升降式鉆灌臺車在調壓井井筒固結灌漿中的應用

劉 煒, 拓 玉 華, 曾 毅, 林 思 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

鍋浪蹺水電站調壓室為埋藏式調壓室，主要建筑物由調壓室上室、調壓室交通洞和調壓井組成。調壓室上室分為兩段，一段結合施工交通洞改造，另一段與之呈110°夾角，每段長度均為70 m，總長度為140 m。調壓井井筒開挖直徑為17.4 m，開挖高度為103.8 m。采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚2.2 m，襯砌后的內徑為13 m。

根據設計圖紙要求，調壓井井筒設計了水平方向的固結灌漿孔，排距3 m，孔距3 m，孔深入基巖8 m，固結灌漿工程量達5 636 m。由于調壓井深度較深，井徑較大，為了滿足調壓井井筒固結灌漿施工需要，井筒內的施工臺車不但要具有足夠大的安全系數、結構要穩定，而且能夠在井筒內自由升降[1]。根據中國水電十局公司以往類似的工程經驗，最終選擇升降式鉆灌臺車作為固結灌漿施工平臺以滿足施工需要。

2 升降式鉆灌臺車的設計

2.1 整體設計說明

鍋浪蹺水電站調壓井井筒水平固結灌漿孔的造孔及灌漿施工均在灌漿平臺進行。升降式鉆灌臺車主要由提升系統、井口吊裝桁架、工作平臺三部分組成。工作平臺直徑為12.6 m(自重7.6 t)，可承載一定的活荷載(2 t)，并能在調壓井井筒內上下移動。

該灌漿平臺依靠調壓井交通洞內的4臺卷揚機通過鋼繩牽引上下移動[2]，平臺上下移動時依靠井壁邊平臺上安裝的6套摩阻輪起水平限位作用，以免平臺被卡住。平臺工作時，依靠所安裝的6臺螺旋千斤水平定位，豎向定位采用卷揚機鋼繩穩住平臺不動。

2.2 提升系統

灌漿平臺提升系統布置于調壓井交通洞距調壓井井口10 m的洞段內，主要由4臺荷載量為5 t的卷揚機組成，采取“2-2”的形式布置(沿進洞方向)。其中靠近井口的2臺卷揚機布置于地面上，另外2臺布置于卷揚機架上，卷揚機布置情況見圖1。

圖1 升降式鉆灌臺車提升系統布置平面圖

2.3 井口吊裝桁架

井口吊裝桁架布置于井頂，由橫梁、地輪、井壁斜撐、平面斜撐、繩頭固定點、導向滑輪等組成。每一根橫梁由兩根同規格的[32a槽鋼內扣相向焊接連接而成，[14槽鋼平面短斜撐16個，[28a槽鋼井壁斜撐8個。各橫梁及平面斜撐位于同一平面上，彼此間采用高強螺栓連接，螺栓型號為8.8級M20型。平面斜撐與水平面的夾角為45°，井壁斜撐與豎向之間的夾角為45°。

2.4 工作平臺

工作平臺(工作平臺寬2.6 m，中間鏤空)主要由主平臺、導向滑子、拉桿、安全欄桿、螺旋千斤頂、摩阻輪等組成。其中主平臺由10個主桁架組成。工作平臺與提升系統通過拉桿連接，拉桿與工作平臺通過卸扣連接，拉桿為φ89 mm×3 m鋼拉桿。工作平臺通過卷揚機牽引實現井筒內的上下移動，平臺上下移動時靠井壁邊平臺上安裝的摩阻輪起水平限位作用，以免平臺被卡住，平臺工作時依靠所安裝的螺旋千斤頂水平定位，豎向定位采用鋼繩穩住平臺不動，該工作平臺布置正視圖見圖2，工作平臺結構俯視圖見圖3。

圖2 工作平臺布置正視圖

圖3 工作平臺結構俯視圖

3 升降式鉆灌臺車提升設備的驗算

3.1 提升設備受力分析

升降式鉆灌臺車在井筒內的上下移動依靠卷揚機提供提升力，共布置了4臺卷揚機。卷揚提升荷載包括工作平臺自重P1(7.6 t)、施工活載P2(設計為2 t)、鋼繩自重P3(1.27 t)。

卷揚機所需提升力T1=(7.6+2+1.27)×α≈184.79(kN) (安全系數α取1.7)，每臺卷揚機拉力為T2=T1/4=46.2 kN。每根鋼繩承受的拉力T3=T2/2=23.1 kN。鋼繩破斷拉力系數取8，要求鋼繩破斷拉力F≥23.1 kN×8=184.8 kN。

