鍋浪蹺水電站壓力鋼管豎井升降式鉆灌臺(tái)車施工

韓 小 利

(大唐雅安電力開(kāi)發(fā)有限公司,四川 雅安 625500)

1 工程概況

四川省某水電站系梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的龍頭電站,為單一發(fā)電工程。電站為混合式開(kāi)發(fā),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(jí)電站大壩銜接,電站裝機(jī)220 MW。

該水電站廠房壓力鋼管采用埋藏式三平兩豎結(jié)構(gòu),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(jìn)行無(wú)蓋重固結(jié)灌漿,固結(jié)灌漿孔設(shè)計(jì)孔深入巖層4 m,排距3 m,每排設(shè)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(jié)灌漿施工采用一臺(tái)可垂直升降的鉆灌臺(tái)車依次施工,下豎井施工完成后進(jìn)行上豎井施工。上、下豎井鉆灌臺(tái)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(tái)車設(shè)計(jì)及提升系統(tǒng)布置

2.1 升降式鉆灌臺(tái)車設(shè)計(jì)

電站壓力鋼管豎井直井段固結(jié)灌漿施工主要由加工制作的移動(dòng)式鉆灌臺(tái)車進(jìn)行,該鉆灌臺(tái)車設(shè)計(jì)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(tái)車分三大主要部件,即一個(gè)鉆灌臺(tái)車中部和兩個(gè)鉆灌臺(tái)車端部,兩個(gè)鉆灌臺(tái)車端部為等尺寸和同材質(zhì)部件。鉆灌臺(tái)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(qiáng)筋焊接而成。鉆灌臺(tái)車中部部件與鉆灌臺(tái)車兩端的端部部件通過(guò)8.8級(jí)螺栓(M16×70)連接,臺(tái)車上滿鋪3 mm厚的花紋鋼板作為踏板,自重3.1 t,移動(dòng)式鉆灌臺(tái)車主體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 移動(dòng)式鉆灌臺(tái)車主體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 提升系統(tǒng)布置

移動(dòng)升降式鉆灌臺(tái)車?yán)秘Q井頂部的1臺(tái)8卷?yè)P(yáng)機(jī),通過(guò)10 t的導(dǎo)向滑車和天錨處16 t的起吊滑車用鋼繩牽引其上下移動(dòng),鉆灌臺(tái)車上距臺(tái)車邊沿1 m位置均勻布置四個(gè)拉桿吊點(diǎn),拉桿與臺(tái)車上的拉桿吊點(diǎn)采用9.5 t的卸扣連接,拉桿另一端每?jī)蓚€(gè)拉桿用一個(gè)9.5 t卸扣連接,最終通過(guò)一個(gè)卸扣與卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩連接。拉桿為剛性拉桿,規(guī)格Ф89 mmδ2.5 mm。卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩的主吊點(diǎn)為前期壓力鋼管安裝時(shí)設(shè)置在穹頂?shù)奶戾^吊點(diǎn)。鉆灌臺(tái)車上下移動(dòng)時(shí)靠井壁邊上安裝的防摩阻輪(8個(gè))起到水平限位作用,以免臺(tái)車被卡;臺(tái)車移動(dòng)至作業(yè)面后,利用安裝的螺旋千斤頂進(jìn)行水平定位,避免作業(yè)時(shí)其左右晃動(dòng),臺(tái)車豎向穩(wěn)定除依靠卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩外,另通過(guò)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(jìn)行二次穩(wěn)固,卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)地錨的方式進(jìn)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(tái)車?yán)瓧U及拉桿吊點(diǎn)布置示意見(jiàn)圖2,壓力鋼管豎井鉆灌臺(tái)車布置剖面示意見(jiàn)圖3,壓力鋼管豎井鉆灌臺(tái)車二次穩(wěn)固示意見(jiàn)圖4。

圖2 豎井鉆灌臺(tái)車?yán)瓧U及拉桿吊點(diǎn)布置示意圖

圖3 壓力鋼管豎井鉆灌臺(tái)車布置剖面示意圖

圖4 壓力鋼管豎井鉆灌臺(tái)車二次穩(wěn)固示意圖

2.3 載人吊籃的設(shè)計(jì)與布置

施工人員上、下鉆灌臺(tái)車依靠載人吊籃來(lái)實(shí)現(xiàn),該吊籃設(shè)置在豎井直井段井口位置的擴(kuò)挖平臺(tái)內(nèi),平臺(tái)凈寬2.2 m。載人吊籃通過(guò)吊籃支撐架固定,支撐架由兩根同規(guī)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(tái)上松散的孤石和開(kāi)挖料等清理干凈,然后采用水泥砂漿將平臺(tái)表面整平,砂漿鋪設(shè)厚度不少于15 cm。砂漿錨桿外露10 cm以上,并加工8 cm長(zhǎng)的絲牙,通過(guò)1 cm厚鋼板及螺帽鎖緊水平梁。

