世界文化遗产、道教圣地武当山，位于鄂西北十堰市境内，东为古城襄樊隆中，南依原始森林神农架，西接车城十堰，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，据记载，唐代时有道士在此修炼。元代曾在此大兴土木，修建宫殿。元仁宗于延佑元年(1314)赐额“大天一真庆万寿宫"。可惜元末大部份毁于兵火。明永乐11年(1413)重建，有宫殿、道房、亭台等大小房间150间，赐额“大圣南岩宫"。到嘉靖31年(1552)南岩宫扩大到460间。到清末大多又被毁废。今仅存元建的石殿，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(大殿)毁于1926年的火灾。2003年6月17日，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"16字方针后，修复南岩宫玄帝殿列为“保护为主"的重点工程之一。

玄帝殿修复工程，建筑面积658.19 m²，投资641.68万元，所需的修复材料总质量约3 000 t，根据原貌修复原则，特从美国进口特大、特长花旗松(Pseudotsuga menziesii)金柱36根，其中最长12 m，直径800 mm，重约5 t(郭占柱等，2004)。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，同时不能破坏地表、树木、古残存建筑和旅游设施，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，经多种方案比选，最终拟订修建一条由飞升岩至南岩大殿(玄帝殿)西山墙外，沿悬崖深谷无人区，线路跨距约400 m，设计荷重6.76 t的货运吊装索道。进料到材利用飞升崖隧道，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。

1 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，根据索道起点应有支架、锚碇和装卸场地，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，最终确定索道上支点位于飞升岩(高程988.00 m)，下支点定于南岩大殿西山墙外(高程970.02 m)的选线方案，水平跨距：l₀=400 m，弦倾角：α₀=1.7°。

2 设计资料

该地区风力8级，风压强度500 Pa；安装温度25 ℃；无地震。

依据林业架空索道设计规范(LY 1056-91)和公路桥涵设计通用规范(JTGD 60-2004)，钢丝绳查GB/T 8918-1996选用，承载索6×19-37-1550，起重索6×6×19-14-17000，循环牵引索6×19-12.5-1550，钢丝绳的弹性模量E=100 000 MPa, 破断拉力降低系数C_T=0.85;K₂-2×2跑车；闽林821型绞盘机；角钢格支架(∠75 mm×75 mm×10 mm，650 mm×650~3 000 mm)；Φ 60 cm×400 cm卧式木地桩锚碇。

3 总体布置

结合地形条件，两支点高差不大，跑车需往复牵引，故索道型式设计为Ⅲ13型索系，见图 1。索道上支点附近有一个建造飞升岩水库时修建的隧道，可用作运输货物的通道，索道的装车点即位于距隧道出口10 m处，索道中线距国家保护的龙头香水平距离5 m，上支点在原飞升岩水库吊装索道的基础上改造而成，下支点采用支架型式，锚碇采用卧桩式。平面、纵面布置，见图 2、3。

4 主要技术参数 4.1 承载索计算

应用悬链线理论(周新年，1987；1992；1993；1996；周新年等，1999；2003a; 2003b; 2006; 罗桂生等，1999；罗仙仙等，2003)，编制计算机辅助设计系统，输出设计计算结果：

4.2 工作索计算 4.2.1 起重索计算

1) 起重索张力T₁(N)(杨文渊，1981)

(1)

式中P为设计荷重(N)，P=67 600 (含跑车、吊钩等)；μ为冲击系数，考虑2个吊点力不均衡及起吊时的冲击，取μ=1.1；β为滑轮组系数，起重索采用“走4"布置，有效绳数n=4，β=3.65。

算得T₁=20 373，闽林821起重卷筒额定牵引力为30 000 N，故起重力足够。

2) 起重索安全系数N₂

(2)

式中T_S2为起重索的钢丝破断拉力总和，T_S2=123 000 N。

算得，故所选起重索符合规范(LY1056-91)要求。

4.2.2 循环牵引索计算

1) 牵引索最大张力T₂(N)(杨文渊，1981)

(3)

式中T₃为坡度阻力，T₃=Psinγ=67 600×sin14.03°=16 388; T₄为跑车运行的摩擦阻力，T₄=fPcosγ，f= ；μ₁为轴承摩擦系数，取0.01；R为行走轮半径，为100 mm；R′为轴承半径为30 mm；μ₀为轮与钢索的摩擦系数为0.5；α为综合阻力系数，α=1.1。则f=0.008，T₄=525。

