°l∞¤µ·«¤±¦«²µ¤ª¨ ·¬°¥¨µ~u1 支架k角钢格结构 Νzx °° ≅ zx °° ≅ ts °° oyxs °° ≅
yxs ∗ v sss °°l ×µ¨¶·¯¨ k2¶«¤³¨ §¶·¨¨¯ ¶·µ∏¦·∏µ¨l ~v !w !ts !tt !tu !tv1 转向滑车kv·l≤¤µ²©¦«¤±ª¬±ª§¬µ¨¦·¬²±~
载索k 5 vz °° ≅ xss °l≥®¼¯¬±¨ ~y1 循环牵引索k 5 tu qx °° ≅ t sss °l∞±§¯ ¶¨¶¯¬±¨ ~z1 起重索k 5tw °° ≅ t sss °l¬©·¯¬±¨ ~
{ !|1Žu p u跑车 Žu2u·¼³¨ ¦¤µµ¬¤ª¨ ~tw1 闽林 {ut绞盘机 ¬±¯¬± {ut·¼³¨ º¬±¦«q
图 u 索道平面
ƒ¬ªqu ׫¨ «²µ¬½²±·¤¯ ¶¨¦·¬²± ³µ²©¬¯¨ ²©·«¨ ¦¤¥¯ º¨¤¼
t q玄帝殿旧址 ׫¨ ¶¬·¨ ²©·«¨ ©²µ° µ¨÷∏¤± • ª¨±¤¯ °¤¯¤¦¨ ~u q龙头香 ⁄µ¤ª²± «¨¤§³¯¤¦¨ ~v q隧道口 ׫¨ °²∏·«²©·«¨ ·∏±±¨ ¯~
w q飞升岩索道旧锚址 ׫¨ ¶¬·¨ ²©·«¨ ©²µ°¨ µ¦¤¥¯ º¨¤¼ ¤±¦«²µ¤ª¨ ¤·ƒ ¬¨¶«¨ ±ª •²¦®q
图 v 索道纵断面
ƒ¬ªqv ׫¨ √¨ µ·¬¦¤¯ ¶¨¦·¬²± ³µ²©¬¯¨ ²©·«¨ ¦¤¥¯ º¨¤¼
t q侧殿址 ׫¨ ¶¬·¨ ²©¶¬§¨ ³¤¯¤¦¨ ~u q玄帝殿旧址 ׫¨ ¶¬·¨ ²©·«¨ ©²µ° µ¨÷∏¤± • ª¨±¤¯ °¤¯¤¦¨ ~
v q隧道口 ׫¨ °²∏·«²©·«¨ ·∏±±¨ ¯q
|st 第 v期 周新年等 }武当山特殊吊装索道设计研究
w 主要技术参数
411 承载索计算
应用悬链线理论k周新年 ot|{z ~t||u ~t||v ~t||y ~周新年等 ot||| ~ussv¤~ussv¥~ussy ~罗桂生等 o
t||| ~罗仙仙等 oussvl o编制计算机辅助设计系统 o输出设计计算结果 }
无荷中央挠度系数 }Σs € s1sux 无荷悬索长度 }Λs € wss1{w °
承载索有荷最大拉力 }Ԑ € vwx v{w ‘ 承载索的耐久性验算 }Χ€ us1ww
承载索的实际安全系数 }Νt € u1ty 距上支点 ts °处的升角 }Χ€ tw1sv β
412 工作索计算
w1u1t 起重索计算 tl起重索张力 Τtk‘lk杨文渊 ot|{tl
Τt € ΠΒ Λo ktl
式中 Π为设计荷重k‘l oΠ€ yz yssk含跑车 !吊钩等l ~ Λ为冲击系数 o考虑 u个吊点力不均衡及起吊时的冲
击 o取 Λ€ t1t ~ Β为滑轮组系数 o起重索采用/走 w0布置 o有效绳数 ν € w oΒ€ v1yx ∀
算得 Τt € us vzv o闽林 {ut起重卷筒额定牵引力为 vs sss ‘o故起重力足够 ∀
ul起重索安全系数 Νu
Νu € Τ≥u Χ×Τt o kul
式中 Τ≥u为起重索的钢丝破断拉力总和 oΤ≥u € tuv sss ‘∀
