萬(wàn) 毅

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110003)

1 水電站豎井應(yīng)用情況

遼河干流某水電站屬于季節(jié)性調(diào)洪大型水電工程，壩址年均流量4620m3/s，流域控制面積28.5萬(wàn)km2，壩頂高程610m，校核洪水位為10000a一遇，并按照1000a設(shè)計(jì)泄水與擋水建筑物，該水電站是一座集灌溉、防洪、養(yǎng)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(fā)電機(jī)，左、右岸地下電站各裝設(shè)8臺(tái)780MW發(fā)電機(jī)組，地下電站布設(shè)不同效用、深度和直徑的長(zhǎng)度約5km的45條豎井，其中地下電站開(kāi)挖方量的20%左右來(lái)源于豎井的開(kāi)挖方量，主要用于溜渣、供電管線布設(shè)、水壓調(diào)節(jié)、吊物、引水和通排風(fēng)等，豎井應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 水電站豎井應(yīng)用情況

2 豎井建筑布設(shè)、施工資源配置安全管理

由于垂直交叉及高空作業(yè)頻繁、操作空間狹小等特點(diǎn)，科學(xué)合理的布設(shè)豎井施工臨建設(shè)施對(duì)于保證混凝土施工安全、豎井開(kāi)挖支護(hù)等非常重要[4-5]。

2.1 豎井臨建布設(shè)安全管理

水電站豎井施工期的臨建設(shè)施，如通風(fēng)、供電、豎井防護(hù)及提升運(yùn)輸系統(tǒng)與施工安全密切相關(guān)，結(jié)合溪洛渡、小灣、三峽等水電站豎井施工經(jīng)驗(yàn)，地下電站豎井工程一律設(shè)置大型載物和載人提升系統(tǒng)，需要襯砌的開(kāi)挖支護(hù)斷面≥10m，在開(kāi)挖支護(hù)階段井內(nèi)電、水、風(fēng)管線以及載物和載人提升系統(tǒng)兼顧混凝土施工要求，從而降低安全風(fēng)險(xiǎn)和裝拆成本。采用自帶斷繩保護(hù)、限位裝置的礦井吊罐或建筑吊籃作為載人設(shè)施，卡口、繩索等卷?yè)P(yáng)機(jī)具荷載安全系數(shù)滿足≥14的標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行線路及起落點(diǎn)設(shè)警示設(shè)施且無(wú)障礙物?？梢源怪闭{(diào)運(yùn)、水平穿行的塔式起重機(jī)、門或橋式起重機(jī)為載物提升系統(tǒng)的首選，減少天錨定位施工所需的檢修維護(hù)、錨固、開(kāi)挖工作量以及有效規(guī)避開(kāi)挖爆破放炮。一般情況下，采用帶護(hù)欄的工作吊盤作為大斷面豎井噴錨支護(hù)施工設(shè)備，從而保證吊盤內(nèi)系安全帶作業(yè)人員的安全以及噴錨支護(hù)的及時(shí)有效性[6]。井口除設(shè)專人警戒、警示牌、護(hù)欄和護(hù)輪檻外，為防止井口落渣及雨水必要時(shí)采取鋪鋼板、井口鋼過(guò)梁等措施，將下部帶護(hù)籠、上部設(shè)護(hù)欄的井蓋替代溜渣井蓋，張掛警示牌。為實(shí)現(xiàn)安全用電和保障井內(nèi)照明、通風(fēng)除塵效果，井底設(shè)有溜渣除塵噴淋裝置和底座可移動(dòng)的射流風(fēng)機(jī)，對(duì)井內(nèi)有害氣體進(jìn)行不定期的測(cè)控；將臂架可旋轉(zhuǎn)的400-800W節(jié)能鏑燈安裝于井口滿足井內(nèi)照明條件，提前制定停電應(yīng)急措施且井內(nèi)布設(shè)蓄電式壁掛應(yīng)急燈；在應(yīng)急爬梯右側(cè)設(shè)置料、水、風(fēng)管線，井內(nèi)掌子面附近設(shè)供水、供料、供風(fēng)管線的應(yīng)急關(guān)停閥，按照一定的間隔將休息平臺(tái)布設(shè)于應(yīng)急爬梯處；在遵循合理接零、接地、兩級(jí)保護(hù)和三級(jí)用電原則的情況下，管套保護(hù)施工用電的電纜[7]。

