榮春堂

(葛洲壩集團第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概況

錦屏二級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電站,采用一洞一機的布置方案,共布置了 8條水道,單機容量600 M W,總裝機容量 4 800 M W。

電站采用高壓管道引水發(fā)電,8條高壓管道對應(yīng) 8個發(fā)電機組,高壓管道豎井設(shè)計斷面為圓形,開挖洞徑為 8.1 m,垂直開挖高度約 240 m。

2 方案選擇

2.1 總體方案的確定

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

方案一:可以節(jié)省 φ 3.4 m溜渣井 1個月的開挖時間,但由于其對爆破控制和地質(zhì)條件的依賴性比較強,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)耗時比方案二多許多,而且萬一遇到多組結(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)場生產(chǎn)性試驗,“方案一”僅維持了 6個循環(huán),第 7個循環(huán)即出現(xiàn)堵井現(xiàn)象;“方案二”實施進展比較順利。故最終決定采用方案二進行高壓管道豎井段的開挖支護。

“方案二”采用“溜渣井 +自上而下擴挖”的施工方法。首先利用反井鉆機從上往下鉆導(dǎo)向孔,接著利用反井鉆機由下而上進行反拉形成導(dǎo)井,然后再由下而上對導(dǎo)井進行擴挖形成溜渣井,最后由上而下進行豎井?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,豎井全斷面擴挖直徑為 8.1 m。

2.2 全斷面擴挖方案

溜渣井開挖完成后進行豎井段擴挖支護施工。為保證豎井開挖的平整度,控制超欠挖,對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)通過試驗確定并隨施工過程逐步進行優(yōu)化、完善。殘渣由人工扒入溜渣井溜入下彎段集渣區(qū),利用 3 m3側(cè)卸裝載機配 20 t自卸汽車在井底出渣。

為加快施工進度,需設(shè)計一個施工平臺(圖1),在開挖的同時可進行工作面以上洞段的支護,確保支護緊跟開挖面從而節(jié)省直線工期。該施工平臺采用布置在上平段的 5 t卷揚機(副卷揚機)牽引,下連安全蓋,施工時應(yīng)保證施工平臺就位后安全蓋能夠蓋住溜渣井井口。施工平臺與升降吊籃配套使用,形成了垂直運輸系統(tǒng)理念。

圖 1 豎井?dāng)U挖施工平臺示意圖

3 垂直運輸系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 垂直運輸方案的選擇

由于該高壓管道豎井高度達 240 m,如何安全的進行垂直運輸是豎井開挖支護過程中的一個重點、難點。為解決豎井施工中垂直運輸問題,先后比較了三種方案:

方案一:附著式電梯垂直運輸方案。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挖,其軌道沒有固定的基礎(chǔ)支撐,且沒有從上往下安裝的實例。軌道和井壁剛性連接,安裝和拆除工作量大,且由于豎井垂直運輸為臨時運輸系統(tǒng),施工周期為 6～8個月,附著式電梯安裝和拆除工作占用豎井全斷面擴挖支護施工大量的工期,而且存在較大的安全風(fēng)險,費用較高。

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行,操作方便,左右不同步時可單獨進行調(diào)整。但其存在以下不足:(1)運行速度為 8～10 m/s,速度偏低。(2)動力傳動采用滑動摩擦,鋼絲繩沾油或水容易打滑,但該豎中在開挖施工階段存在部分滲水,且無法消除,存在較大的安全隱患。(3)動力裝置安裝在 Z L P吊籃上,電纜收放需另配卷揚機。(4)載重量偏低。目前國內(nèi)標準產(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,非標產(chǎn)品可以達到 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度要求。(5)材料運輸還需重新布置一套垂直運輸系統(tǒng)。由于豎井開挖斷面尺寸較小,兩套系統(tǒng)運行時干擾較大。

