鍋浪蹺水電站壓力鋼管豎井升降式鉆灌臺車施工

韓 小 利

(大唐雅安電力開發有限公司,四川 雅安 625500)

1 工程概況

四川省某水電站系梯級開發中的龍頭電站,為單一發電工程。電站為混合式開發,電站大壩為混凝土面板堆石壩,壩址位于兩河匯口下游,廠址位于下游約10 km處,與二級電站大壩銜接,電站裝機220 MW。

該水電站廠房壓力鋼管采用埋藏式三平兩豎結構,分上平段、上豎井、中平段、下豎井、下平段和支管組成,全斷面需進行無蓋重固結灌漿,固結灌漿孔設計孔深入巖層4 m,排距3 m,每排設置8孔,梅花形布置,每孔分兩段鉆孔灌漿施工。上豎井、下豎井固結灌漿施工采用一臺可垂直升降的鉆灌臺車依次施工,下豎井施工完成后進行上豎井施工。上、下豎井鉆灌臺車施工垂直高度分別為87.82 m和194.96 m,豎井井徑為Φ6.1 m。

2 升降式鉆灌臺車設計及提升系統布置

2.1 升降式鉆灌臺車設計

電站壓力鋼管豎井直井段固結灌漿施工主要由加工制作的移動式鉆灌臺車進行,該鉆灌臺車設計Ф6.1 m(自重3.0 t),可承載一定的施工活荷載(1.1 t)。鉆灌臺車分三大主要部件,即一個鉆灌臺車中部和兩個鉆灌臺車端部,兩個鉆灌臺車端部為等尺寸和同材質部件。鉆灌臺車中部與端部部件以28 a槽鋼為骨架、10 mm厚鋼板制作外圓弧、等邊角鋼L50×5作加強筋焊接而成。鉆灌臺車中部部件與鉆灌臺車兩端的端部部件通過8.8級螺栓(M16×70)連接,臺車上滿鋪3 mm厚的花紋鋼板作為踏板,自重3.1 t,移動式鉆灌臺車主體結構見圖1。

圖1 移動式鉆灌臺車主體結構示意圖

2.2 提升系統布置

移動升降式鉆灌臺車利用豎井頂部的1臺8卷揚機,通過10 t的導向滑車和天錨處16 t的起吊滑車用鋼繩牽引其上下移動,鉆灌臺車上距臺車邊沿1 m位置均勻布置四個拉桿吊點,拉桿與臺車上的拉桿吊點采用9.5 t的卸扣連接,拉桿另一端每兩個拉桿用一個9.5 t卸扣連接,最終通過一個卸扣與卷揚機鋼絲繩連接。拉桿為剛性拉桿,規格Ф89 mmδ2.5 mm。卷揚機牽引鋼絲繩的主吊點為前期壓力鋼管安裝時設置在穹頂的天錨吊點。鉆灌臺車上下移動時靠井壁邊上安裝的防摩阻輪(8個)起到水平限位作用,以免臺車被卡;臺車移動至作業面后,利用安裝的螺旋千斤頂進行水平定位,避免作業時其左右晃動,臺車豎向穩定除依靠卷揚機牽引鋼絲繩外,另通過均勻布置在上豎井直井段頂部的4根Ф16 mm的鋼絲繩及手拉葫蘆(5 t)進行二次穩固,卷揚機通過地錨的方式進行固定,地錨用Ф25 mm圓鋼,14根入巖1.0 m砂漿錨桿(倒楔錨桿)。豎井鉆灌臺車拉桿及拉桿吊點布置示意見圖2,壓力鋼管豎井鉆灌臺車布置剖面示意見圖3,壓力鋼管豎井鉆灌臺車二次穩固示意見圖4。

圖2 豎井鉆灌臺車拉桿及拉桿吊點布置示意圖

圖3 壓力鋼管豎井鉆灌臺車布置剖面示意圖

圖4 壓力鋼管豎井鉆灌臺車二次穩固示意圖

2.3 載人吊籃的設計與布置

施工人員上、下鉆灌臺車依靠載人吊籃來實現,該吊籃設置在豎井直井段井口位置的擴挖平臺內,平臺凈寬2.2 m。載人吊籃通過吊籃支撐架固定,支撐架由兩根同規模、同尺寸的空心矩形截面水平梁、豎向支撐桿、斜拉繩等組成,水平梁通過砂漿錨桿與地面固定,豎向支撐桿與水平梁采用穿銷連接鎖定,豎向支撐桿上安裝有滑輪,斜拉繩一端穿過滑輪與水平梁外伸端連接,另一端與地錨連接鎖定,斜拉繩采用緊線器拉緊。載人吊籃安裝示意見圖5。