2.4 天錨點(diǎn)的設(shè)計(jì)布置

天錨設(shè)置在豎井井筒頂部軸線中心位置處。同時(shí)設(shè)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(diǎn)布置示意見(jiàn)圖6。

圖6 壓力鋼管豎井天錨錨點(diǎn)布置示意圖

3 鉆灌臺(tái)車系統(tǒng)驗(yàn)算

3.1 鉆灌臺(tái)車牽引設(shè)備驗(yàn)算

鉆灌臺(tái)車重量P1=3.0 t,施工期間活荷載P2=1.1 t(包括風(fēng)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?yè)P(yáng)機(jī)所需提升力T1=(P1+P2)×α≈61.5 kN(安全系數(shù)α取1.5),卷?yè)P(yáng)機(jī)采用定滑輪導(dǎo)向、卸扣提升,其拉力為T(mén)2=T1=61.5 kN,鋼繩承受拉力T3=T2=61.5 kN。鋼繩破斷拉力系數(shù)取5倍,則要求鋼繩破斷拉力T4=61.5 kN×5=307.5 kN。

卷?yè)P(yáng)機(jī)參數(shù):型號(hào)為JM8,牽引力80 kN/臺(tái),容繩量S=200 m,卷筒繩速V=7～9 m,鋼繩規(guī)格為6×37+FC-26 mm(破斷拉力350 kN)。受力分析可知實(shí)際的單臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)起重牽引力為T(mén)2=80 kN>T1=61.5 kN,直徑Φ26 mm鋼繩破斷拉力350 kN>T4=307.5 kN,卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼繩滿足施工安全需要。

3.2 載人吊籃驗(yàn)算

載人吊籃采用ZPL-630型成品吊籃,該吊籃設(shè)有兩臺(tái)提升機(jī),提升機(jī)布置在吊籃內(nèi),吊籃自重400 kg。吊籃用鋼絲繩4×31SW+NF-8.3結(jié)構(gòu)的鋼絲繩,直徑為8.3 mm,單根鋼絲繩按100 m計(jì),則兩根鋼絲繩自重為:100×2×0.5 kg=100 kg,吊籃設(shè)計(jì)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(jù)吊籃說(shuō)明書(shū)為53 kN,鋼絲繩安全系數(shù){n}≥9,鋼絲繩安全系數(shù)n按下公式計(jì)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(shù),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(diǎn)驗(yàn)算

天錨系統(tǒng)的布置,天錨設(shè)置在豎井井筒頂部軸線中心位置處。同時(shí)設(shè)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(shè)計(jì)吊裝重物重量26 t。查圓鋼抗拉強(qiáng)度σb=370～500 MPa,計(jì)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(shù)為:K1=P2/26用t=2 037.6/260=7.8,即錨桿在吊裝26 t重物時(shí),安全系數(shù)為7.8,對(duì)于本工程承重P=4.1 t(鉆灌臺(tái)車自重及施工活載總重量)的負(fù)荷,使天錨滿足施工需求。

4 施工過(guò)程管控

4.1 卷?yè)P(yáng)機(jī)操作規(guī)程

(1)卷?yè)P(yáng)機(jī)應(yīng)安裝在平整堅(jiān)實(shí)、視野良好的地點(diǎn)。機(jī)身和地錨必須牢固。卷?yè)P(yáng)筒與導(dǎo)向滑輪中心線應(yīng)對(duì)正垂直:卷?yè)P(yáng)機(jī)距離滑輪一般應(yīng)不小于15 m。

(2)卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝完畢,必須經(jīng)特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn),完成空載、動(dòng)載、超載試驗(yàn),并上報(bào)地方政府特種設(shè)備安全監(jiān)督管理部門(mén)備案。

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

(4)以動(dòng)力正反轉(zhuǎn)的卷?yè)P(yáng)機(jī),卷筒部分方向應(yīng)與操縱開(kāi)關(guān)上指示的方向一致。

(5)卷?yè)P(yáng)機(jī)司機(jī)必須持證上崗,嚴(yán)禁無(wú)證操作、熟悉卷?yè)P(yáng)機(jī)的構(gòu)造、技術(shù)性能和本安全操作規(guī)定,掌握保養(yǎng)和維修知識(shí)。

(6)每天使用卷?yè)P(yáng)機(jī)前,必須對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩、制動(dòng)器、限位裝置、斷繩裝置等進(jìn)行檢查,確認(rèn)安全可靠后方可進(jìn)行操作運(yùn)行。

(7)卷?yè)P(yáng)機(jī)司機(jī)必須服從指揮員的指揮,在特殊情況下可以執(zhí)行任何人發(fā)出的緊急停止信號(hào)。

(8)物件提升后,操作人員不得離開(kāi)卷?yè)P(yáng)機(jī),物件或吊籠下面嚴(yán)禁人員停留或通過(guò)。休息時(shí)應(yīng)將物件或吊籠降至地面。

