垂直運(yùn)輸系統(tǒng)在高豎井開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

榮春堂

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概況

錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上,是雅礱江干流上的重要梯級(jí)電站,采用一洞一機(jī)的布置方案,共布置了 8條水道,單機(jī)容量600 M W,總裝機(jī)容量 4 800 M W。

電站采用高壓管道引水發(fā)電,8條高壓管道對(duì)應(yīng) 8個(gè)發(fā)電機(jī)組,高壓管道豎井設(shè)計(jì)斷面為圓形,開(kāi)挖洞徑為 8.1 m,垂直開(kāi)挖高度約 240 m。

2 方案選擇

2.1 總體方案的確定

豎井開(kāi)挖前,我們制定了兩套開(kāi)挖支護(hù)施工方案。方案一:采用 φ 1.4 m導(dǎo)井進(jìn)行溜渣,方案二:采用 φ 3.4 m溜渣井進(jìn)行溜渣。

方案一:可以節(jié)省 φ 3.4 m溜渣井 1個(gè)月的開(kāi)挖時(shí)間,但由于其對(duì)爆破控制和地質(zhì)條件的依賴性比較強(qiáng),要求爆渣塊體最大塊徑不大于 0.4 m,從而導(dǎo)致爆破鉆孔數(shù)量較多,每循環(huán)耗時(shí)比方案二多許多,而且萬(wàn)一遇到多組結(jié)構(gòu)面切割形成掉塊的情況很容易造成堵井。

方案二:需多挖一道溜渣井,增加一定的資源投入,但只要稍加控制即可避免堵井,而且由于對(duì)巖石塊徑的要求較低,可節(jié)省鉆孔數(shù)量,一定程度上節(jié)約了成本。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn),“方案一”僅維持了 6個(gè)循環(huán),第 7個(gè)循環(huán)即出現(xiàn)堵井現(xiàn)象;“方案二”實(shí)施進(jìn)展比較順利。故最終決定采用方案二進(jìn)行高壓管道豎井段的開(kāi)挖支護(hù)。

“方案二”采用“溜渣井 +自上而下擴(kuò)挖”的施工方法。首先利用反井鉆機(jī)從上往下鉆導(dǎo)向孔,接著利用反井鉆機(jī)由下而上進(jìn)行反拉形成導(dǎo)井,然后再由下而上對(duì)導(dǎo)井進(jìn)行擴(kuò)挖形成溜渣井,最后由上而下進(jìn)行豎井?dāng)U挖。導(dǎo)向孔孔徑為 23 c m,反井直徑為 1.4 m,溜渣井直徑為 3.4 m,豎井全斷面擴(kuò)挖直徑為 8.1 m。

2.2 全斷面擴(kuò)挖方案

溜渣井開(kāi)挖完成后進(jìn)行豎井段擴(kuò)挖支護(hù)施工。為保證豎井開(kāi)挖的平整度,控制超欠挖,對(duì)其周邊采用光面爆破,將單循環(huán)爆破孔鉆孔孔深控制在 3 m左右,造孔采用 Y-26型手風(fēng)鉆,光面爆破參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)確定并隨施工過(guò)程逐步進(jìn)行優(yōu)化、完善。殘?jiān)扇斯ぐ侨肓镌锶胂聫澏渭鼌^(qū),利用 3 m3側(cè)卸裝載機(jī)配 20 t自卸汽車在井底出渣。

為加快施工進(jìn)度,需設(shè)計(jì)一個(gè)施工平臺(tái)(圖1),在開(kāi)挖的同時(shí)可進(jìn)行工作面以上洞段的支護(hù),確保支護(hù)緊跟開(kāi)挖面從而節(jié)省直線工期。該施工平臺(tái)采用布置在上平段的 5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)(副卷?yè)P(yáng)機(jī))牽引,下連安全蓋,施工時(shí)應(yīng)保證施工平臺(tái)就位后安全蓋能夠蓋住溜渣井井口。施工平臺(tái)與升降吊籃配套使用,形成了垂直運(yùn)輸系統(tǒng)理念。