圖5 載人吊籃安裝示意圖

支撐架安裝前,先人工將平臺上松散的孤石和開挖料等清理干凈,然后采用水泥砂漿將平臺表面整平,砂漿鋪設厚度不少于15 cm。砂漿錨桿外露10 cm以上,并加工8 cm長的絲牙,通過1 cm厚鋼板及螺帽鎖緊水平梁。

2.4 天錨點的設計布置

天錨設置在豎井井筒頂部軸線中心位置處。同時設有主錨、副錨,主錨采用9根Ф30 mm砂漿錨桿(L=4.5 m)并灌入倒楔。副錨采用6根直徑30 mm的圓鋼錨桿(L=4.5 m),并灌入倒楔,壓力鋼管豎井天錨錨點布置示意見圖6。

圖6 壓力鋼管豎井天錨錨點布置示意圖

3 鉆灌臺車系統驗算

3.1 鉆灌臺車牽引設備驗算

鉆灌臺車重量P1=3.0 t,施工期間活荷載P2=1.1 t(包括風鉆、適量釬具、工作人員等),總重量P=P1+P2=3.0 t+1.1 t=4.1 t。

卷揚機所需提升力T1=(P1+P2)×α≈61.5 kN(安全系數α取1.5),卷揚機采用定滑輪導向、卸扣提升,其拉力為T2=T1=61.5 kN,鋼繩承受拉力T3=T2=61.5 kN。鋼繩破斷拉力系數取5倍,則要求鋼繩破斷拉力T4=61.5 kN×5=307.5 kN。

卷揚機參數:型號為JM8,牽引力80 kN/臺,容繩量S=200 m,卷筒繩速V=7～9 m,鋼繩規格為6×37+FC-26 mm(破斷拉力350 kN)。受力分析可知實際的單臺卷揚機起重牽引力為T2=80 kN>T1=61.5 kN,直徑Φ26 mm鋼繩破斷拉力350 kN>T4=307.5 kN,卷揚機和鋼繩滿足施工安全需要。

3.2 載人吊籃驗算

載人吊籃采用ZPL-630型成品吊籃,該吊籃設有兩臺提升機,提升機布置在吊籃內,吊籃自重400 kg。吊籃用鋼絲繩4×31SW+NF-8.3結構的鋼絲繩,直徑為8.3 mm,單根鋼絲繩按100 m計,則兩根鋼絲繩自重為:100×2×0.5 kg=100 kg,吊籃設計載重630 kg,則載人吊籃總重為:400+100+630=1 130 kg。

鋼絲繩最小破斷拉力根據吊籃說明書為53 kN,鋼絲繩安全系數{n}≥9,鋼絲繩安全系數n按下公式計算,n=S×a/w。S為單根鋼絲繩最小破斷拉力(kN),a為鋼絲繩根數,W為額定載重量、吊籃自重和鋼絲繩自重之和(kN)。則n=53×2/(1 130×0.009 8)=9.57>{n}=9,鋼繩滿足施工安全需要。

3.3 天錨錨點驗算

天錨系統的布置,天錨設置在豎井井筒頂部軸線中心位置處。同時設有主錨、副錨,主錨采用9根Φ30砂漿錨桿(L=4.5 m)并灌入倒楔。副錨采用6根直徑30 mm的圓鋼錨桿(L=4.5 m),并灌入倒楔。

主錨錨桿為直徑30 mm的圓鋼,插入深度4 m,外露0.5 m,間距0.3 m,每組9根,設計吊裝重物重量26 t。查圓鋼抗拉強度σb=370～500 MPa,計算取370 MPa,折算為σb=37 N/mm2,傾斜角為30°。

每根錨桿抗拉拔力P1=cos30°×πR2×σb=cos30°×3.141 6×152×370=226 498.72 N=226.4 kN。

每組錨桿抗拉拔力P2=226.4×9=2 037.6 kN,錨桿的安全吊裝載荷系數為:K1=P2/26用t=2 037.6/260=7.8,即錨桿在吊裝26 t重物時,安全系數為7.8,對于本工程承重P=4.1 t(鉆灌臺車自重及施工活載總重量)的負荷,使天錨滿足施工需求。

4 施工過程管控

4.1 卷揚機操作規程

(1)卷揚機應安裝在平整堅實、視野良好的地點。機身和地錨必須牢固。卷揚筒與導向滑輪中心線應對正垂直:卷揚機距離滑輪一般應不小于15 m。

(2)卷揚機安裝完畢,必須經特種設備檢驗檢測機構檢驗,完成空載、動載、超載試驗,并上報地方政府特種設備安全監督管理部門備案。

(3)空載試驗:不加載荷按操作中各種動作進行反復試驗,確保安全防護裝置靈敏可靠;動載試驗:按規定的最大荷載動作進行多次試驗;超載試驗:在第一次使用前、大修后按額定載荷的110%～125%逐漸加載進行試驗。

