拱壩基礎(chǔ)廊道斜坡段移動式鉆灌臺車設(shè)計研究與應(yīng)用

劉均鋒，王灝

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

楊房溝水電站拱壩左右岸基礎(chǔ)廊道斜坡段高程范圍為1995m～2054m，長約143.6m，斜坡段坡比為1∶1，設(shè)計尺寸為3m×4m(寬×高)。基礎(chǔ)廊道斜坡段設(shè)置22cm×22cm(寬×高)混凝土踏步，以便于人員上下。基礎(chǔ)廊道斜坡段布置有帷幕灌漿、化學(xué)灌漿(左岸斷層f27位置)、排水孔施工任務(wù)。

基礎(chǔ)廊道斜坡段布置有兩排帷幕灌漿孔，其中左岸1955m～2005m段帷幕孔間距1m，排距0.6m；右岸1955m～2005m段帷幕孔間距2m，排距0.6m；左、右岸2005m～2054m段帷幕孔間距2m，排距1m；帷幕灌漿最大孔深93m。左岸基礎(chǔ)廊道斜坡段帷幕灌漿9728.18m、右岸基礎(chǔ)廊道斜坡段帷幕灌漿6309.46m。左岸1955m～2005m斷層f27化學(xué)灌漿為水泥灌漿的補充，先完成水泥灌漿后再進行化學(xué)灌漿。化學(xué)灌漿孔布置兩排，分別位于主副帷幕線上，孔位內(nèi)插于主、副帷幕孔之間，孔間距1m，對斷層上、下各5m范圍基巖部位進行處理，最大孔深46.1m，化學(xué)灌漿1800.3m?；A(chǔ)廊道斜坡段系統(tǒng)排水孔孔徑為φ110mm，孔距3m，最大孔深65.5m，排水孔化學(xué)灌漿完成后進行。左岸基礎(chǔ)廊道斜坡段排水孔1900m、右岸基礎(chǔ)廊道斜坡段排水孔1742m。

鑒于斜坡廊道特殊性和施工內(nèi)容及工期計劃(2020年1月1日-2021年2月28日)，斜坡廊道鉆灌施工工程量大、工期緊張，為保質(zhì)保量完成鉆灌施工任務(wù)，要讓投入的設(shè)備發(fā)揮更高的效率，就必須有相應(yīng)完善、可靠的輔助設(shè)施做保障，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，基礎(chǔ)廊道斜坡段鉆灌作業(yè)采用移動裝配式鉆灌臺車施工。

2 移動裝配式鉆灌臺車設(shè)計與安裝

2.1 鉆灌臺車設(shè)計

左右岸斜坡廊道鉆灌施工采用臺車進行，施工時鉆機置于臺車上，采用5t卷揚機或手拉葫蘆牽引臺車進行移動。鉆灌臺車采用[14、[8槽鋼及I16工字鋼加工制作，高2.8m、寬2m、長2.8m，各構(gòu)配件之間采用M16高強螺栓連接，呈三角形，下部置于軌道上，使平臺頂面呈水平狀態(tài)。平臺頂面操作平臺采用滿鋪5cm厚木馬道板，并采用白色安全網(wǎng)雙層兜底。平臺所有臨空面設(shè)置安全護欄和擋腳板，護欄高1.2m，設(shè)置高度180mm擋腳板，并掛密目網(wǎng)封閉。臺車底部置于軌道上，安裝3組100H滾輪，根據(jù)現(xiàn)場情況在滾輪兩側(cè)安裝鋼板，防止臺車脫軌。軌道采用15kg輕型鋼軌，按每2m梅花形布置C25mm錨筋將軌道固定，鋼軌中心距1.91m。C25mm錨筋入巖20cm，外露20cm，外露端與軌道點焊連接。鉆灌臺車設(shè)計詳見圖1、圖2。

圖1 鉆灌臺車設(shè)計布置 圖2 鉆灌臺車側(cè)視圖(單位cm)