圖 1 豎井?dāng)U挖施工平臺(tái)示意圖

3 垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 垂直運(yùn)輸方案的選擇

由于該高壓管道豎井高度達(dá) 240 m,如何安全的進(jìn)行垂直運(yùn)輸是豎井開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中的一個(gè)重點(diǎn)、難點(diǎn)。為解決豎井施工中垂直運(yùn)輸問(wèn)題,先后比較了三種方案:

方案一:附著式電梯垂直運(yùn)輸方案。經(jīng)咨詢,附著式電梯的軌道需固定在基礎(chǔ)上,但豎井?dāng)U挖采用從上至下全斷面擴(kuò)挖,其軌道沒(méi)有固定的基礎(chǔ)支撐,且沒(méi)有從上往下安裝的實(shí)例。軌道和井壁剛性連接,安裝和拆除工作量大,且由于豎井垂直運(yùn)輸為臨時(shí)運(yùn)輸系統(tǒng),施工周期為 6～8個(gè)月,附著式電梯安裝和拆除工作占用豎井全斷面擴(kuò)挖支護(hù)施工大量的工期,而且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn),費(fèi)用較高。

方案二:Z L P高處作業(yè)吊籃方案。吊籃為合格廠家生產(chǎn)的定型產(chǎn)品,包括兩根動(dòng)力繩和兩根安全繩,安全可靠,不打轉(zhuǎn),所有操作在吊籃上進(jìn)行,操作方便,左右不同步時(shí)可單獨(dú)進(jìn)行調(diào)整。但其存在以下不足:(1)運(yùn)行速度為 8～10 m/s,速度偏低。(2)動(dòng)力傳動(dòng)采用滑動(dòng)摩擦,鋼絲繩沾油或水容易打滑,但該豎中在開(kāi)挖施工階段存在部分滲水,且無(wú)法消除,存在較大的安全隱患。(3)動(dòng)力裝置安裝在 Z L P吊籃上,電纜收放需另配卷?yè)P(yáng)機(jī)。(4)載重量偏低。目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品Z L P 630和 Z L P 800型的額定載重分別為 630 k g和 800 k g,非標(biāo)產(chǎn)品可以達(dá)到 1 000 k g,一般工作高度不高于 100 m,且隨著工作高度的增加載重量遞減,其載重量不能滿足豎井施工強(qiáng)度要求。(5)材料運(yùn)輸還需重新布置一套垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。由于豎井開(kāi)挖斷面尺寸較小,兩套系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)干擾較大。

方案三:“三卷?yè)P(yáng)機(jī) +升降防墜器罐籠”方案。主要由 1臺(tái) 10 t、2臺(tái) 5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊裝橫梁、罐籠、制動(dòng)繩防墜器、大吊籃、井口鋼棧橋組成。卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在上平段距豎井中心 35 m處,在井口正上方設(shè)置吊裝橫梁,鋼絲繩由卷?yè)P(yáng)機(jī)發(fā)出經(jīng)安裝在吊裝橫梁上的定滑輪轉(zhuǎn)入井內(nèi)與罐籠相連,10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)配 φ 28鋼絲繩牽引罐籠,罐籠設(shè)防墜器與 5 t卷?yè)P(yáng)機(jī) φ 21.5鋼絲繩相連,5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)φ 21.5鋼絲繩牽引大吊籃,下部配工作盤(pán),定制卷繩長(zhǎng) 300 m。罐籠主要用于施工人員和少量施工材料、機(jī)具的運(yùn)輸,大吊籃主要起支護(hù)平臺(tái)、工具、材料堆入及配重作用,兩臺(tái) 5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)配置的φ 21.5鋼絲繩作為罐籠防墜器安全制動(dòng)繩。

經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和比較,最終選擇“三卷?yè)P(yáng)機(jī)+升降防墜器罐籠”方案作為最佳方案。該方案費(fèi)用較省,運(yùn)輸能力大,安全可靠性高,能滿足施工安全和施工進(jìn)度的需求。