3.2 提升設備受力驗算

(1)卷揚機。卷揚機型號為JM5，提升力為50 kN/臺，容繩量S=250 m，卷筒繩速V=9 m/min。由受力分析可知：單臺卷揚機起重提升力為T5=50>T2=46.20 kN，滿足施工安全要求。

(2)鋼絲繩。采用6×37+FC-19.5 mm規格鋼絲繩，其破斷拉力F的計算如下：

F=k×D2×R×0.001 t=0.33×19.5×

19.5×167×0.001 t=20.96 t>18.48 t，滿足施工安全要求。

綜上所述：提升設備選用JM5卷揚機，鋼繩選用6×37+FC-19.5 mm規格能夠滿足施工安全使用要求。

4 升降式鉆灌臺車的安裝、運行、安全監測及拆除

4.1 升降式鉆灌臺車的安裝

4.1.1 安裝程序

作業環境安全檢查→輔助設施施工→工作平臺組裝、加固→井口吊裝桁架安裝→卷揚機安裝→試運行及驗收。

4.1.2 輔助設施施工

升降式鉆灌臺車的安裝、運行及拆除階段需使用生命安全繩、臨時吊裝設備、臺車就位后固定等輔助設施。根據后續施工需要，在井頂四周共布設4根豎向地錨(深0.8 m，外露0.2 m，為φ25 mm螺紋錨桿)作為升降式鉆灌臺車內作業人員施工時的生命安全繩掛點。

4.1.3 井口吊裝桁架及工作平臺的安裝

工作平臺各部件采用8 t卷揚機通過調壓井天錨吊至井底進行組裝。在井底采用鋼管搭設組裝平臺。

井口吊裝桁架的每一根梁應在調壓井交通洞先行組裝，組裝完成后、離開井臺前先行進行試吊，必須保證吊裝時長梁與短梁保持水平，以便于就位安裝。利用調壓井天錨及電動葫蘆安裝到位。

4.1.4 卷揚機安裝

1號、3號卷揚機采用地錨固定。地錨規格為φ25 mm圓鋼。單臺卷揚機布置14根、1.5 m長的砂漿錨桿，錨桿外露地面0.3 m。其中前后側(沿進洞方向)均勻布置3根錨桿，左右側均勻布置4根錨桿，地錨與卷揚機采用焊接連接。

2號、4號卷揚機布置于卷揚機架上，機架與卷揚機采用螺栓連接，卷揚機架置于混凝土上，機架底面澆筑0.4 m厚的C30混凝土，混凝土內布設φ25 mm錨桿，將垂直錨桿與機架焊接連接。

4.1.5 荷載試驗

升降式鉆灌臺車設計的承受活載重量為2 t，升降式鉆灌臺車按照該設計要求承受活載的75%、100%、110%加載，吊裝重物采用鋼筋或水泥等進行堆載，堆載應均勻。

逐級進行靜荷載試吊，每次起吊距離地面30 cm、懸停20 min并進行剎車及驅動系統的檢查。重復啟動及關閉升降式鉆灌臺車三次，運行正轉、反轉等動作。檢查各機構動作是否靈活，工作是否平穩可靠，各項性能參數是否達到設計要求。各限位開關、安全保護和聯鎖裝置動作應準確可靠；各零部件應無裂紋、無開焊、無聯接松動或損壞；各電機、接觸器等電器設備的溫升應不大于規定值且無損壞。卸載后檢查金屬結構、焊縫質量情況及有無永久變形。

4.1.6 驗 收

升降式鉆灌臺車及載人吊籃安裝完畢，組織安裝人員及上機操作人員一起進行初步驗收，對驗收中存在的問題限期整改，確認無問題后，由公司質量及安全相關負責人員進行內部預驗收，預驗收通過后再邀請專家、建設單位、監理單位、設計單位等聯合對升降式鉆灌臺車系統進行最終驗收[3]。

4.2 升降式鉆灌臺車的運行

4.2.1 運行程序

升降式鉆灌臺車移動到工作位置制動→螺旋千斤頂伸出頂住井壁→鉆灌施工→螺旋千斤頂松開→人員通過載人吊籃撤離→卷揚牽引臺車到下一個作業層→螺旋千斤伸出頂住井壁→(依次循環)……。

4.2.2 運行要求

(1)臺車及載人吊籃的運行必須指定專人操作且需持證上崗，無關人員不得擅動。

(2)運行前，必須對相關人員進行安全技術交底和培訓并確保交底及培訓效果。

(3)施工活載不得超過設計允許荷載，且運行期間不能出現荷載集中現象。

(4) 每班上班前，必須進行升降式鉆灌臺車的日常檢查和維修保養，不得“帶病運行”，維修和保養采取將爬梯架設至檢修點的方式，同時，檢修人員需正確佩戴安全繩。檢修期間，調壓井內不得有人員作業。

