劉 煒, 拓 玉 華, 曾 毅, 林 思 波

(中國(guó)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(diào)壓室為埋藏式調(diào)壓室，主要建筑物由調(diào)壓室上室、調(diào)壓室交通洞和調(diào)壓井組成。調(diào)壓室上室分為兩段，一段結(jié)合施工交通洞改造，另一段與之呈110°夾角，每段長(zhǎng)度均為70 m，總長(zhǎng)度為140 m。調(diào)壓井井筒開(kāi)挖直徑為17.4 m，開(kāi)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(nèi)徑為13 m。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，調(diào)壓井井筒設(shè)計(jì)了水平方向的固結(jié)灌漿孔，排距3 m，孔距3 m，孔深入基巖8 m，固結(jié)灌漿工程量達(dá)5 636 m。由于調(diào)壓井深度較深，井徑較大，為了滿(mǎn)足調(diào)壓井井筒固結(jié)灌漿施工需要，井筒內(nèi)的施工臺(tái)車(chē)不但要具有足夠大的安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定，而且能夠在井筒內(nèi)自由升降[1]。根據(jù)中國(guó)水電十局公司以往類(lèi)似的工程經(jīng)驗(yàn)，最終選擇升降式鉆灌臺(tái)車(chē)作為固結(jié)灌漿施工平臺(tái)以滿(mǎn)足施工需要。

2 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)說(shuō)明

鍋浪蹺水電站調(diào)壓井井筒水平固結(jié)灌漿孔的造孔及灌漿施工均在灌漿平臺(tái)進(jìn)行。升降式鉆灌臺(tái)車(chē)主要由提升系統(tǒng)、井口吊裝桁架、工作平臺(tái)三部分組成。工作平臺(tái)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(diào)壓井井筒內(nèi)上下移動(dòng)。

該灌漿平臺(tái)依靠調(diào)壓井交通洞內(nèi)的4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼繩牽引上下移動(dòng)[2]，平臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)依靠井壁邊平臺(tái)上安裝的6套摩阻輪起水平限位作用，以免平臺(tái)被卡住。平臺(tái)工作時(shí)，依靠所安裝的6臺(tái)螺旋千斤水平定位，豎向定位采用卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼繩穩(wěn)住平臺(tái)不動(dòng)。

2.2 提升系統(tǒng)

灌漿平臺(tái)提升系統(tǒng)布置于調(diào)壓井交通洞距調(diào)壓井井口10 m的洞段內(nèi)，主要由4臺(tái)荷載量為5 t的卷?yè)P(yáng)機(jī)組成，采取“2-2”的形式布置(沿進(jìn)洞方向)。其中靠近井口的2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)布置于地面上，另外2臺(tái)布置于卷?yè)P(yáng)機(jī)架上，卷?yè)P(yáng)機(jī)布置情況見(jiàn)圖1。

圖1 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)提升系統(tǒng)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(diǎn)、導(dǎo)向滑輪等組成。每一根橫梁由兩根同規(guī)格的[32a槽鋼內(nèi)扣相向焊接連接而成，[14槽鋼平面短斜撐16個(gè)，[28a槽鋼井壁斜撐8個(gè)。各橫梁及平面斜撐位于同一平面上，彼此間采用高強(qiáng)螺栓連接，螺栓型號(hào)為8.8級(jí)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(tái)

工作平臺(tái)(工作平臺(tái)寬2.6 m，中間鏤空)主要由主平臺(tái)、導(dǎo)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(tái)由10個(gè)主桁架組成。工作平臺(tái)與提升系統(tǒng)通過(guò)拉桿連接，拉桿與工作平臺(tái)通過(guò)卸扣連接，拉桿為φ89 mm×3 m鋼拉桿。工作平臺(tái)通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引實(shí)現(xiàn)井筒內(nèi)的上下移動(dòng)，平臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)靠井壁邊平臺(tái)上安裝的摩阻輪起水平限位作用，以免平臺(tái)被卡住，平臺(tái)工作時(shí)依靠所安裝的螺旋千斤頂水平定位，豎向定位采用鋼繩穩(wěn)住平臺(tái)不動(dòng)，該工作平臺(tái)布置正視圖見(jiàn)圖2，工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖見(jiàn)圖3。