算得T₂=18 604，闽林821绞盘机的摩擦卷筒额定牵引力为20 000 N，故牵引力足够。

2) 牵引索安全系数N₃

(4)

式中T_S3为牵引索的钢丝破断拉力总和，T_S2=82 700 N。

算得, 故所选牵引索符合规范(LY1056-91)要求。

4.3 锚碇计算 4.3.1 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，该锚碇为一整体天然岩石，经中间开凿深1.30 m、宽0.6 m沟槽，形成沿索道方向的前后2个驼峰形锚碇，其锚固承载索处的基岩直径约2.5 m。由于设计荷重大，拟在原槽的基础上加深0.5 m，使基岩的直径达到3 m，从而增大锚碇的自重，提高抗水平滑移的能力。

经计算，承载索锚固位以下0.5 m处的基岩自重可达1 000 kN，加上岩石结构的自身咬合、胶结力，该锚碇安全。

4.3.2 下支点锚碇

下支点锚碇采用卧桩型式，其为下底宽1.5 m、上底宽2.0 m、长4.5 m、深3.0 m的槽坑，内埋直径Φ60 cm、长4 m原木。为改善受力条件，原木上铺10 cm×10 cm×160 cm的木板，原木前铺垫10 cm×10 cm×180 cm木板作挡板，见图 4(单位：cm)。

1) 在水平分力作用下锚前土的压应力验算(周新年等，2003a; 2003b; 洪毓康，2000)

(5)

式中[σ]深度3 m处土壤的容许应力(MPa)，查规范(JTGD 60-2004)，[σ]=0.5~0.6；η为容许应力折减系数，η=0.25；h为档板高度，h=1.8 m；l为地垄木长度，l=4.0 m；P₁为水平分力(N)，P₁=P×cos45°; P=T_M=345 384，P₁=244 223。

满足要求。

2) 在垂直分力作用下锚碇的稳定性验算

(6)

式中T为摩擦力(N), T=f₁P₁, f₂为摩擦系数，取f₁=0.5, T=0.5×244 223=12 2 112 N; K₁为安全系数，K₁≥2。G+T=462 000+122 112=584 112>K₁P₂=488 446，稳定。

3) 地垄木抗弯强度验算

(7)

式中M为地垄木所受弯距(N·m)，; W为地垄木抗弯截面模量(cm³)，W==21 195; [σ_w]地垄木容许弯曲应力(MPa)，杉木为10.78(段良策，1988)。

4) 地垄木抗剪强度验算

(8)

式中A为地垄木截面积(cm²)，A=πd²/4=2 826;[τ]为地垄木容许剪切应力(MPa)，杉木为0.9408(段良策，1988)。

4.4 支架计算

承载索通过支(塔)架，忽略摩擦阻力，可认为两边拉力相等，支架内侧倾角为1.7°，支架外侧钢索水平夹角为45°。于是，支架顶的垂直力V₁=T_Msin45°=345 384×sin45°=244 kN。

查角钢格结构∠75 mm×75 mm×10 mm, 650 mm×650~3 000 mm，当塔架高15 m时，起重量为300 kN(杨文渊，1981)。本设计塔架高仅12 m，则起重量大于300 kN，而支架顶的垂直力为V₁=244 kN < 300 kN，故支架安全。

4.5 缆风索计算

在支架外侧设2根缆风索，由于支架低，缆风索短，故不作验算。缆风索采用Φ14 mm钢索，其上配置3 t OU型螺旋扣，以调整张力。

4.6 生产率计算 4.6.1 工作循环周期时间

t (min)(罗仙仙等，2003)

(9)

式中T为总工作时间(min)，运距400 m，连续运输的原材料质量300 t的时间不超过10 h，T=600；n为总车数，n=v/v₁; v为运输原材料的总质量(t)，v=300；v₁为单车载质量(t)，v₁=5.5。算得

4.6.2 实际作业1个工作循环时间

t′(min)

如表 1所示，t′=9.05＜t=11，满足生产率要求。

5 使用效果

在特定地形地质条件下，进行有效合理的布局，以及主要技术参数的选择，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，既能保护景区环境与文物，又能满足吊装作业生产率和高强度工作量的要求，取得了很好的生态效益、经济效益与社会效益。