算得 Νu € tuv sss ≅ s q{xusvzv x qtv  ≈ Νu  € x o故所选起重索符合规范k≠ tsxy p |tl要求 ∀
w1u1u 循环牵引索计算 tl牵引索最大张力 Τuk‘lk杨文渊 ot|{tl
Τu € k Τv n Τwl ≅ Αo kvl
式中 Τv 为坡度阻力 oΤv € Π¶¬±Χ€ yz yss ≅ ¶¬±tw1svβ € ty v{{ ~Τw 为跑车运行的摩擦阻力 oΤw € φΠ¦²¶Χoφ €
Λt ΡχΡ n Λs
t
Ρ ~Λt 为轴承摩擦系数 o取 s1st ~ Ρ为行走轮半径 o为 tss °° ~ Ρχ为轴承半径为 vs °° ~ Λs 为轮
与钢索的摩擦系数为 s1x ~ Α为综合阻力系数 oΑ€ t1t ∀则 φ€ s1ss{ oΤw € xux ∀
算得 Τu € t{ ysw o闽林 {ut绞盘机的摩擦卷筒额定牵引力为 us sss ‘o故牵引力足够 ∀
ul牵引索安全系数 Νv
Νv € Τ≥v Χ×Τu o kwl
式中 Τ≥v为牵引索的钢丝破断拉力总和 oΤ≥u € {u zss ‘∀
算得 Νv € {u zss ≅ s1{xt{ ysw € w qt  ≈ Νv  € w o故所选牵引索符合规范k≠ tsxy p |tl要求 ∀
413 锚碇计算
w1v1t 上支点锚碇 上支点锚碇为原飞升岩水库吊装索道锚碇的基础上改造而成 o该锚碇为一整体天然岩
石 o经中间开凿深 t1vs ° !宽 s1y °沟槽 o形成沿索道方向的前后 u个驼峰形锚碇 o其锚固承载索处的基岩直
径约 u1x °∀由于设计荷重大 o拟在原槽的基础上加深 s1x ° o使基岩的直径达到 v ° o从而增大锚碇的自重 o
提高抗水平滑移的能力 ∀
经计算 o承载索锚固位以下 s1x °处的基岩自重可达 t sss ®‘o加上岩石结构的自身咬合 !胶结力 o该锚
碇安全 ∀
w1v1u 下支点锚碇 下支点锚碇采用卧桩型式 o其为下底宽 t1x ° !上底宽 u1s ° !长 w1x ° !深 v1s °的槽
坑 o内埋直径 5ys ¦° !长 w °原木 ∀为改善受力条件 o原木上铺 ts ¦° ≅ ts ¦° ≅ tys ¦°的木板 o原木前铺垫
ts ¦° ≅ ts ¦° ≅ t{s ¦°木板作挡板 o见图 wk单位 }¦°l ∀
tl在水平分力作用下锚前土的压应力验算k周新年等 oussv¤~ussv¥~洪毓康 ousssl
stt 林 业 科 学 wv卷
图 w 锚碇受力分析
ƒ¬ªqw ׫¨ ¤±¤¯¼¶¬¶²©¶∏©©¨µ¨§©²µ¦¨
²©¤±¦«²µ¤ª¨
t q绷绳 °∏¯ ¬¯±ªµ²³¨ k 5u{ °°l
u q挡木 …¯²¦®¬±ª·¬°¥¨µkts ¦° ≅ ts ¦° ≅ t{s ¦° ov{l
v q挡板 …¯²¦®¬±ª¥²¤µ§kts ¦° ≅ ts ¦° ≅ tys ¦° ov{l
w q卧桩木 ‹²µ¬½²±·¤¯ ¶·¤®¨ ·¬°¥¨µ
k 5 ys ¦° ≅ wss ¦°l q
≈ Ρ Γ ∴ Πtηλ o kxl
式中≈ Ρ 深度 v °处土壤的容许应力k°¤l o查规范k×Š⁄ ys p
usswl o≈ Ρ  € s1x ∗ s1y ~ Γ为容许应力折减系数 oΓ € s1ux ~ η为
