高压竖井施工载人提升系统及其使用方法研究.pdf

10高压竖井施工载人提升系统及其使用方法研究韩博威刘毅/中国水利水电第六工程局有限公司国际公司【摘要】随着近些年水利施工技术的日渐成熟、施工工艺的不断改进，水利工程施工竖井的长度也在不断增加，现有的通用载人提升系统无法满足每个项目的施工需求，同时还存在通用性能差、安全风险大、制约工期等关键问题。本文涉及水电站地下工程施工，详细论述在高压坚井开挖支护施工过程中如何提供载人提升系统及其使用方法。【关键词】1超长高压竖井载人#提升系统1二工程概况秘鲁圣加旺水电站高压竖井位于引水隧洞桩号K14十8 3 4.7 5 处，对应陡坡地面高程1 4 3 0.0 0 m，埋深深度约4 2 3.8 9 m。高压竖井上部井口为奥陶系圣何塞组（O-sj）薄层互层夹中厚层石英绢云母板岩，岩层产状一般为3 2 0 3 5 0，6 0 8 0，岩层走向与洞轴线夹角7 1 8 9，大角度相交、陡倾下游偏右侧。围岩局部渗水，呈线状，高压竖井开挖最大直径为5m，高压竖井上部至上平段中心高程为1 0 1 6.1 1 m，压力竖井下部至下平段中心高程为7 7 1.8 2 m，高压竖井含上弯段及下弯段设计井深为2 4 4.2 9 m，具有开挖深度长、施工工序多、技术质量要求高等显著特点，是项目发电的最关键线路之一。设计情况如图1 和图2所示。NS2608+1S2618+1入坚井段下平段下弯段L171604100010001500转弯段平段1浙变段钢村段上弯段L18L19089P2引水隧洞TBM洞段20L21Y15+079.97L201375PO/P12号施工支洞图1高压竖井开挖平面布置图图（单位：cm）2设计目的秘鲁竖井载人提升系统规范要求超过2 0 0 m深的竖井，每分钟运行速度不得超过1 5 0 m，且提升系统需为自动化，具备自动、手动安全系统，预警器，罐笼应安装防坠落系统，防止罐笼自由坠落，并且提升系统最大人员承载系数不能超过罐笼本身重量的8 5%，提升系统两侧需布置足够的安全通道并保持畅通。因此，现有国内高压竖井通用的载人提升系统，无法满足秘鲁水电项目的竖井施工要求，存在通用性差异、成本高、安全风险大并制约工期等关键问题。主要有以下几方面问题：11高压竖井施工载人提升系统及其使用方法研究引水隧洞钢衬段起点2号施工支洞36锚杆1 6 亚2 5 3 6%L=3m，排距1.5 mR230钢衬另见图高压竖井R240混凝土衬砌10cm厚C25喷钢纤维混凝土（a）L形断面类围岩（b）高压竖井等轴侧视图1：1 0 0 0图2高压竖井断面图、等轴侧视图设计不符合秘鲁的安全施工要求，无法满足施工要求；材料和加工工艺不符合秘鲁要求；从中国进口的部分设备及材料加工工艺不符合秘鲁矿业安全与职业健康规范（REGLAMENTODE SEGURIDADY SA-LUDOCUPACIONALENMINERIA），导致现场无法加工使用等；从中国进口的载人提升系统过于笨重，占地面积过大，对现场施工工序有干扰，工序衔接时间长，导致施工效率低，成本增加等。传统载人提升系统的通用性能确实比较差，因为每项工程的施工环境都不同，需要根据具体情况来设计载人提升系统，每个载人提升系统在不同工程中难以重复使用。项目部需按照秘鲁施工规范的要求，通过智能化系统，实现模块设计和生产，使载人提升系统具有满足秘鲁工程的通用性和可重复使用性，从而降低制造和改造成本。本文涉及水电站地下工程施工，详细论述在高压竖井开挖支护施工过程中如何提供载人提升系统及其使用方法。该设计的目的是为秘鲁水电站高压竖井开挖支护施工过程提供具有该项目特色符合该项目需求的载人提升系统并详细说明其使用方法，通过此载人提升系统有效解决高压竖井施工过程的通用性能差、施工成本高、安全风险大、制约工期等关键问题，该设计结构简单、占用工作面小、安全可靠、可周转使用且满足施工工期要求。3载人提升系统方案比选由于设计高压竖井高度达2 4 4.2 9 m，位于高压隧洞上平段，洞径仅4.8 m，工作空间狭小，如何保证人员垂直运输安全，是高压竖井施工过程中的一个难点。为解决高压竖井垂直运输问题，借鉴国内成熟方案进行比较分析。方案一：国内成熟的附着式电梯垂直运输方案。附着式电梯的轨道需固定在岩壁基础上，轨道本身基础需要和井壁采用刚性连接，会额外增加高压竖井的支护工程量，导致安全技术措施投人增多、工序转换时间长、安全风险大，同时安装和拆除的工作较大，占用高压竖井开挖直线工期，施工周期为9 个月，原定工期只有4.5个月，无法满足工期需求，且成本费用较高。