圖2 工作平臺(tái)布置正視圖

圖3 工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)俯視圖

3 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)提升設(shè)備的驗(yàn)算

3.1 提升設(shè)備受力分析

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)在井筒內(nèi)的上下移動(dòng)依靠卷?yè)P(yáng)機(jī)提供提升力，共布置了4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)。卷?yè)P(yáng)提升荷載包括工作平臺(tái)自重P1(7.6 t)、施工活載P2(設(shè)計(jì)為2 t)、鋼繩自重P3(1.27 t)。

卷?yè)P(yáng)機(jī)所需提升力T1=(7.6+2+1.27)×α≈184.79(kN) (安全系數(shù)α取1.7)，每臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力為T(mén)2=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(shù)取8，要求鋼繩破斷拉力F≥23.1 kN×8=184.8 kN。

3.2 提升設(shè)備受力驗(yàn)算

(1)卷?yè)P(yáng)機(jī)。卷?yè)P(yáng)機(jī)型號(hào)為JM5，提升力為50 kN/臺(tái)，容繩量S=250 m，卷筒繩速V=9 m/min。由受力分析可知：?jiǎn)闻_(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)起重提升力為T(mén)5=50>T2=46.20 kN，滿(mǎn)足施工安全要求。

(2)鋼絲繩。采用6×37+FC-19.5 mm規(guī)格鋼絲繩，其破斷拉力F的計(jì)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(mǎn)足施工安全要求。

綜上所述：提升設(shè)備選用JM5卷?yè)P(yáng)機(jī)，鋼繩選用6×37+FC-19.5 mm規(guī)格能夠滿(mǎn)足施工安全使用要求。

4 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的安裝、運(yùn)行、安全監(jiān)測(cè)及拆除

4.1 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的安裝

4.1.1 安裝程序

作業(yè)環(huán)境安全檢查→輔助設(shè)施施工→工作平臺(tái)組裝、加固→井口吊裝桁架安裝→卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝→試運(yùn)行及驗(yàn)收。

4.1.2 輔助設(shè)施施工

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的安裝、運(yùn)行及拆除階段需使用生命安全繩、臨時(shí)吊裝設(shè)備、臺(tái)車(chē)就位后固定等輔助設(shè)施。根據(jù)后續(xù)施工需要，在井頂四周共布設(shè)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(tái)車(chē)內(nèi)作業(yè)人員施工時(shí)的生命安全繩掛點(diǎn)。

4.1.3 井口吊裝桁架及工作平臺(tái)的安裝

工作平臺(tái)各部件采用8 t卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)調(diào)壓井天錨吊至井底進(jìn)行組裝。在井底采用鋼管搭設(shè)組裝平臺(tái)。

井口吊裝桁架的每一根梁應(yīng)在調(diào)壓井交通洞先行組裝，組裝完成后、離開(kāi)井臺(tái)前先行進(jìn)行試吊，必須保證吊裝時(shí)長(zhǎng)梁與短梁保持水平，以便于就位安裝。利用調(diào)壓井天錨及電動(dòng)葫蘆安裝到位。

4.1.4 卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝

1號(hào)、3號(hào)卷?yè)P(yáng)機(jī)采用地錨固定。地錨規(guī)格為φ25 mm圓鋼。單臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)布置14根、1.5 m長(zhǎng)的砂漿錨桿，錨桿外露地面0.3 m。其中前后側(cè)(沿進(jìn)洞方向)均勻布置3根錨桿，左右側(cè)均勻布置4根錨桿，地錨與卷?yè)P(yáng)機(jī)采用焊接連接。

2號(hào)、4號(hào)卷?yè)P(yáng)機(jī)布置于卷?yè)P(yáng)機(jī)架上，機(jī)架與卷?yè)P(yáng)機(jī)采用螺栓連接，卷?yè)P(yáng)機(jī)架置于混凝土上，機(jī)架底面澆筑0.4 m厚的C30混凝土，混凝土內(nèi)布設(shè)φ25 mm錨桿，將垂直錨桿與機(jī)架焊接連接。

4.1.5 荷載試驗(yàn)

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)的承受活載重量為2 t，升降式鉆灌臺(tái)車(chē)按照該設(shè)計(jì)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(jìn)行堆載，堆載應(yīng)均勻。