2.2 臺車安裝

2.2.1 安裝前的準備工作

(1)場地準備。按照施工圖紙在加工廠將臺車各組件加工成型，然后將各組件運至1955m基礎(chǔ)廊道或2005m灌漿廊道內(nèi)進行組裝。

(2)確定安裝基準。檢查地面是否平整，是否達到設(shè)計安裝的基準要求。

(3)軌道安裝。軌道由2根15kg/m鋼軌鋪設(shè)而成。鋼軌平直，軌道固定，軌道中心距1.91m，上游側(cè)軌道距廊道上游邊墻20cm。為保證臺車安裝質(zhì)量，軌道鋪設(shè)完，進行檢查。達到如下要求：軌道中心距偏差不大于10mm，軌道高程偏差不大于20mm。

(4)起吊運輸設(shè)備。吊裝：受場地限制，臺車安裝時采用人工+頂拱錨桿進行吊裝，運輸：5t平板汽車一臺。

(5)機具。輔助起吊工具(手拉葫蘆)2個；電焊機1臺；氣體割焊工具1套。

(6)其他輔助設(shè)施。扳手(開口、梅花)2套。

(7)現(xiàn)場安裝人員配置。安裝技術(shù)人員4名，輔助人員6名。

2.2.2 具體措施

受安裝場地限制，臺車安裝采用人工、頂拱錨桿采用手拉葫蘆進行吊裝。

檢查軌道鋪設(shè)是否已符合安裝要求，如符合即可進行安裝。安裝時根據(jù)安裝程序用平板汽車將所需構(gòu)件分批運入安裝現(xiàn)場。安裝順序如下：

(1)將臺車底部縱梁吊入軌道上，現(xiàn)場用地錨和騎馬卡進行固定。

(2)人工將臺車底部橫梁搬運至縱梁部位，與兩側(cè)縱梁固定。

(3)將臺車兩側(cè)三角形框架的立柱、斜支撐吊裝至縱梁之上，與兩側(cè)縱梁固定。

(4)安裝臺車頂部橫梁及斜拉桿，將臺車兩側(cè)三角形框架連成整體。

(5)安裝臺車附件，如防護欄桿等。

2.2.3 卷揚機布置

卷揚機布置于斜坡廊道水平段，其提升能力為5.0t，通過轉(zhuǎn)向滑輪與牽引繩及臺車相連接，配以啟動靈活的電源開關(guān)來控制其運轉(zhuǎn)。

鋼絲繩端頭采用繩卡固定，繩卡數(shù)量不少于6個，布置間距為鋼絲繩直徑的6倍。繩卡安裝時，將U形環(huán)部分卡在繩頭的一面，壓板放在主繩的一面。

卷揚機必須保證運行穩(wěn)定，緊急情況下抱閘制動可靠。

2.3 卷揚提升系統(tǒng)

為便于斜坡廊道內(nèi)鉆灌施工鉆機搬遷就位，在斜坡廊道內(nèi)鋪設(shè)鋼軌道及設(shè)置卷揚提升系統(tǒng)。左、右岸卷揚機分別設(shè)置在2005m高程、2054m高程平臺，每級平臺分別安設(shè)5t卷揚機采用C32mm插筋固定。卷揚提升系統(tǒng)牽引繩采用φ22mm鋼絲繩。鉆灌臺車采用5t卷揚機牽引，卷揚機布置于斜坡廊道水平段。根據(jù)技施圖紙，卷揚提升系統(tǒng)最大垂直高度49m，軌道坡度45°，最大跨度69.3m。

卷揚機采用4C32mm螺紋鋼筋對四個角進行固定，再用地錨按規(guī)范對卷揚機進行加固。卷揚機前端設(shè)置5t轉(zhuǎn)向靜滑輪，采用2C32mm螺紋鋼筋進行固定，牽引繩采用φ22mm鋼絲繩，螺紋鋼筋均錨入混凝土內(nèi)1.5m、外露0.5m。

錨筋采用“先注漿后插桿”的程序施工。錨筋注漿采用M25砂漿，注漿后，在注漿體強度達到70%設(shè)計強度前，不得敲擊、碰撞或牽拉錨桿。

2.4 臺車牽引系統(tǒng)