2.2 豎井施工資源安全管理

從以下環(huán)節(jié)加強(qiáng)豎井施工所有人、料、機(jī)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(yè)、管理人員應(yīng)辦理意外傷害保險(xiǎn)，必須落實(shí)勞保著裝、持證、培訓(xùn)和體檢上崗，禁止“三違”承諾書為作業(yè)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(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中作業(yè)人員是否存在串崗、疲勞、酒后操作以及作業(yè)班組落實(shí)“上、下井登記制度”的情況，由現(xiàn)場(chǎng)專職安全員結(jié)合“三工勞動(dòng)”查驗(yàn)，從根本上杜絕警戒人員脫崗情況的出現(xiàn)。對(duì)作業(yè)人員培訓(xùn)、更替情況以“進(jìn)場(chǎng)作業(yè)人員報(bào)審表”為載體實(shí)施動(dòng)態(tài)等級(jí)管理，井下作業(yè)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(chǎn)廠家對(duì)開(kāi)挖爆破所用火工品抽檢1-2次，報(bào)驗(yàn)所有用于豎井施工的原材料。質(zhì)檢人員按要求頻次對(duì)注漿密實(shí)度、砂漿強(qiáng)度、稠度以及錨桿錨固角度、深度等檢驗(yàn)，錨桿調(diào)運(yùn)入井前必須保證其各項(xiàng)性能合格，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)噴混凝土黏結(jié)強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度[8]。

2) 施工機(jī)具管理?？紤]到水利行業(yè)對(duì)新型設(shè)備應(yīng)用時(shí)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(tǒng)的小型濕噴機(jī)噴混凝土、人工扒渣、手風(fēng)鉆造孔仍為當(dāng)前豎井開(kāi)挖支護(hù)的主要模式，普通水泥灌漿泵灌注+手風(fēng)鉆或100B潛孔鉆造孔為豎井襯砌后的固結(jié)灌漿方式。傳統(tǒng)的部分施工方法及機(jī)具的節(jié)能環(huán)保性能差、施工功效低、安全風(fēng)險(xiǎn)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大，應(yīng)盡可能實(shí)行機(jī)械化作業(yè)，選擇符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)施進(jìn)行豎井施工?？紤]當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，地下電站引水豎井、出線施工采用鉆爆后吊運(yùn)小型反鏟扒渣、履帶式可收塵中風(fēng)壓鉆機(jī)造孔和反井鉆機(jī)成井后不擴(kuò)井施工方法，鋼筋網(wǎng)利用機(jī)編網(wǎng)替代，由此達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省人力的目的。擬選用更利于施工安全的大孔徑反井鉆機(jī)和FJD型全液壓豎井鉆機(jī)對(duì)引水豎井鉆孔，由此達(dá)到防止堵井和快速溜渣的目的，但由于經(jīng)濟(jì)條件限制最終未選擇該設(shè)備[9]。同時(shí)，為確保施工速效和安全性要合理平衡配置豎井施工機(jī)具、人員，豎井開(kāi)挖支護(hù)耗時(shí)情況及典型資源配置見(jiàn)表2。

表2 豎井開(kāi)挖支護(hù)施工耗時(shí)與資源配置情況

3 豎井施工相關(guān)要點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)中豎井施工存在通行不便、工期長(zhǎng)、作業(yè)空間少、臨邊及登高作業(yè)多等特征，從而使得安全風(fēng)險(xiǎn)較為突出，因此為提升豎井施工安全管理水平，對(duì)于固化施工流程和施工方法的合理選定應(yīng)充分考慮施工環(huán)境、豎井形體參數(shù)及地質(zhì)條件。

