LS3318置換洞上半段斜井開挖安全措施研究

鄧永平 成勇吉 蔡宏磊 馬晗

摘 要：本文分析白鶴灘水電站安全管理現狀及特點的基礎上，針對左岸壩基LS3318置換洞上半段斜井開挖安全措施進行探究，采用電耙出渣方式取得了較好的成效，并且開創了水電行業使用電耙的先河。

關鍵詞：白鶴灘水電站;LS3318置換洞;安全;電耙出渣

一、工程概況：

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，距巧家縣城45km，距昆明約260km，至重慶、成都、貴陽均在400km左右，至華東地區上海的直線距離為1850km。電站上接烏東德梯級，下鄰溪洛渡梯級，距溪洛渡水電站195km。

白鶴灘水電站的開發任務以發電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發展庫區航運和改善下游通航條件等綜合利用效益，是西電東送骨干電源點之一，電站裝機容量約16000MW。

二、施工環境：

左岸壩基LS3318置換洞上半段頂部高程635.53m與F17截滲井相連通，底部與施工聯系洞相通，設計樁號長度60.82m，開挖綜合坡度49.95%，開挖斜長68m。置換洞洞室開挖斷面尺寸為5.0m×5.0m。洞室在開挖過程中需根據LS3318產狀及時進行調整。

三、LS3318置換洞施工安全管理現狀：

LS3318置換洞上半段開挖上半段開挖原計劃采用從下往上全斷面掘進、卷揚機輔助反鏟出渣的方式進行。靠聯系洞部位在完成12m左右時（剩余開挖長度52m），出于施工安全及進度的考慮，對LS3318置換洞開挖及出渣方法進行調整。

LS3318置換洞開挖原方案全斷面爆破掘進，采取鉛垂掌子面的開挖方式進行，具體施工工藝流程見下表：

調整方案主要對開挖程序以及出渣方式進行調整。洞室開挖從下往上臺階分層掘進，取消原在LS3318置換洞上部布設卷揚機穿孔至掌子面輔助反鏟出渣的方式，采用耙礦絞車（以下簡稱：電耙）出渣的方式，具體施工方法如下：

㈠ 開挖程序：臺階法

在已開挖段系統支護完成以后進行上半段開挖，開挖采取分臺階兩層施工，兩層開挖隨挖隨支護，下臺階滯后上臺階開挖8～10m。上臺階開挖尺寸5m×2.5m（寬×高），循環進尺1.5～2m，下臺階開挖循環進尺3～4m，即上臺階掘進2循環后，下臺階擴挖1循環交錯開挖，上、下開挖始終保持8～10m間距。開挖掌子面的為鉛垂面，上臺階開挖時保證LS3318錯動出露在底板位置，開挖時根據錯動帶出露動態調整。

循環爆破施工程序圖如下：

㈡出渣方法：電耙出渣

方案調整后LS3318置換洞上半段爆破渣料采用2JPB-30電耙扒渣，每次爆破安全處理后在掌子面中部打三個約50cm插筋孔（左、中、右部各一），嵌入滑輪專用錨樁，安裝導向滑輪后安裝電耙鋼絲繩，利用電耙的來回運動將掌子面渣扒下至聯系洞內集渣， 再統一運至指定渣場。

LS3318置換洞上半段開挖施工期間安全問題主要為：1、洞室巖石產狀較差;2、斜井坡度約為38度，出渣及爆破難度大，通道安全隱患較大;3、爆破對相鄰工作面影響較大;4、洞室開挖散煙效果不佳。

出渣電耙布置在LS3318置換洞下半段已澆筑完成的襯砌部位，在擋渣安全防護后。由于下半段襯砌底板為斜坡面，安裝電耙設備時需采用混凝土澆筑安裝基座，并預埋錨栓。基座布置在洞軸線位置，尺寸為2.0m×1.5m，采用C30混凝土澆筑，澆筑前預埋φ25mm地腳螺栓。