逐級(jí)進(jìn)行靜荷載試吊，每次起吊距離地面30 cm、懸停20 min并進(jìn)行剎車(chē)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的檢查。重復(fù)啟動(dòng)及關(guān)閉升降式鉆灌臺(tái)車(chē)三次，運(yùn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。檢查各機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否靈活，工作是否平穩(wěn)可靠，各項(xiàng)性能參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。各限位開(kāi)關(guān)、安全保護(hù)和聯(lián)鎖裝置動(dòng)作應(yīng)準(zhǔn)確可靠；各零部件應(yīng)無(wú)裂紋、無(wú)開(kāi)焊、無(wú)聯(lián)接松動(dòng)或損壞；各電機(jī)、接觸器等電器設(shè)備的溫升應(yīng)不大于規(guī)定值且無(wú)損壞。卸載后檢查金屬結(jié)構(gòu)、焊縫質(zhì)量情況及有無(wú)永久變形。

4.1.6 驗(yàn) 收

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)及載人吊籃安裝完畢，組織安裝人員及上機(jī)操作人員一起進(jìn)行初步驗(yàn)收，對(duì)驗(yàn)收中存在的問(wèn)題限期整改，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后，由公司質(zhì)量及安全相關(guān)負(fù)責(zé)人員進(jìn)行內(nèi)部預(yù)驗(yàn)收，預(yù)驗(yàn)收通過(guò)后再邀請(qǐng)專(zhuān)家、建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位等聯(lián)合對(duì)升降式鉆灌臺(tái)車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行最終驗(yàn)收[3]。

4.2 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的運(yùn)行

4.2.1 運(yùn)行程序

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)移動(dòng)到工作位置制動(dòng)→螺旋千斤頂伸出頂住井壁→鉆灌施工→螺旋千斤頂松開(kāi)→人員通過(guò)載人吊籃撤離→卷?yè)P(yáng)牽引臺(tái)車(chē)到下一個(gè)作業(yè)層→螺旋千斤伸出頂住井壁→(依次循環(huán))……。

4.2.2 運(yùn)行要求

(1)臺(tái)車(chē)及載人吊籃的運(yùn)行必須指定專(zhuān)人操作且需持證上崗，無(wú)關(guān)人員不得擅動(dòng)。

(2)運(yùn)行前，必須對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底和培訓(xùn)并確保交底及培訓(xùn)效果。

(3)施工活載不得超過(guò)設(shè)計(jì)允許荷載，且運(yùn)行期間不能出現(xiàn)荷載集中現(xiàn)象。

(4) 每班上班前，必須進(jìn)行升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的日常檢查和維修保養(yǎng)，不得“帶病運(yùn)行”，維修和保養(yǎng)采取將爬梯架設(shè)至檢修點(diǎn)的方式，同時(shí)，檢修人員需正確佩戴安全繩。檢修期間，調(diào)壓井內(nèi)不得有人員作業(yè)。

(5)升降式鉆灌臺(tái)車(chē)只能作為鉆灌施工平臺(tái)，不能作為人員升降使用。施工人員進(jìn)出升降式鉆灌臺(tái)車(chē)必須通過(guò)專(zhuān)用載人吊籃實(shí)現(xiàn)。

(6)平臺(tái)移動(dòng)時(shí)嚴(yán)禁載人。指揮人員在載人吊籃內(nèi)進(jìn)行指揮工作，一旦發(fā)現(xiàn)平臺(tái)被異物卡住或有異常情況時(shí)，立即通知卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人員“停車(chē)”并進(jìn)行處理。

(7)平臺(tái)活荷載一定要均衡，嚴(yán)禁超載運(yùn)行。

(8)在每層灌漿孔施工前，灌漿平臺(tái)到位后除了利用豎向卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼繩和平臺(tái)上的千斤頂穩(wěn)定臺(tái)車(chē)外，還需在平臺(tái)上掛設(shè)4個(gè)5 t的手拉葫蘆，利用井臺(tái)上方施工的4組錨點(diǎn)進(jìn)行二次豎向吊拉固定以增加平臺(tái)的安全系數(shù)。

(9)提升卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒上的鋼繩不少于5圈。

(10)利用發(fā)電機(jī)做備用電源應(yīng)急使用。

4.3 安全監(jiān)測(cè)