档板高度 oη € t1{ ° ~λ为地垄木长度 oλ € w1s ° ~ Πt为水平分力
k‘l oΠt € Π ≅ ¦²¶wxβ ~Π € ΤΜ € vwx v{w oΠt € uww uuv ∀
≈ Ρ  ∴ ΠtηλΓ €
uww uuv
t1{ ≅ w qs ≅ s qux € tvx yz| ‘# °
pu € s1tvy °¤
满足要求 ∀
ul在垂直分力作用下锚碇的稳定性验算
Γ n Τ ∴ Κt Πu o kyl
式中 Τ为摩擦力k‘l oΤ € φt Πt oφu 为摩擦系数 o取 φt € s qx oΤ €
s qx ≅ uww uuv € tuu ttu ‘~Κt 为安全系数 oΚt ∴ u ∀Γ n Τ € wyu
sss n tuu ttu € x{w ttu  Κt Πu € w{{ wwy o稳定 ∀
vl地垄木抗弯强度验算
Ρω € ΜΩ [ ≈ Ρω  o kzl
式中 Μ为地垄木所受弯距k‘# °l oΜ € ΤΜλ{ €
vwx v{w n w
{ € tzu y|u ~Ω为地垄木抗弯截面模量k¦°
vl oΩ €
Πδv
vu € ut t|x ~≈ Ρω 地垄木容许弯曲应力k°¤l o杉木为 ts1z{k段良策 ot|{{l ∀
Ρω € tzu y|uut t|x € { qtx  ≈ Ρω  € ts qz{ o抗弯强度合格 ∀
wl地垄木抗剪强度验算
Σ € ΤΜξuΑ [ ≈ Σ  o k{l
式中 Α为地垄木截面积k¦°ul oΑ € ΠδuΠw € u {uy ~≈ Σ 为地垄木容许剪切应力k°¤l o杉木为 s1|ws{k段良
策 ot|{{l ∀
Σ € vwx v{wu ≅ u {uy ≅ tsu € s qytt  ≈ Σ  € s q|ws { o抗剪强度合格 ∀
414 支架计算
承载索通过支k塔l架 o忽略摩擦阻力 o可认为两边拉力相等 o支架内侧倾角为 t1zβ o支架外侧钢索水平夹
角为 wxβ ∀于是 o支架顶的垂直力 ςt € ΤΜ¶¬±wxβ € vwx v{w ≅ ¶¬±wxβ € uww ®‘∀
查角钢格结构 Νzx °° ≅ zx °° ≅ ts °° oyxs °° ≅ yxs ∗ v sss °° o当塔架高 tx °时 o起重量为 vss ®‘
k杨文渊 ot|{tl ∀本设计塔架高仅 tu ° o则起重量大于 vss ®‘o而支架顶的垂直力为 ςt € uww ®‘ vss ®‘o故
支架安全 ∀
415 缆风索计算
在支架外侧设 u根缆风索 o由于支架低 o缆风索短 o故不作验算 ∀缆风索采用 5tw °°钢索 o其上配置 v·
’˜型螺旋扣 o以调整张力 ∀
416 生产率计算
w1y1t 工作循环周期时间 τ k°¬±lk罗仙仙等 oussvl
τ € ΤΠν o k|l
式中 Τ为总工作时间k°¬±l o运距wss ° o连续运输的原材料质量vss·的时间不超过ts «oΤ € yss ~ ν为总车
数 oν € ϖΠϖt ~ϖ为运输原材料的总质量k·l oϖ € vss ~ϖt 为单车载质量kτl oϖt € x1x ∀算得
τ € ΤΠν € yss ≅ x qxΠvss € tt ∀
w1y1u 实际作业 t个工作循环时间 τχk°¬±l