方案三:“三卷揚機 +升降防墜器罐籠”方案。主要由 1臺 10 t、2臺 5 t卷揚機、吊裝橫梁、罐籠、制動繩防墜器、大吊籃、井口鋼棧橋組成。卷揚機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,鋼絲繩由卷揚機發(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卷揚機配 φ 28鋼絲繩牽引罐籠,罐籠設(shè)防墜器與 5 t卷揚機 φ 21.5鋼絲繩相連,5 t卷揚機φ 21.5鋼絲繩牽引大吊籃,下部配工作盤,定制卷繩長 300 m。罐籠主要用于施工人員和少量施工材料、機具的運輸,大吊籃主要起支護平臺、工具、材料堆入及配重作用,兩臺 5 t卷揚機配置的φ 21.5鋼絲繩作為罐籠防墜器安全制動繩。

經(jīng)過反復(fù)論證和比較,最終選擇“三卷揚機+升降防墜器罐籠”方案作為最佳方案。該方案費用較省,運輸能力大,安全可靠性高,能滿足施工安全和施工進度的需求。

3.2 垂直運輸系統(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。垂直運輸采用“三卷揚機 +升降防墜器罐籠”,罐籠采用卷揚機牽引,卷揚機布置在上平段距豎井中心 35 m處,卷揚機基礎(chǔ)采用 4根 φ 25、L=3 m、外露0.5 m的錨桿進行錨固。在井口正上方設(shè)置吊裝橫梁,鋼絲繩由卷揚機發(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 300 m,主繩由中間的 10 t主卷揚機牽引,與罐籠相連,穩(wěn)繩由兩邊的 5 t副卷揚機牽引,與罐籠下方大吊籃施工平臺相連。防墜器與兩邊的制動繩相連,防止吊籃打轉(zhuǎn),以保證人員安全。大吊籃施工平臺由通長雙槽鋼(210)焊接而成,通過副鋼絲繩由兩邊的 5 t副卷揚機牽引,作為豎井支護作業(yè)平臺。

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,人員、機具和其它材料采用吊籃垂直運輸,施工平臺僅供支護用,原則上只承受噴料、錨桿、鉆機、風(fēng)水管線及施工人員等重量。

施工平臺下方設(shè)安全蓋,由可自由調(diào)節(jié)長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。安全蓋兼作支護施工平臺的配重。垂直運輸系統(tǒng)的布置情況見圖 2。

圖 2 高壓管道垂直運輸系統(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,造成兩臺卷揚機的輸出功率不一致,從而導(dǎo)致卷揚機的運行速度不一致;同時,兩鋼絲繩的伸長長度也不一致,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)兩臺卷揚機的滾筒軸心線沒有安裝在一條直線上,或者在一條直線上;但直線與兩個定滑輪的旋轉(zhuǎn)軸心線不平行,從而導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(4)一臺卷揚機的鋼絲繩咬繩,另一臺卷揚機的鋼絲繩不咬繩,導(dǎo)致大吊籃兩鋼絲繩不同步。

(5)吊裝橫梁和卷揚機沒有水平安裝是造成大吊籃兩鋼絲繩不同步的一個重要原因。

(6)定滑輪的軸心線到卷揚機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)兩臺卷揚機的鋼絲繩不能咬繩,可使用排繩器予以解決。

(3)調(diào)整兩臺卷揚機的機座,使之在同一水平面上,同時調(diào)整兩臺卷揚機的滾筒軸心線,使之安裝在一條直線上。

(4)調(diào)整吊裝橫梁上的兩個定滑輪,使定滑輪的軸心線在一條直線上,同時使定滑輪的軸心線到卷揚機滾筒的軸心線的距離一致且平行。

5 結(jié) 語

錦屏二級水電站廠區(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,滲水嚴重而造成施工難度較大。施工前和施工過程中,對于開挖支護施工方案和垂直運輸方案的確定都經(jīng)過了反復(fù)論證和試驗,最終形成了一套比較成熟的高豎井垂直運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)造價低廉,技術(shù)先進,適用于高豎井施工,為國內(nèi)同類工程施工提供了借鑒。