載人提升系統在白鶴灘水電站豎井施工中的應用

齊 磊，方 善 新，王 濤

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸引水發電系統共布置豎井28條，單條豎井的深度從34 m至262 m，最小開挖直徑為7.3 m，最大開挖斷面為18.4 m ×9.1 m。豎井空間分布廣、尺寸大、深度深、地質條件復雜。工程圍巖類別主要為玄武巖，包括第一、二類柱狀節理玄武巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質玄武巖等，還發育層間、層內錯動帶、斷層、陡緩傾角裂隙等地質構造，導致滲水現象突出。

左岸引水豎井共計8條，上游至下游依次編號為①～⑧號，單條引水豎井深約176 m，含上下彎段及豎井段，豎井段深104.5 m，豎井開挖斷面為Φ12.2 m的圓形斷面。

左岸出線豎井[1]共計2條，分上下段，上段長127 m，下段長262 m。左岸①②號出線豎井上段頂部高程為965 m，位于出線場內；底部高程為838 m，與①②號出線上平洞相連。豎井井口段(20 m)開挖斷面直徑為15.2 m，井身段(107 m)開挖斷面直徑為13 m。左岸①②號出線豎井下段頂部高程為869.5 m，位于出線交通洞內，與出線上平洞相連；底部高程為583.4 m，與出線下平洞相連，井身段開挖斷面直徑為13 m。

尾水管檢修閘門室布置于主變洞與尾水調壓室之間，與主廠房、主變洞平行布置。左岸尾水管檢修閘門室共布置有8個檢修閘門井，井身段開挖平面尺寸為18.4 m×9.1 m，深度達108 m。

根據豎井施工布置、金屬結構安裝載重、混凝土入倉方式等選用了不同的升降牽引系統，確保了載人提升系統安全可靠，有利于施工。

2 載人提升系統的組成

2.1 橋機+載人提升系統

(1)引水豎井工程。左岸引水豎井施工中采用橋機+載人提升系統作為豎井內人員上下交通的主要工具，該系統的配置兼顧豎井開挖、壓力鋼管安裝和混凝土施工的需要，每條引水豎井布置了一臺2×30 t橋機，共計8臺。在引水上彎段進行技術超挖并完成橋機軌道基礎的開挖及澆筑，為橋機安裝提供條件。橋機為2×30 t臨時橋機，軌道中心間距為14 m，起吊高度為180 m，采用雙吊點布置，吊點間距為5～10.5 m，單鉤額定荷載30 t，單臺橋機重量為57.3 t。載人提升系統的主要組成包括載人小車、起升機構(雙卷筒、多層纏繞)、載人吊籠、鋼繩、小車運行機構等。結構型式為雙卷筒四繩系自動升降式，載重量為3 t(最大定員10人)，額定升降速度為0.114～11.4 m/min。

(2)尾水檢修閘門井工程。在尾水管檢修閘門室內布置了2臺20 t臨時橋式起重機，南側布置了一臺臨時橋機(型號：QD20-8.4 m-110-A5)，北側布置了一臺臨時橋機(型號：QD20-11.3 m-110-A5)，用于閘門井的開挖支護、混凝土及金屬結構的安裝和吊運施工。兩臺橋式起重機均為通用橋式起重機結構形式，南北側的橋機跨度分別為8.4 m和11.3 m，大車和小車分別為起吊物品車和載人車。載物起重機起重量為20 t，工作級別為A5，起升高度110 m；載物起升速度為1.02～10.2 m/min，小車運行速度為0～10 m/min；大車運行速度為2.81～28.1 m/min；電氣采用全變頻控制，操作方式為司機室+遙控；大車軌道為P43，大車導電方式為電纜卷筒(配80 m長電纜線)。 橋機+載人提升系統中的載人起重機起重量為3 t，工作級別為M5，載人吊籃尺寸為2 m×2 m×2.2 m，起升速度為0～21 m/min，小車運行速度為1.6～16 m/min；載人小車載重量為3 t，起升高度為110 m；載人起升速度為11.2 m/min，工作級別為M5，載人小車運行速度為10 m/min。大車由載物起重機牽引運行，設備設有防超載、防超速、防失載、防過卷、防過放、防斷繩、防斷軸、載人系統自動檢測減速停車、載人吊籃內緊急制動、上下限位、防旋轉、防墜落等安全裝置。