(1)臺車大范圍移動采用卷揚機牽引，牽引時采用φ22mm鋼絲繩固定于臺車前端，鋼絲繩與型鋼接觸面墊設(shè)橡膠皮，以保護鋼絲繩。

(2)臺車小范圍局部移動采用1臺5t手拉葫蘆實現(xiàn)，手拉葫蘆布置于臺車上部，采用1根C32mm錨筋進行固定，錨筋入巖1.5m、外露0.2m。牽引時采用φ22mm鋼絲繩固定于臺車前端，鋼絲繩與型鋼接觸面墊設(shè)橡膠皮，以保護鋼絲繩。

(3)由于廊道坡面局部存在一定起伏，導(dǎo)致鋼絲繩局部與梯步混凝土面接觸，為保護鋼絲繩，在接觸部位墊設(shè)橡膠皮或采取其他保護措施。

(4)臺車大范圍移動時其后部2個軌道卡不予拆除，小范圍移動時其后部2個軌道卡和安全副繩均不予拆除，確保牽引施工時的安全。

2.5 鉆灌臺車鎖定加固

(1)臺車運行到位后，采用“雙保險”(6個軌道卡、2道φ22mm保險副繩)對臺車進行鎖定，設(shè)置時1道用于固定臺車前端，另1道用于固定臺車后端。φ22mm保險副繩固定于專用地錨上(C32mm螺紋鋼筋，錨入混凝土內(nèi)1.5m、外露0.2m)，臺車鎖定時必須將副繩繃直，確保副繩處于受力狀態(tài)。臺車牽引繩詳見圖3。

圖3 臺車牽引繩(詳圖A)

(2)在臺車底部設(shè)置1根橫梁，橫梁采用[8槽鋼，在橫梁后部緊頂橫梁設(shè)置2根C32mm圓鋼錨筋，入巖80cm，外露40cm，對臺車進行鎖定。臺車底盤詳見圖4、圖5。

圖4 臺車底盤(A-A剖面圖)(單位cm)

圖5 滾輪安裝(詳圖B)

(3)對軌道卡的設(shè)置進行設(shè)計，詳見圖6、圖7，使軌道卡可更好地發(fā)揮防滑作用，達到鎖定效果。

圖6 臺車后部軌道卡安裝及結(jié)構(gòu)示意

圖7 臺車前、中部軌道卡安裝及結(jié)構(gòu)示意

(4)考慮廊道坡面梯步現(xiàn)場局部存在一定起伏，導(dǎo)致軌道局部懸空。為保證軌道穩(wěn)固，不產(chǎn)生變形，對軌道懸空部位墊設(shè)木楔或木板，墊設(shè)時木楔或木板必須緊頂軌道底面。

2.6 荷載參數(shù)及計算

鉆灌臺車使用期間的荷載主要為鉆機、鉆桿、腳手板和施工人員等，根據(jù)技施圖紙，斜坡廊道內(nèi)鉆孔最深93m，施工時，臺車上按照最多放置1臺XY-2地質(zhì)鉆機，100m鉆桿，同時配備4名作業(yè)人員考慮。

施工期鉆灌臺車最大施工荷載為3.283kN/m2，卷揚提升系統(tǒng)最大牽引力為23.728kN，在最大施工荷載下，通過荷載計算、鋼絲繩破斷力計算、額定牽引力計算、錨筋錨固力計算、錨筋抗剪力計算，牽引系統(tǒng)滿足要求；通過荷載計算(活荷載、靜荷載)、臺車頂部橫梁受力計算(均布荷載、強度、撓度)、臺車側(cè)面三角框架承載力計算(內(nèi)力計算、強度驗算、剪切驗算、撓度驗算、螺栓連接計算)，鉆灌平臺受力穩(wěn)定。

2.7 檢查驗收

臺車組裝及卷揚提升系統(tǒng)安裝完畢后，全面檢查各部位焊接接頭、螺栓聯(lián)接是否有松動；提升機構(gòu)是否轉(zhuǎn)動靈活；臺車各重要尺寸是否達到設(shè)計要求；防護設(shè)施是否符合要求等。