(5)升降式鉆灌臺車只能作為鉆灌施工平臺，不能作為人員升降使用。施工人員進出升降式鉆灌臺車必須通過專用載人吊籃實現。

(6)平臺移動時嚴禁載人。指揮人員在載人吊籃內進行指揮工作，一旦發現平臺被異物卡住或有異常情況時，立即通知卷揚機操作人員“停車”并進行處理。

(7)平臺活荷載一定要均衡，嚴禁超載運行。

(8)在每層灌漿孔施工前，灌漿平臺到位后除了利用豎向卷揚機的鋼繩和平臺上的千斤頂穩定臺車外，還需在平臺上掛設4個5 t的手拉葫蘆，利用井臺上方施工的4組錨點進行二次豎向吊拉固定以增加平臺的安全系數。

(9)提升卷揚機卷筒上的鋼繩不少于5圈。

(10)利用發電機做備用電源應急使用。

4.3 安全監測

為確保升降臺車工作期間各吊點鋼絲繩的受力、井口吊裝懸挑架擾度變形及臺車變形在安全范圍內，項目部對吊點鋼絲繩受力情況、平臺吊裝懸挑架及臺車擾度變形進行了監測。

4.3.1 鋼絲繩受力監測

臺車鋼絲繩受力監測系統由全高精度拉力傳感器、數據采集適配器、顯示器、通信線纜、現場供電總線以及其他配件構成，數顯統一接到卷揚機控制柜。

4.3.2 井口吊裝懸挑架的變形監測

在井口平臺固定位置設置了一個基準點并架設全站儀。在吊裝懸挑架外側末端設置基準點，基準點上焊接5 cm高鋼筋，定期采用全站儀監測并記錄懸挑架上鋼筋頂的高程，觀測其擾度變形情況。

4.3.3 鉆灌式升降平臺的變形監測

平臺主要監測各主桁架之間的螺栓連接是否松動、焊縫是否拉裂及平臺的水平情況。采用扭力扳手定期檢查螺栓是否松動，肉眼觀察焊縫是否松動、脫焊。平臺采用水平儀監測水平情況，每次臺車就位后調整水平后再頂千斤頂及收緊葫蘆。

4.4 升降式鉆灌臺車的拆除

4.4.1 拆除程序

升降式鉆灌臺車下放至井底→升降式鉆灌臺車井底拆除→井口吊裝桁架拆除→提升系統拆除。

4.4.2 拆除要求

(1)拆卸遵循“先裝的部件后拆、后裝的部件先拆”的拆卸原則。

(2)拆除時，較長、較重、有兩端聯結的部件一定要兩人或多人一組進行。拆除水平構件時，松開聯結后將水平托持取下，禁止單人進行拆卸作業。

(3)每天完成拆除后，不得留下隱患部位。

(4)拆除后對升降式鉆灌臺車進行全面檢查，記錄損壞情況。

(5)拆除過程要求切斷電源。

(6)吊裝桁架拆除時，在單根橫梁拆除前應先用葫蘆或鋼繩綁扎牢固，防止拆除過程突然墜落。

(7)拆除過程禁止井頂和井底同時作業，拆除人員必須全程佩戴安全防護用品，安全繩應掛在獨立的安全生命繩上，不得掛在桁架、臺車上。

(8)拆除的全程必須有安全員全程監督。

該工程于2020年5月開始進行調壓室井筒固結灌漿升降式鉆灌臺車的安裝，于2020年9月完成固結灌漿施工并拆除升降式鉆灌臺車，共完成固結灌漿孔約700個，灌漿總段長5 600 m，施工質量滿足設計要求，施工期間未出現一起安全事故，取得了較好的效果。

5 結 語

該工程設計制作的升降式鉆灌臺車結構簡單、施工方便、安全可靠，可在類似工程中推廣使用。但在其使用過程中還應注意以下幾點：(1)開工前，施工措施(提升系統、井口吊架、作業平臺等結構受力計算需滿足規范要求[4])必須先行完成并審批，做到措施先行；(2)實行逐級安全技術交底制。凡參加安全技術交底的人員要履行簽字手續并保存資料；專職安全員對安全技術措施的執行情況進行監督檢查并作好記錄；(3)加強施工現場的安全教育，杜絕習慣性違章；(4)特種作業人員必須持證上崗[5]；(5)認真執行安全檢查制度，規定檢查日期和參加檢查的人員，安全員每天進行一次巡視檢查，對檢查中發現的安全問題立即制定整改措施，限期進行整改和驗收。