(9)在卷?yè)P(yáng)機(jī)制動(dòng)操作桿的行程范圍內(nèi),不得有障礙物或阻卡現(xiàn)象。

(10)鋼絲繩在卷筒上必須排列整齊,作業(yè)中最少保留三圈;卷?yè)P(yáng)機(jī)作業(yè)時(shí),不準(zhǔn)有人跨越卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩、嚴(yán)禁擅自離開(kāi)崗位。

(11)每班必須對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)各限位開(kāi)關(guān)及遙控組件靈敏度進(jìn)行檢查,如發(fā)現(xiàn)靈敏度低或失靈及時(shí)修復(fù)。

(12)嚴(yán)禁酒后操作、操作時(shí),操作人員嚴(yán)禁看書(shū)報(bào)雜志和閑談、操作時(shí)任何人不準(zhǔn)攀登機(jī)架、不準(zhǔn)在無(wú)?？垦b置的地方任意?？垦b卸。

(13)作業(yè)完畢,應(yīng)將提升吊籠或物件降至地面,并應(yīng)切斷電源,鎖好開(kāi)關(guān)箱。

4.2 灌漿平臺(tái)的安全防護(hù)

(1)設(shè)置安全護(hù)欄。在灌漿升降臺(tái)車周圍設(shè)置1.2 m高的安全護(hù)欄,安全護(hù)欄使用架管或螺紋鋼作為護(hù)欄主架進(jìn)行焊接,在護(hù)欄上掛設(shè)安全網(wǎng)。

(2)設(shè)置安全標(biāo)識(shí)。在臺(tái)車安全護(hù)欄上分區(qū)域掛設(shè)安全標(biāo)識(shí),隨時(shí)提醒施工人員注意安全。

(3)施工管路鋪設(shè)。在鋪設(shè)施工用風(fēng)管路時(shí),將所有管路用鋼絲繩從上井口牽引向下鋪設(shè),并將其固定在井壁上,防止因壓力過(guò)大等原因擺動(dòng),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(tái)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(tǒng)錨桿)并將送漿管與其固定在一起。

(4)鉆灌交叉作業(yè)安全。因灌漿平臺(tái)寬度限制,鉆孔灌漿需交叉作業(yè),在機(jī)械設(shè)備移動(dòng)時(shí),必須派專人進(jìn)行指揮移動(dòng)。

4.3 灌漿平臺(tái)的拆除

(1)先拆除吊籃平臺(tái),其拆除順序和安裝順序互為倒序,吊籃在鉆灌臺(tái)車移動(dòng)到擴(kuò)挖平臺(tái)下方1 m處進(jìn)行拆除,分片運(yùn)至上平段。鉆灌臺(tái)車拆除時(shí)將整個(gè)平臺(tái)下放至井底進(jìn)行拆除,拆除的部件從井底運(yùn)出,灌漿平臺(tái)拆除作業(yè)時(shí),施工人員需從井底進(jìn)入,由井底專職人員指揮作業(yè),同時(shí),應(yīng)對(duì)電氣設(shè)備和其他管路、線路、機(jī)械設(shè)備等拆除加以保護(hù)。

(2)所有的構(gòu)件盡量豎立調(diào)運(yùn),以防構(gòu)件和垃圾物從高處墜落傷人。

(3)拆除鉆灌臺(tái)車較長(zhǎng)、較重、有兩端聯(lián)結(jié)的部件時(shí),必須兩人以上一組進(jìn)行;拆除水平構(gòu)件時(shí),需在拆除連接點(diǎn)后,保持水平托持取下,不得單人進(jìn)行拆卸作業(yè),避免因把持桿件不穩(wěn)或失衡出現(xiàn)安全事故。

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

(5)在過(guò)程中涉及交接班時(shí),拆除現(xiàn)場(chǎng)不得留下隱患部位。

(6)拆除作業(yè)人員必須系防墜落安全帶,拆除過(guò)程中,應(yīng)派專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指揮,安全監(jiān)理人員進(jìn)行旁站監(jiān)督,共同負(fù)責(zé)拆除工作的全部安全作業(yè)。

5 結(jié) 語(yǔ)

該水電站壓力鋼管上豎井灌漿施工采用可垂直上下移動(dòng)的鉆灌臺(tái)車作為施工平臺(tái)和載人吊籠組成鉆灌施工平臺(tái)提升系統(tǒng),成功解決了豎井灌漿人員、材料的安全運(yùn)輸問(wèn)題。在壓力鋼管豎井固結(jié)灌漿施工中,安全穩(wěn)定、保質(zhì)按期完成了施工任務(wù)。同時(shí)也降低了施工成本,提高了施工效率,改善了作業(yè)環(huán)境,滿足了職業(yè)健康安全方面的要求。升降式鉆工平臺(tái)提升系統(tǒng)的成功安裝、運(yùn)行,在經(jīng)濟(jì)、工期、安全生產(chǎn)管理方面,較滿堂排架施工平臺(tái)優(yōu)勢(shì)明顯,在類似工程中值得推廣。