下半洞段洞口需進行擋渣防護，以免爆破渣料進入已施工完成的下坡洞段內。擋渣防護采用I20工字鋼作為立桿，間距1.0m。底部布設C25，L=1.5m插筋與工字鋼焊接，橫向采用φ48鋼管加固，鋼管間距1.0m，兩端與邊墻系統錨桿焊接或者插筋焊接，背面采用I20工字鋼做斜撐，混凝土面以上部位采用雙層竹夾板滿鋪。

四、LS3318置換洞施工安全管理存在的問題難點及對策：

㈠ 左岸壩基LS3318置換洞上半段，綜合坡度49.95%，動態追蹤LS3318錯動帶，應屬于斜井開挖。由于坡度較大，安全管理風險大，主要表現為：洞室巖石產狀較差、開挖爆破期間火工材料的管理及施工過程中機械設備對人員的傷害。另由于F17截滲井交叉施工的條件限制以及總體施工進度要求，不具備從上往下的（正挖法）開挖條件。所以上半段需從下往上掘進（逆挖法），施工難度大，主要表現在鉆孔及出渣困難，施工效率低。

主要對策：

鑒于存在的安全問題，施工期間每班前進行洞室危石清撬，火工材料管理嚴格執行一炮一領用制度，嚴格召開班前會及六項循環和職業危害告知活動，對施工人員進行詳細的技術和設備操作規程交底。

LS3318置換洞上半段洞室開挖從下往上臺階分層掘進，取消原在LS3318置換洞上部布設卷揚機穿孔至掌子面輔助反鏟出渣的方式，采用耙礦絞車（以下簡稱：電耙）出渣的方式。

㈡ LS3318置換洞上半段洞室坡度較大，施工安全問題比較突出，同時開挖掌子面朝上，風機通風散煙效果不佳。如何有效的避免出現安全問題，解決通風散煙是開挖施工的重點。

主要對策：

在施工鋼絲繩穿線孔旁另施工一個φ150mm孔串通上、下端，此孔連通F17截滲井，可形成煙囪效應，達到較好的通風散煙效果。

五、LS3318置換洞施工安全管理取得的成效：

㈠ 安全保障

樹立安全第一的理念，采用安全性能較高的電耙出渣、采用分層開挖。嚴格執行炮后排險制度，開挖分層高度2.5m，進口開挖斷面小，爆破沖擊波較小，對下部安全防護損害小;爆破完成后可人工進行排險，排險完成后可立即對已開挖面進行支護，無需滯后開挖掌子面一個循環;電耙出渣時操作人員位于安全防護之后，爆破渣料堆積在聯系洞。

㈡ 工期保障

根據置換洞與其它洞室施工的關系，上半段開挖需在2016年12月30日完成，工期緊張，調整后方案每循環作業時間可相應減少，主要在爆破出渣以及系統支護施工工藝上時間縮短：按照最遠距離52m位置出渣效率5.0m/h計算，上、下層開挖循環時間各需24小時。

上半段總長度52m，上層開挖按照最小1.5m循環進尺計算，共35個循環，下層開挖按照最小3m循環進尺計算，共17個循環。正常開挖總共需52天完成。可有效保證工程按期完成。

六、LS3318置換洞施工安全管理對策：

㈠ 爆破安全措施

⑴在LS3318置換洞下半段，電耙操作前方設置安全防護墻，以抵擋爆破沖擊波、飛石對機械設備的傷害。安全防護采用I20工字鋼作為立桿，間距1.0m。底部布設C25，L=1.5m插筋與工字鋼焊接，橫向采用φ48鋼管加固，鋼管間距1.0m，兩端與邊墻系統錨桿焊接或者插筋焊接，背面采用I20工字鋼做斜撐，采用雙層竹夾板滿鋪。安全防護有損傷后及時進行修復。