3.2 垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的應(yīng)用

本工程在豎井井口架設(shè)人行棧橋,供行人通行。人行棧橋中間預(yù)留吊物孔,形成井蓋棧橋平臺(tái)。垂直運(yùn)輸采用“三卷?yè)P(yáng)機(jī) +升降防墜器罐籠”,罐籠采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引,卷?yè)P(yáng)機(jī)布置在上平段距豎井中心 35 m處,卷?yè)P(yáng)機(jī)基礎(chǔ)采用 4根 φ 25、L=3 m、外露0.5 m的錨桿進(jìn)行錨固。在井口正上方設(shè)置吊裝橫梁,鋼絲繩由卷?yè)P(yáng)機(jī)發(fā)出并經(jīng)安裝在吊裝橫梁上的定滑輪轉(zhuǎn)入井內(nèi)與罐籠相連,鋼絲繩分主繩 (φ 28)和穩(wěn)繩 (φ 21.5)兩種 ,定制卷繩長(zhǎng) 300 m,主繩由中間的 10 t主卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引,與罐籠相連,穩(wěn)繩由兩邊的 5 t副卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引,與罐籠下方大吊籃施工平臺(tái)相連。防墜器與兩邊的制動(dòng)繩相連,防止吊籃打轉(zhuǎn),以保證人員安全。大吊籃施工平臺(tái)由通長(zhǎng)雙槽鋼(210)焊接而成,通過(guò)副鋼絲繩由兩邊的 5 t副卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引,作為豎井支護(hù)作業(yè)平臺(tái)。

噴混凝土料等松散而較重的材料由沿井壁敷設(shè)的 φ 100鋼管溜送至施工平臺(tái),人員、機(jī)具和其它材料采用吊籃垂直運(yùn)輸,施工平臺(tái)僅供支護(hù)用,原則上只承受噴料、錨桿、鉆機(jī)、風(fēng)水管線及施工人員等重量。

施工平臺(tái)下方設(shè)安全蓋,由可自由調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的鋼索懸掛在吊籃下方,用于堵住溜渣井井口,以確保施工安全。安全蓋兼作支護(hù)施工平臺(tái)的配重。垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的布置情況見(jiàn)圖 2。

圖 2 高壓管道垂直運(yùn)輸系統(tǒng)布置圖

4 大吊籃兩鋼絲繩不同步解決方案

4.1 兩鋼絲繩不同步的原因分析

(1)兩鋼絲繩的受力不一致,造成兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的輸出功率不一致,從而導(dǎo)致卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行速度不一致;同時(shí),兩鋼絲繩的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度也不一致,所以導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(2)兩鋼絲繩的安裝長(zhǎng)度不一致,導(dǎo)致兩鋼絲繩在滾筒上纏繞的圈數(shù)和在滾筒上排列的位置不一致,從而導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(3)兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的滾筒軸心線沒(méi)有安裝在一條直線上,或者在一條直線上;但直線與兩個(gè)定滑輪的旋轉(zhuǎn)軸心線不平行,從而導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(4)一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩咬繩,另一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩不咬繩,導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(5)吊裝橫梁和卷?yè)P(yáng)機(jī)沒(méi)有水平安裝是造成大吊籃兩鋼絲繩不同步的一個(gè)重要原因。

(6)定滑輪的軸心線到卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒的軸心線的距離不一致,也是導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步的一個(gè)重要原因。

4.2 兩鋼絲繩不同步的解決方案

(1)兩鋼絲繩的安裝長(zhǎng)度必須一致,鋼絲繩在滾筒上的固定一致,出繩的方向一致。

(2)兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩不能咬繩,可使用排繩器予以解決。

(3)調(diào)整兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的機(jī)座,使之在同一水平面上,同時(shí)調(diào)整兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)的滾筒軸心線,使之安裝在一條直線上。

(4)調(diào)整吊裝橫梁上的兩個(gè)定滑輪,使定滑輪的軸心線在一條直線上,同時(shí)使定滑輪的軸心線到卷?yè)P(yáng)機(jī)滾筒的軸心線的距離一致且平行。

5 結(jié) 語(yǔ)

錦屏二級(jí)水電站廠區(qū)樞紐工程高壓管道豎井全高 240 m,因豎井部位溶巖發(fā)育,高度較大,滲水嚴(yán)重而造成施工難度較大。施工前和施工過(guò)程中,對(duì)于開(kāi)挖支護(hù)施工方案和垂直運(yùn)輸方案的確定都經(jīng)過(guò)了反復(fù)論證和試驗(yàn),最終形成了一套比較成熟的高豎井垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)造價(jià)低廉,技術(shù)先進(jìn),適用于高豎井施工,為國(guó)內(nèi)同類工程施工提供了借鑒。