2.2 門機+載人提升系統

采用門機+載人提升系統作為左岸出線豎井上段施工中豎井內人員上下交通的主要工具。采用單邊懸臂通用門式起重機的結構形式，軌道中心間距為17.2 m，載人側有效懸臂長2 m，載物側無懸臂，載物起重量為15 t。載人提升系統主要包括載人小車、起升機構(雙卷筒、多層纏繞)、載人吊籠、鋼繩、小車運行機構等。結構型式為雙卷筒四繩系自動升降式，載重3 t(最大定員10人)，工作級別為M5，載人吊籃尺寸為2 m×2 m×2.2 m，起升速度為0～21 m/min，小車運行速度為0～10 m/min。

在出線豎井上段施工中滲水現象突出，滲水包括某個部位的集中滲水(點滲)及井壁大面滲水(面滲)[2]。為了給提升系統的運行提供干燥的施工環境，采取了以下措施對滲水進行處理。

①針對點滲，采用了YT-28手風鉆打排水孔，孔徑為50 mm，孔深4.5 m，及時將水引排。

②針對面滲，沿豎井井壁修筑環形截水槽將水攔截匯集后再進行引排。環形截水槽的施工方法：

a.噴混凝土成槽法。在豎井進行復噴混凝土施工時，在需要施工環形截水槽的地方將一根普通水管(管徑50 mm)貼著井壁略帶坡度環井一圈，將圍成的圈與井軸線形成一個略微傾斜的角度(水管可通過鐵絲與系統錨桿聯結固定)；之后，在復噴時適當將管子噴進去，并將水管底部適當噴厚，頂部則盡量少噴或不噴；噴護后約1～2 h，輕輕將水管取出，此時即可形成一略帶坡度的混凝土環形截水槽。在水槽最低點事先埋設排水管，排水管沿著井壁鉛直向下，具有傾斜的水槽便可將水匯集、最終集中引排。

b.鐵皮成槽法。即先利用鐵皮加工成鐵槽，再環繞豎井施工成截水槽。材料：普通鐵皮(約1.5 mm厚，50 cm寬)，混凝土釘。方法：將鐵皮加工成槽狀，之后緊貼井壁略帶坡度施工成環狀，用混凝土釘+鐵絲+系統錨桿固定，即可得到環形截水槽，可將滲水攔截后再集中引排。

采用以上排水措施后效果明顯，為提升系統的運行提供了干燥的施工環境，有效地保證了載人提升系統的安全運行。

2.3 礦用提升絞車+載人提升系統

出線豎井下段施工中采用礦用提升絞車+載人提升系統作為豎井內人員上下交通的主要工具。礦用絞車的最大允許提升速度為2.6 m/s，最大允許提升高度為472 m(3層纏繞)。載人提升系統的主要構件包括鋼絲繩(含主繩、穩繩)、龍門架及桁架梁、滑輪組、載人吊籠等。載人提升系統的升降主要依靠礦用提升絞車牽引進行上下通行。礦用提升絞車安全性能高，配置了防墜落吊籃及配套的安全穩繩；配置了深度指示器對載人吊籠的運行行程進行監控；最核心的配置是全數字交流變頻調速控制系統，實現了無極變速、穩速運行，具有強大的內部軟件故障和外部線路故障診斷功能。

3 載人提升系統的規劃與布置

3.1 引水豎井載人提升系統

在引水上彎穹頂開挖時設置巖臺梁，在引水上彎開挖結束后對巖臺梁進行澆筑，為橋機安裝提供條件。結合壓力管道安裝及鋼襯回填混凝土施工，在每條引水豎井布置了一臺2×30 t橋機。引水豎井載人提升系統依靠橋機進行升降。橋機運行對豎井內的作業面實行全覆蓋。巖臺梁長度為58.58 m，巖臺梁斷面尺寸為：高0.5 m，寬1.55 m，軌道中心間距為14 m。

3.2 尾水檢修閘門井載人提升系統

在尾水管檢修閘門室內南北側各布置了1臺20 t臨時橋式起重機[3]，利用尾水檢修閘門室巖錨梁上的永久橋機軌道作為臨時橋機軌道。因尾水檢修閘門室南北側跨度不一致而導致兩臺橋機不能互通，因此，需要布置兩臺軌距不一致的橋機。在尾水檢修閘門室南側布置了一臺臨時橋機服務于①～④號尾水檢修閘門井 ；北側布置了一臺臨時橋機服務于⑤～⑧號尾水檢修閘門井。