ttt 第 v期 周新年等 }武当山特殊吊装索道设计研究
表 1 1 个工作循环时间
Ταβ .1 Ονε τασκ χιρχλε τιµε
工序 °µ²¦¨¶¶ 行程 ⁄¬¶·¤±¦¨²©·µ¤√¨¯Π°
速度 ∂¨¯²¦¬·¼Π
k°#¶ptl
运转时间
• ∏±±¬±ª·¬° Π¨¶
取物 Š¨ ·¬±ª °¤·¨µ vs
提升 ¬©·¬±ª v s1|y vs
运行 • ∏±±¬±ª wss u1ss uss
落钩 ƒ¤¯ ¬¯±ª«²²® tw s1|y vs
卸料 ˜±¯²¤§¬±ª ys
回空 • ·¨∏µ±¬±ª wss v1ss tvv
间歇 Œ±·¨µ°¬¶¶¬²± ys
周期kτχl°¨ µ¬²§ xwvk|1sx °¬±l
如表 t所示 oτχ € |1sx  τ € tt o满
足生产率要求 ∀
x 使用效果
在特定地形地质条件下 o进行有
效合理的布局 o以及主要技术参数的
选择 o并进行校核 ∀实践证明 }吊装索
道在运送玄帝殿修复工程所需材料中
安全 !适用 !高效 o既能保护景区环境
与文物 o又能满足吊装作业生产率和
高强度工作量的要求 o取得了很好的生态效益 !经济效益与社会效益 ∀
参 考 文 献
段良策 qt|{{ q简易架空缆索吊 q北京 }人民交通出版社 ouvz p uxw
郭占柱 o马献伦 qussw q武当山南岩玄帝殿修复工程 q≈ussw p sy p vs  q«·³}ΠΠººº q«¥q¬¬±«∏¤±¨ ·q¦²°Π±¨ º¶¦¨±·¨µΠussw p syΠvsΠ¦²±·¨±·p uws|tt{1«·°
洪毓康 qusss q土质学与土力学 q北京 }人民交通出版社 otxz p tyw
罗桂生 o周新年 o吴沂隆 qt||| q悬链线精确算法单跨索道设计模型 q福建林学院学报 ot|kul }tts p ttv
罗仙仙 o周新年 o胡永生 o等 qussv q双承载索在特大桥吊装工程上的设计与应用 q福建林学院学报 ouvkwl }vsx p vs{
杨文渊 qt|{t q起重吊装技术手册 q北京 }人民出版社 ots p |u ou{s
周新年 qt|{z q悬链线法作单跨索道设计的微机程序 q福建林学院学报 ozktl }vx p ww
周新年 qt||u q林业索道设计系统 q林业科学 ou{ktl }wz p xt
周新年 qt||v q林业索道优化设计系统 q南京林业大学学报 otzktl }zv p zz
周新年 qt||y q架空索道理论与实践 q北京 }中国林业出版社 otww p txt
周新年 o罗桂生 o吴沂隆 o等 qt||| q悬链线精确算法单跨索道设计系统 q福建林学院学报 ot|kvl }usx p us{
周新年 o冯建祥 o罗仙仙 o等 qussv¤q受限地段过河索道设计研究 q福建林学院学报 ouvktl }t p w
周新年 o张正雄 o郑丽凤 o等 qussv¥q林业索道在山区水利吊装工程上的应用 q林业科学 ov|kul }tws p tww
周新年 o张正雄 o官印生 o等 qussy q滑索理论及其应用研究 q林业科学 owuk|l }{v p {{
k责任编辑 石红青l
utt 林 业 科 学 wv卷