水電站豎井施工安全管理技術分析

萬 毅

(遼寧西北供水有限責任公司，沈陽 110003)

1 水電站豎井應用情況

遼河干流某水電站屬于季節性調洪大型水電工程，壩址年均流量4620m3/s，流域控制面積28.5萬km2，壩頂高程610m，校核洪水位為10000a一遇，并按照1000a設計泄水與擋水建筑物，該水電站是一座集灌溉、防洪、養殖、供水等功能于一體的大(1)型水利樞紐工程[1-3]。地下電站為立軸混流式水輪發電機，左、右岸地下電站各裝設8臺780MW發電機組，地下電站布設不同效用、深度和直徑的長度約5km的45條豎井，其中地下電站開挖方量的20%左右來源于豎井的開挖方量，主要用于溜渣、供電管線布設、水壓調節、吊物、引水和通排風等，豎井應用情況見表1。

表1 水電站豎井應用情況

2 豎井建筑布設、施工資源配置安全管理

由于垂直交叉及高空作業頻繁、操作空間狹小等特點，科學合理的布設豎井施工臨建設施對于保證混凝土施工安全、豎井開挖支護等非常重要[4-5]。

2.1 豎井臨建布設安全管理

水電站豎井施工期的臨建設施，如通風、供電、豎井防護及提升運輸系統與施工安全密切相關，結合溪洛渡、小灣、三峽等水電站豎井施工經驗，地下電站豎井工程一律設置大型載物和載人提升系統，需要襯砌的開挖支護斷面≥10m，在開挖支護階段井內電、水、風管線以及載物和載人提升系統兼顧混凝土施工要求，從而降低安全風險和裝拆成本。采用自帶斷繩保護、限位裝置的礦井吊罐或建筑吊籃作為載人設施，卡口、繩索等卷揚機具荷載安全系數滿足≥14的標準要求，運行線路及起落點設警示設施且無障礙物。可以垂直調運、水平穿行的塔式起重機、門或橋式起重機為載物提升系統的首選，減少天錨定位施工所需的檢修維護、錨固、開挖工作量以及有效規避開挖爆破放炮。一般情況下，采用帶護欄的工作吊盤作為大斷面豎井噴錨支護施工設備，從而保證吊盤內系安全帶作業人員的安全以及噴錨支護的及時有效性[6]。井口除設專人警戒、警示牌、護欄和護輪檻外，為防止井口落渣及雨水必要時采取鋪鋼板、井口鋼過梁等措施，將下部帶護籠、上部設護欄的井蓋替代溜渣井蓋，張掛警示牌。為實現安全用電和保障井內照明、通風除塵效果，井底設有溜渣除塵噴淋裝置和底座可移動的射流風機，對井內有害氣體進行不定期的測控；將臂架可旋轉的400-800W節能鏑燈安裝于井口滿足井內照明條件，提前制定停電應急措施且井內布設蓄電式壁掛應急燈；在應急爬梯右側設置料、水、風管線，井內掌子面附近設供水、供料、供風管線的應急關停閥，按照一定的間隔將休息平臺布設于應急爬梯處；在遵循合理接零、接地、兩級保護和三級用電原則的情況下，管套保護施工用電的電纜[7]。

2.2 豎井施工資源安全管理

從以下環節加強豎井施工所有人、料、機的安全管理，具體如下：

1) 人、料管理。上崗前參與豎井施工作業、管理人員應辦理意外傷害保險，必須落實勞保著裝、持證、培訓和體檢上崗，禁止“三違”承諾書為作業人員與承包人安全管理部門之間簽訂的確保安全管理的文件。對于生產過程中作業人員是否存在串崗、疲勞、酒后操作以及作業班組落實“上、下井登記制度”的情況，由現場專職安全員結合“三工勞動”查驗，從根本上杜絕警戒人員脫崗情況的出現。對作業人員培訓、更替情況以“進場作業人員報審表”為載體實施動態等級管理，井下作業人員控制在20-55歲年齡段。為確保材料性能，每年需按批次、生產廠家對開挖爆破所用火工品抽檢1-2次，報驗所有用于豎井施工的原材料。質檢人員按要求頻次對注漿密實度、砂漿強度、稠度以及錨桿錨固角度、深度等檢驗，錨桿調運入井前必須保證其各項性能合格，重點監測噴混凝土黏結強度及抗壓強度[8]。

2) 施工機具管理。考慮到水利行業對新型設備應用時效低、研制速度慢、高能技工短缺和通行不便等因素作用，傳統的小型濕噴機噴混凝土、人工扒渣、手風鉆造孔仍為當前豎井開挖支護的主要模式，普通水泥灌漿泵灌注+手風鉆或100B潛孔鉆造孔為豎井襯砌后的固結灌漿方式。傳統的部分施工方法及機具的節能環保性能差、施工功效低、安全風險高、勞動強度大，應盡可能實行機械化作業，選擇符合人機工程學設施進行豎井施工。考慮當地的水文地質條件，地下電站引水豎井、出線施工采用鉆爆后吊運小型反鏟扒渣、履帶式可收塵中風壓鉆機造孔和反井鉆機成井后不擴井施工方法，鋼筋網利用機編網替代，由此達到降低勞動強度和節省人力的目的。擬選用更利于施工安全的大孔徑反井鉆機和FJD型全液壓豎井鉆機對引水豎井鉆孔，由此達到防止堵井和快速溜渣的目的，但由于經濟條件限制最終未選擇該設備[9]。同時，為確保施工速效和安全性要合理平衡配置豎井施工機具、人員，豎井開挖支護耗時情況及典型資源配置見表2。