為確保升降臺(tái)車(chē)工作期間各吊點(diǎn)鋼絲繩的受力、井口吊裝懸挑架擾度變形及臺(tái)車(chē)變形在安全范圍內(nèi)，項(xiàng)目部對(duì)吊點(diǎn)鋼絲繩受力情況、平臺(tái)吊裝懸挑架及臺(tái)車(chē)擾度變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

4.3.1 鋼絲繩受力監(jiān)測(cè)

臺(tái)車(chē)鋼絲繩受力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由全高精度拉力傳感器、數(shù)據(jù)采集適配器、顯示器、通信線纜、現(xiàn)場(chǎng)供電總線以及其他配件構(gòu)成，數(shù)顯統(tǒng)一接到卷?yè)P(yáng)機(jī)控制柜。

4.3.2 井口吊裝懸挑架的變形監(jiān)測(cè)

在井口平臺(tái)固定位置設(shè)置了一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)并架設(shè)全站儀。在吊裝懸挑架外側(cè)末端設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)上焊接5 cm高鋼筋，定期采用全站儀監(jiān)測(cè)并記錄懸挑架上鋼筋頂?shù)母叱?，觀測(cè)其擾度變形情況。

4.3.3 鉆灌式升降平臺(tái)的變形監(jiān)測(cè)

平臺(tái)主要監(jiān)測(cè)各主桁架之間的螺栓連接是否松動(dòng)、焊縫是否拉裂及平臺(tái)的水平情況。采用扭力扳手定期檢查螺栓是否松動(dòng)，肉眼觀察焊縫是否松動(dòng)、脫焊。平臺(tái)采用水平儀監(jiān)測(cè)水平情況，每次臺(tái)車(chē)就位后調(diào)整水平后再頂千斤頂及收緊葫蘆。

4.4 升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的拆除

4.4.1 拆除程序

升降式鉆灌臺(tái)車(chē)下放至井底→升降式鉆灌臺(tái)車(chē)井底拆除→井口吊裝桁架拆除→提升系統(tǒng)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(shí)，較長(zhǎng)、較重、有兩端聯(lián)結(jié)的部件一定要兩人或多人一組進(jìn)行。拆除水平構(gòu)件時(shí)，松開(kāi)聯(lián)結(jié)后將水平托持取下，禁止單人進(jìn)行拆卸作業(yè)。

(3)每天完成拆除后，不得留下隱患部位。

(4)拆除后對(duì)升降式鉆灌臺(tái)車(chē)進(jìn)行全面檢查，記錄損壞情況。

(5)拆除過(guò)程要求切斷電源。

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

(7)拆除過(guò)程禁止井頂和井底同時(shí)作業(yè)，拆除人員必須全程佩戴安全防護(hù)用品，安全繩應(yīng)掛在獨(dú)立的安全生命繩上，不得掛在桁架、臺(tái)車(chē)上。

(8)拆除的全程必須有安全員全程監(jiān)督。

該工程于2020年5月開(kāi)始進(jìn)行調(diào)壓室井筒固結(jié)灌漿升降式鉆灌臺(tái)車(chē)的安裝，于2020年9月完成固結(jié)灌漿施工并拆除升降式鉆灌臺(tái)車(chē)，共完成固結(jié)灌漿孔約700個(gè)，灌漿總段長(zhǎng)5 600 m，施工質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，施工期間未出現(xiàn)一起安全事故，取得了較好的效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

該工程設(shè)計(jì)制作的升降式鉆灌臺(tái)車(chē)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、安全可靠，可在類(lèi)似工程中推廣使用。但在其使用過(guò)程中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)開(kāi)工前，施工措施(提升系統(tǒng)、井口吊架、作業(yè)平臺(tái)等結(jié)構(gòu)受力計(jì)算需滿(mǎn)足規(guī)范要求[4])必須先行完成并審批，做到措施先行；(2)實(shí)行逐級(jí)安全技術(shù)交底制。凡參加安全技術(shù)交底的人員要履行簽字手續(xù)并保存資料；專(zhuān)職安全員對(duì)安全技術(shù)措施的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)督檢查并作好記錄；(3)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全教育，杜絕習(xí)慣性違章；(4)特種作業(yè)人員必須持證上崗[5]；(5)認(rèn)真執(zhí)行安全檢查制度，規(guī)定檢查日期和參加檢查的人員，安全員每天進(jìn)行一次巡視檢查，對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的安全問(wèn)題立即制定整改措施，限期進(jìn)行整改和驗(yàn)收。