(4)以動力正反轉的卷揚機,卷筒部分方向應與操縱開關上指示的方向一致。

(5)卷揚機司機必須持證上崗,嚴禁無證操作、熟悉卷揚機的構造、技術性能和本安全操作規定,掌握保養和維修知識。

(6)每天使用卷揚機前,必須對卷揚機的鋼絲繩、制動器、限位裝置、斷繩裝置等進行檢查,確認安全可靠后方可進行操作運行。

(7)卷揚機司機必須服從指揮員的指揮,在特殊情況下可以執行任何人發出的緊急停止信號。

(8)物件提升后,操作人員不得離開卷揚機,物件或吊籠下面嚴禁人員停留或通過。休息時應將物件或吊籠降至地面。

(9)在卷揚機制動操作桿的行程范圍內,不得有障礙物或阻卡現象。

(10)鋼絲繩在卷筒上必須排列整齊,作業中最少保留三圈;卷揚機作業時,不準有人跨越卷揚機的鋼絲繩、嚴禁擅自離開崗位。

(11)每班必須對卷揚機各限位開關及遙控組件靈敏度進行檢查,如發現靈敏度低或失靈及時修復。

(12)嚴禁酒后操作、操作時,操作人員嚴禁看書報雜志和閑談、操作時任何人不準攀登機架、不準在無停靠裝置的地方任意停靠裝卸。

(13)作業完畢,應將提升吊籠或物件降至地面,并應切斷電源,鎖好開關箱。

4.2 灌漿平臺的安全防護

(1)設置安全護欄。在灌漿升降臺車周圍設置1.2 m高的安全護欄,安全護欄使用架管或螺紋鋼作為護欄主架進行焊接,在護欄上掛設安全網。

(2)設置安全標識。在臺車安全護欄上分區域掛設安全標識,隨時提醒施工人員注意安全。

(3)施工管路鋪設。在鋪設施工用風管路時,將所有管路用鋼絲繩從上井口牽引向下鋪設,并將其固定在井壁上,防止因壓力過大等原因擺動,威脅施工人員安全。送漿灌從井口向下安裝,采用Φ25鋼編管也沿井壁垂直向下安裝,隨施工平臺下降逐步向下拼接,并用電鉆在井壁鉆孔打入錨筋(或利用系統錨桿)并將送漿管與其固定在一起。

(4)鉆灌交叉作業安全。因灌漿平臺寬度限制,鉆孔灌漿需交叉作業,在機械設備移動時,必須派專人進行指揮移動。

4.3 灌漿平臺的拆除

(1)先拆除吊籃平臺,其拆除順序和安裝順序互為倒序,吊籃在鉆灌臺車移動到擴挖平臺下方1 m處進行拆除,分片運至上平段。鉆灌臺車拆除時將整個平臺下放至井底進行拆除,拆除的部件從井底運出,灌漿平臺拆除作業時,施工人員需從井底進入,由井底專職人員指揮作業,同時,應對電氣設備和其他管路、線路、機械設備等拆除加以保護。

(2)所有的構件盡量豎立調運,以防構件和垃圾物從高處墜落傷人。

(3)拆除鉆灌臺車較長、較重、有兩端聯結的部件時,必須兩人以上一組進行;拆除水平構件時,需在拆除連接點后,保持水平托持取下,不得單人進行拆卸作業,避免因把持桿件不穩或失衡出現安全事故。

(4)拆除過程中如遇管線阻礙情況,不得隨意割移管線,不得在立足點不穩的桿件上操作。

(5)在過程中涉及交接班時,拆除現場不得留下隱患部位。

(6)拆除作業人員必須系防墜落安全帶,拆除過程中,應派專業人員進行現場指揮,安全監理人員進行旁站監督,共同負責拆除工作的全部安全作業。

5 結 語

該水電站壓力鋼管上豎井灌漿施工采用可垂直上下移動的鉆灌臺車作為施工平臺和載人吊籠組成鉆灌施工平臺提升系統,成功解決了豎井灌漿人員、材料的安全運輸問題。在壓力鋼管豎井固結灌漿施工中,安全穩定、保質按期完成了施工任務。同時也降低了施工成本,提高了施工效率,改善了作業環境,滿足了職業健康安全方面的要求。升降式鉆工平臺提升系統的成功安裝、運行,在經濟、工期、安全生產管理方面,較滿堂排架施工平臺優勢明顯,在類似工程中值得推廣。