表2 豎井開挖支護施工耗時與資源配置情況

3 豎井施工相關要點

在實際應中豎井施工存在通行不便、工期長、作業空間少、臨邊及登高作業多等特征，從而使得安全風險較為突出，因此為提升豎井施工安全管理水平，對于固化施工流程和施工方法的合理選定應充分考慮施工環境、豎井形體參數及地質條件。

3.1 豎井施工方法安全管控

根據工程質量、工期、地質條件、井深和斷面大小等情況，從反井法和正井法中選擇合適的豎井開挖支護方式，同時可綜合考慮正井和反井相結合的方法作為復雜地質條件的大型豎井支護方式，工程實踐中又將正井法進一步分為人工擴井溜渣及全斷面正井開挖法。綜合考慮灰巖易破碎、強度不高等特征，該水電站引水豎井、出現采用直接吊運小型反鏟下井扒渣、反井鉆機成井后部擴井溜渣的施工模式。采取分區不分層鉆爆法和反鉆井的形成φ1.4m導井作為該地下電站尾調室溜渣井，由此構成的溜渣井直徑為3.5m以上、深度在20-30m左右。同時，針對直徑低于5m以下開挖深度不足50m或全斷面開挖四周厚度低于1.0-1.5m的豎井，局部采取從井口一次鉆通所有炮孔和開挖豎井底部平洞的分階段爆破懸掉藥包法，最后按照自上而下支護并安裝提升系統。根據以上優化方法，為獲取較好的經濟性價比需要在開挖支護階段做好：有效利用設備特性、施工環境、潛孔鉆和反井鉆導孔，全面掌握豎井地質條件；結合豎井形體選擇合適的襯砌形式，通常選擇淺井+支架襯砌小斷面豎井+散裝模板、滑模襯砌大斷面深井方法。為了可靠高效的實施二次襯砌固結灌漿并降低井壁滲水對混凝土使用的影響，有效控制裂縫發展，擬采用支架襯砌引水豎井+定型模板的方法[10]。

3.2 豎井施工流程安全管理

首先對井口加固防護和豎井井口段開挖支護，安裝驗收豎井卷揚提升系統，并開挖支護豎井上、下部，特殊情況下還要增設截排水及通風設施，為保證貫通段支護平臺和貫通段厚度的可靠性開挖支護豎井貫通段，按照以上施工流程進行豎井開挖支護。總體按照載人提升系統的安裝，井壁超欠挖二次復核及處理，澆筑基座備倉或井底首倉混凝土，安裝分料、溜管、滑模滑槽向上提升或加高排架、備倉、立模向上澆升以及糾偏、復核襯砌形體，以上流程進行豎井的襯砌施工。采用自上而下人工全斷面鉆爆+反井鉆鉆孔后形成的溜渣井進行豎井的施工，在安全管理過程中應注意的環節有：及時完成上、下井口的鎖扣和井口周邊的硬化，為保證反井鉆導孔鉆孔精度和基座澆筑質量，采取鉆速控制、測斜和對位等措施，從而降低豎井施工安全風險、開挖難度和孔斜偏差；對于豎井卷揚提升系統為頂部圍巖設天錨方式形成的，應確保天錨錨桿標準達到Ⅰ級標準和施工的及時性；豎井段開挖時應滿足露天豎井前30m開挖條件，為防止飛石損傷天錨要對周邊實施爆破聯動警戒，且警戒距離滿足明挖爆破要求，采用每個4-6m設休息平臺的“帶護籠”垂直爬梯作為井口前30m井下通道，利用錨筋或錨桿牢固焊接井壁與爬梯；為進一步探明地質利用導井或反井鉆機導孔，可按照每兩個鉆爆循環的方式在豎井開挖前期對圍巖錄制視頻或拍照，地質編錄申請后采取噴錨支護措施，一次地質條件后期要依據收集的10-30m申請設計人員和每一鉆爆循環圍巖照片確定，應及時分析處理和啟動地質工作應急響應程序處理重大地質缺陷問題；開挖前30m豎井后，要及時穩固敷設于井壁的料、水、風管并且重點保障境內外的通訊暢通；在貫通鉆爆、出渣和開挖鉆孔過程中，應對井口圍巖穩定狀態詳實查看，具體的安全管理流程見圖1。

圖1 豎井開挖支護安全管理流程

3.3 豎井施工危險源識別及管理

施工安全管理中的法、環、程序、人、機、料等要素管理與豎井施工的流程、施工方法、臨建設施、資源等密切相關，在實踐工程中危險源如表3所示。

表3 豎井施工危險源識別及管理

4 結 論

由于垂直交叉及高空作業頻繁、操作空間狹小等特點，科學合理的布設豎井施工臨建設施對于保證混凝土施工安全、豎井開挖支護等非常重要，因此固化施工流程和施工方法的合理選定應充分考慮施工環境、豎井形體參數及地質條件，從而提升豎井施工安全管理水平。

結合工程實踐經驗和案例，從工法流程、施工資源和臨建設施等方面梳理了豎井施工技術要點，可為識別系統危險源、固化豎井施工安全管理流程和改良豎井施工工法提供科學依據，機具施工生產滿足安全可靠性和符合人機工程學要求。針對豎井施工提出全面合理防護、控制、預警、警戒、隔離和控制豎井安全施工技術。