使用前必須由安全、技術(shù)、質(zhì)量等人員組成驗收小組，進行驗收，驗收合格后方可投入使用。

3 使用過程中注意事項

(1)臺車每個工作循環(huán)前要校對鋼軌是否平直，鋼軌中心距與臺車輪距是否相等，檢測鋼軌牢固性。臺車就位前，一定要把鋼軌鋪直，以防止臺車脫軌。

(2)每個工作循環(huán)完成后，檢查各聯(lián)結(jié)螺栓及銷子的松緊狀態(tài)，對各種聯(lián)接件重新檢查其堅固性是否可靠。

(3)臺車行走時，臺車下端部分與地面和側(cè)墻混凝土間不得有風(fēng)管、水管等障礙物，嚴防臺車行走時有拖帶現(xiàn)象。

(4)卷揚機運行前檢查各部位螺栓是否緊固，鋼絲繩連接是否可靠，繩位是否符合要求，鋼繩潤滑是否充分，限位裝置、抱閘裝置、操作控制臺、聯(lián)系指揮系統(tǒng)等是否正常。

(5)操作控制臺、卷揚機安放在斜坡廊道水平段，采取措施防止電氣部分受潮失靈影響正常的吊運作業(yè)，臨空設(shè)牢固的欄桿。

(6)卷揚機嚴禁超載超負荷運行，以防止出現(xiàn)機械事故及人身傷害。

(7)嚴禁人員穿越正在運行的受力鋼絲繩，或在卷揚機前穿行，卷揚機在牽引物品時，避免鋼絲繩在地面上拖拽，減少磨損。

(8)卷揚機在使用過程中，遇到突然停電時，立即切斷電源，并將提升的重物采取相應(yīng)的措施安置好；每班工作完畢，除進行清潔、保養(yǎng)機械外，還必須將電源切斷。

(9)卷揚機在使用過程中若發(fā)生故障，一定要查明原因，故障排除后方可繼續(xù)使用，嚴禁“帶病”運轉(zhuǎn)，強行使用，卷揚系統(tǒng)出現(xiàn)故障和定期檢修維護時，檢修過程必須在確保安全情況下方可進行檢修維護。

(10)嚴格執(zhí)行交班制度，認真填寫交班記錄、運轉(zhuǎn)記錄和維護保養(yǎng)記錄，建立定期的檢查保養(yǎng)制度，對于關(guān)鍵部位的檢查，觀測、保養(yǎng)，維修應(yīng)定人，定部門，實行崗位責(zé)任制，將有關(guān)制度要求及指示警示牌懸掛在指揮、操作、裝卸部位。

4 研發(fā)試制后的施工效果

在施工中成功應(yīng)用，取得了良好的效果：

(1)鉆孔臺車結(jié)構(gòu)合理，安裝、拆卸、轉(zhuǎn)移簡單、方便、快捷。鉆灌臺車在設(shè)計時，充分考慮了廊道內(nèi)的施工環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容，既滿足鉆孔作業(yè)的高度及覆蓋范圍，又克服了交通通行的影響，主要構(gòu)件全部由高強度螺栓連接，安裝、拆卸方便，臺車可重復(fù)使用，減少材料浪費。

(2)鉆孔設(shè)備安放簡單、便捷。鉆孔設(shè)備通過卷揚提升系統(tǒng)和臺車牽引系統(tǒng)及臺車鎖定加固到位后，鉆機方便地放置在臺車平臺上作業(yè)。

(3)施工進度滿足要求。鉆機在臺車上完成相應(yīng)施工任務(wù)后，靠卷揚提升系統(tǒng)或臺車牽引系統(tǒng)迅速移動臺車，施工效率明顯提高，降低了施工成本，提高了經(jīng)濟效益。

(4)安全文明施工標準化。移動裝配式鉆灌臺車在安裝、使用、拆卸的過程中未發(fā)生一起安全事故，與傳統(tǒng)施工工藝相比，大大降低了事故率。

5 結(jié)語

通過對移動裝配式鉆灌臺車的設(shè)計與應(yīng)用，實現(xiàn)了在拱壩基礎(chǔ)廊道斜坡段廊道內(nèi)鉆灌施工過程中空間占用小、施工進度快、便于精細化管理的目的，突出了技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠等多方面的優(yōu)勢。研制的移動裝配式鉆灌臺車從設(shè)計到應(yīng)用取得了豐碩的成果，可在同類型和類似工程建設(shè)中推廣應(yīng)用，應(yīng)用前景十分廣闊。