3.1 豎井施工方法安全管控

根據(jù)工程質(zhì)量、工期、地質(zhì)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(kāi)挖支護(hù)方式，同時(shí)可綜合考慮正井和反井相結(jié)合的方法作為復(fù)雜地質(zhì)條件的大型豎井支護(hù)方式，工程實(shí)踐中又將正井法進(jìn)一步分為人工擴(kuò)井溜渣及全斷面正井開(kāi)挖法。綜合考慮灰?guī)r易破碎、強(qiáng)度不高等特征，該水電站引水豎井、出現(xiàn)采用直接吊運(yùn)小型反鏟下井扒渣、反井鉆機(jī)成井后部擴(kuò)井溜渣的施工模式。采取分區(qū)不分層鉆爆法和反鉆井的形成φ1.4m導(dǎo)井作為該地下電站尾調(diào)室溜渣井，由此構(gòu)成的溜渣井直徑為3.5m以上、深度在20-30m左右。同時(shí)，針對(duì)直徑低于5m以下開(kāi)挖深度不足50m或全斷面開(kāi)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(kāi)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(hù)并安裝提升系統(tǒng)。根據(jù)以上優(yōu)化方法，為獲取較好的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比需要在開(kāi)挖支護(hù)階段做好：有效利用設(shè)備特性、施工環(huán)境、潛孔鉆和反井鉆導(dǎo)孔，全面掌握豎井地質(zhì)條件；結(jié)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(shí)施二次襯砌固結(jié)灌漿并降低井壁滲水對(duì)混凝土使用的影響，有效控制裂縫發(fā)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(duì)井口加固防護(hù)和豎井井口段開(kāi)挖支護(hù)，安裝驗(yàn)收豎井卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)，并開(kāi)挖支護(hù)豎井上、下部，特殊情況下還要增設(shè)截排水及通風(fēng)設(shè)施，為保證貫通段支護(hù)平臺(tái)和貫通段厚度的可靠性開(kāi)挖支護(hù)豎井貫通段，按照以上施工流程進(jìn)行豎井開(kāi)挖支護(hù)?？傮w按照載人提升系統(tǒng)的安裝，井壁超欠挖二次復(fù)核及處理，澆筑基座備倉(cāng)或井底首倉(cāng)混凝土，安裝分料、溜管、滑模滑槽向上提升或加高排架、備倉(cāng)、立模向上澆升以及糾偏、復(fù)核襯砌形體，以上流程進(jìn)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(jìn)行豎井的施工，在安全管理過(guò)程中應(yīng)注意的環(huán)節(jié)有：及時(shí)完成上、下井口的鎖扣和井口周邊的硬化，為保證反井鉆導(dǎo)孔鉆孔精度和基座澆筑質(zhì)量，采取鉆速控制、測(cè)斜和對(duì)位等措施，從而降低豎井施工安全風(fēng)險(xiǎn)、開(kāi)挖難度和孔斜偏差；對(duì)于豎井卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)為頂部圍巖設(shè)天錨方式形成的，應(yīng)確保天錨錨桿標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和施工的及時(shí)性；豎井段開(kāi)挖時(shí)應(yīng)滿足露天豎井前30m開(kāi)挖條件，為防止飛石損傷天錨要對(duì)周邊實(shí)施爆破聯(lián)動(dòng)警戒，且警戒距離滿足明挖爆破要求，采用每個(gè)4-6m設(shè)休息平臺(tái)的“帶護(hù)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(jìn)一步探明地質(zhì)利用導(dǎo)井或反井鉆機(jī)導(dǎo)孔，可按照每?jī)蓚€(gè)鉆爆循環(huán)的方式在豎井開(kāi)挖前期對(duì)圍巖錄制視頻或拍照，地質(zhì)編錄申請(qǐng)后采取噴錨支護(hù)措施，一次地質(zhì)條件后期要依據(jù)收集的10-30m申請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)人員和每一鉆爆循環(huán)圍巖照片確定，應(yīng)及時(shí)分析處理和啟動(dòng)地質(zhì)工作應(yīng)急響應(yīng)程序處理重大地質(zhì)缺陷問(wèn)題；開(kāi)挖前30m豎井后，要及時(shí)穩(wěn)固敷設(shè)于井壁的料、水、風(fēng)管并且重點(diǎn)保障境內(nèi)外的通訊暢通；在貫通鉆爆、出渣和開(kāi)挖鉆孔過(guò)程中，應(yīng)對(duì)井口圍巖穩(wěn)定狀態(tài)詳實(shí)查看，具體的安全管理流程見(jiàn)圖1。

圖1 豎井開(kāi)挖支護(hù)安全管理流程

3.3 豎井施工危險(xiǎn)源識(shí)別及管理

施工安全管理中的法、環(huán)、程序、人、機(jī)、料等要素管理與豎井施工的流程、施工方法、臨建設(shè)施、資源等密切相關(guān)，在實(shí)踐工程中危險(xiǎn)源如表3所示。

表3 豎井施工危險(xiǎn)源識(shí)別及管理

4 結(jié) 論

由于垂直交叉及高空作業(yè)頻繁、操作空間狹小等特點(diǎn)，科學(xué)合理的布設(shè)豎井施工臨建設(shè)施對(duì)于保證混凝土施工安全、豎井開(kāi)挖支護(hù)等非常重要，因此固化施工流程和施工方法的合理選定應(yīng)充分考慮施工環(huán)境、豎井形體參數(shù)及地質(zhì)條件，從而提升豎井施工安全管理水平。

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和案例，從工法流程、施工資源和臨建設(shè)施等方面梳理了豎井施工技術(shù)要點(diǎn)，可為識(shí)別系統(tǒng)危險(xiǎn)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(xué)依據(jù)，機(jī)具施工生產(chǎn)滿足安全可靠性和符合人機(jī)工程學(xué)要求。針對(duì)豎井施工提出全面合理防護(hù)、控制、預(yù)警、警戒、隔離和控制豎井安全施工技術(shù)。