3.3 出線豎井上段載人提升系統

左岸①②號出線豎井上段結合豎井開挖支護、滑模澆筑[4]、重物吊運及人員上下井均使用門式起重機。出線豎井上段載人提升系統主要依靠門機升降，即在高程965 m平臺布置一臺1×15 t門機，滿足①②號出線豎井上段施工。單側軌道長度為114.7 m，軌道中心間距為17.2 m，主梁長度為22.35 m，門腿高度為10 m，門機運行能全覆蓋①②號出線豎井上段作業面。

3.4 出線豎井下段載人提升系統

出線豎井下段采用防墜載人吊籠+礦用提升絞車作為井內人員上下交通的主要工具，每條豎井布置一套礦用提升絞車+載人提升系統。礦用提升絞車型號為JTP(B)-1.2×1P(變頻調速)。該載人提升系統的布置包括井口桁架、龍門架作為吊籠、人員通行平臺和支撐系統，礦用提升絞車作為載人系統的升降牽引機構，距離井口10 m。桁架梁長15 m，寬1 m，高1 m；載人龍門架高4.5 m，龍門架寬3.73 m。

4 載人提升系統具有的功能、特點及優勢

(1)載人提升系統配置了完備的安全裝置，包括防墜吊籠、穩繩、超速下降保護裝置、上升極限保護裝置、下降極限保護裝置、過載保護裝置、吊籠保護、緊急停止開關、超欠載保護等裝置。實踐證明：載人提升系統具有安全性能高、穩定性好、操作智能簡便等特點。

(2)礦用提升絞車+載人提升系統主要依靠龍門架支撐，礦用提升絞車提供載人吊籠升降的牽引動力。載人提升系統采用了全數字交流變頻調速控制技術，配置了失效保護裝置、過負荷及欠壓保護裝置、高壓變頻調速系統，系統具有控制、測量及保護功能；無極調速，達到了穩定運行要求；抗干擾能力及環境適應性強；能耗低，節約運營成本。

礦用提升絞車[5]還具有以下優點：①礦山絞車具有深度、速度顯示及控制功能，信息明了，可控性強。②制動采用“三抱閘”系統，大大提高了系統的安全可靠性。③減速功能保護裝置：當吊籠到達設計減速位置時，能示警并開始減速。④緊急停車功能：在提升吊籠上設置有緊急停車按紐，以備緊急情況下指揮人員按下緊急按紐，實現提升絞車的緊急停車。⑤防止過卷裝置：當提升容器超過正常終端停止位置時，能使保險閘(即安全閘)發生制動作用。⑥防止過速裝置：當提升速度超過最大速度時，能使保險閘發生作用。⑦過負荷和欠電壓保護裝置：在過負荷或欠電壓情況下可使配電開關自動跳閘、切斷提升電動機電源并使保險閘發生作用。⑧系統設置有限載裝置：超過限定荷載時系統自動停止運行并報警。⑨系統裝有擴音對講裝置，還可根據實際需要加裝可視化通信系統。

與傳統卷揚機提升系統相比，傳統卷揚機的操作信號及運行受人為因素影響較大；而白鶴灘工程采用的大型機械化提升系統具有專門的操作平臺，信息更加明了，運行亦更加安全、穩定。

(3)載人提升系統采用了先進的智能上位監控系統、不間斷電源裝置UPS等，具有超欠載保護功能、防斷齒斷軸的安全閘式制動系統、自動跟蹤系統、二次限位及上下升降限位功能、遙控、手控并用功能、雙支持制動功能等。

5 結 語

在豎井施工中，豎井內的人員上下和吊物的主要手段就是采用提升系統，必須根據豎井上井口的具體布置情況、豎井內最大載重量、豎井深度等因素選用安全、可靠、經濟性較高的提升系統。而在其實施過程中，載人提升系統的安全性要求更高，一定要確保提升系統的安全使用，除了系統自身配置的安全裝置外，還需加強系統的日常檢查和維護。筆者所述各種載人提升系統在對應的豎井施工中發揮了關鍵作用，并能綜合用于開挖支護、金屬結構安裝、混凝土施工及灌漿施工階段，所取得的經驗可為同類豎井工程施工提供參考。