⑵ 上半段開挖按照分層臺階法開挖，開挖分層高度2.5m，進洞前10m，需先完成上層的開挖，并嚴格遵“短進尺、弱爆破”的原則，以減小爆破沖擊波以及對下部安全防護損害。

⑶ LS3318置換洞上半段與F17截滲井相通，當置換洞距離截滲井10m時，需采用“短進尺、弱爆破”的原則施工，爆破時需將井內工作人員全部撤離至安全范圍外，并安排專職安全人員做好警戒。

㈡ 耙礦絞車安全操作規程

⑴ 準備工作

① 清除機身上下四周障礙物，檢查頂邦和支架，進行敲邦問頂。

② 耙礦絞車是否穩固，各部螺絲有無松動，機身與開關上不得有滴水。

③ 檢查電氣線路，開關是否齊全完好、安全。

④ 檢查剎車部分是否靈活可靠，機身螺栓是否緊固。

⑤ 檢查耙運通道有無障礙物，鋼絲繩和耙斗的連接、滑輪懸栓及耙斗安裝是否緊固，滑輪是否靈活、掛牢。鋼絲繩有無扭折和斷股現象。

⑥ 并且用手將轉動部分旋轉2-3轉，靈活無卡阻后方可開車，空車運行1分鐘，了解設備的運行情況。

⑵ 運轉中操作

① 空車運轉正常后，緩慢起動絞車。兩手抬起兩個剎把，送電空運轉，發出信號后耙道沒有人和暢通無雜物時便可開始耙運，嚴禁將大塊、鐵器、爆炸品等耙入耙道。

② 耙斗前拉應松開遠離電機一側剎把，而且壓下靠近電機一側的剎把。耙斗后退時耙斗的操作與前拉時相反。無論是前拉還是后退，嚴禁同時壓下兩個剎把，否則會損壞滑輪撐子、滑輪和鋼繩。

③ 電耙運行時，嚴禁人員進入絞車至垱頭內工作，絞車運行中若聽到或看到緊急剎車訊號應立即松閘停車。

④ 耙礦塊度一般不宜超過300mm，若超過300毫米的礦塊應處理后再耙運，如耙運阻力大可將耙斗退后1-2米，然后再耙，切不可硬拉。如因渣石過大或耙道不平，應將大塊破碎或修整耙道。嚴禁用耙斗撞擊破碎大塊石。

⑤ 操作時應一邊壓緊手剎收繩，切不可將兩個手剎同時收緊，以防意外。

⑥ 放鋼絲繩時，卷筒上鋼絲繩至少應保留三圈，嚴禁全部放完。

⑦ 運行中應注意絞車響聲是否異常，禁止超負荷運轉。

⑧ 在運行過程中如出現鋼絲繩斷裂、滑輪壓死等現象，需更換鋼絲繩或滑輪時，必須先切斷電源閉鎖開關，懸掛“有人工作，不準送電”警示牌。

⑶ 停車操作

① 停車時應切斷電源，清掃設備，填寫好記錄，保管好工具，按規定做好交接班。

② 嚴格按照操作步驟進行操作并要經常檢查軸承及電機溫度，軸承及電機溫度均不應超過80℃。

七、工程應用：

LS3318置換洞采用電耙出渣方式開創了水電行業使用電耙的先河，為工程建設安全施工及效率起到了重要作用。為后期水電建設斜井開挖施工方法指引了方向。

電耙在斜井開挖過程中由于結構簡單，可操作性強，人員安全培訓易吸收等優點可推廣使用，但也由于鋼繩磨損較大，施工時期要定期做好相應的檢查。

電耙主要用于金屬礦及其它礦場的坑內或露天做礦石搬運及充填工作。主要用于水平耙運，也可用于傾角不大的斜坡耙運，不能作為提升設備。司機可以在絞車旁用手操縱，也可以離絞車數米以至數十米處用按鈕實行距離操縱。