方案二：有“卷扬机、防坠罐笼、定滑轮、钢丝绳（A28mm）、井架、配重块以及基础混凝土”的方案。采用JM10T型电控慢速卷扬机4 台，罐笼型号规格为GLS1/6/1/1，防坠器型号为BF-111，罐笼底盘面积1.7 7 m，罐笼尺寸为1.5 mX1.18mX2.8m，罐笼净重量1 t。工作盘提升系统布置于下游侧，在井口正上方施工天锚，作为工作盘吊物定向滑轮支点，与卷扬机相连。载人提升系统布置于高压竖井上游侧，钢丝绳由卷扬机发出经安装在井口的塔架上的定滑轮转人井内与罐笼下部配重块相连，防止罐笼旋转。综上所述，经过反复论证和比较，最终选择方案二为最佳方案。该方案适用于施工人员上下施工作业通道，且材料投人用量少，安全可靠性高，施工成本较低，能满足工期要求。4载人提升系统的设计组成该工程设计高压竖井上部隧洞洞径仅为4.8 m，无法布置整套载人提升系统以及压力钢管吊装所布置的桥机系统，综合考虑后对高压竖井上部进行技术扩挖，扩挖尺寸为3 3 m6m8.35m（长宽高），扩挖断面为城门洞形，底高程为1 0 1 3.0 0 m，进行载人提升系统12厂程地下布置，采用1 台JM10T型卷扬机缠绕A28mm钢丝绳通过井架提升防坠罐笼，罐笼两侧的防坠稳绳采用2 台JM10T型卷扬机缠绕A28mm钢丝绳，并通过井架上部的导向定滑轮可靠连接至罐笼下部的配重块，作为防止罐笼旋转的稳绳；卷扬机以及提升井架底部设置钢筋混凝土基础，钢筋混凝土基础内部设置地锚钢筋，设计参数为锚杆直径$1 、长度为4 m、人岩深度为3 m，并通过预埋锚栓和预埋基座与上部结构进行固定。与此同时，为保证井口上、下游侧的人员通行，在井口上方靠墙体布置1 条宽约1.2 m、长约1 2 m的人行通道，并对通道及井口处布置安全护栏，如图3 所示。图3高压竖井载人提升系统三维图5载人提升系统安装5.1基础施工载人防坠落提升系统布置于压力竖井井口上游侧，钢筋混凝土基础主要为3 台JM10T型卷扬基础、井口钢结构井架基础。基础混凝土主要包括地锚钢筋、结构钢筋、预埋螺栓以及预埋卷扬基座。基础地锚钢筋直径1 、长度为4 m、入岩深度为3m的螺纹钢，外露部分含5 0 cm弯钩；混凝土基础结构钢筋均采用$5/8 的螺纹钢，钢筋间距2 0 cm20cm；预埋锚栓采用A25、长度为1 m、外露1 0 1 5 cm的圆钢，端部为螺纹丝扣；预埋卷扬基座采用秘鲁当地型号为W8的H形钢加工制作而成，尺寸为1.5 3 m1.65m。待上述项目全部施工完成后采用强度等级为C25（二级）的混凝土一次性浇筑而成。5.2卷扬机安装载人防坠落提升系统共布置3 台JM10T型卷扬机，需等待基础混凝土达到龄期后方可进行安装，其中载人防坠落罐笼采用单独1 台JM10T型卷扬机作动力牵引，罐笼下部配重块采用2 台JM10T型卷扬机作动力牵引，同时兼作两侧的防坠稳绳。卷扬机采用5 t叉车装1 2 t随车吊运输至作业面，运输时要用枕木或托盘相互隔开，并用绳索牢固固定，防止运输中造成脱离、移位，导致发生碰撞；安装采用5 t叉车或5 t手拉葫芦配合人工进行安装，吊装时可将吊链或钢丝绳套在机体底部基座上的螺栓孔内，并将其固定牢靠，防止发生绳索脱落情况，过程中需掌握平衡，平稳起吊和下落，并采用M25螺母将预留锚栓旋紧。5.3井架安装井架布置在压力竖井井口上弯段扩挖平台，井口井架整体为钢结构，井架设计尺寸为8.0 m3.2m7.74m（长X宽X高），其中立柱及横梁等主框架结构采用型号为“W8X35”的H形钢制成，横梁上部安装3个定滑轮，井架内支撑采用3 钢管进行焊接加固，并对各连接节点增设加劲板，采用对焊和高强度螺栓连接的方式可靠连接；井架底部连接板将与钢筋混凝土基础内埋设的螺栓和型钢进行固定；井架需采用C1钢筋制作爬梯作为滑轮检修及维护通道，如图4 所示。图4井架结构三维图上述井架所用材料均为秘鲁当地钢材，执行标准为国际通用规范标准；井架采取在洞外加工厂提前进行模块化加工制作，1 2 t随车吊装运至工作面，配合井口JM10T型卷扬机进行组装，必要时可用槽钢对井架先装块进行临时支撑固定，待整体安装完成后采用手持切割机对临时支撑件进行割除。5.4罐笼及配重块安装载人防坠落提升系统所用3 根稳绳均选用A28的钢丝绳，由人工对卷扬机放绳，通过井架上部布置的3 个10t导向定滑轮，先将主提升钢丝绳与罐体上部主拉杆连接牢固，再由人工自罐笼上部两侧的防坠器穿人，从罐笼下部导孔穿出，固定并锁紧罐笼底部配重块上的吊耳；待钢丝绳全部安装并锁紧后，通过卷扬机分别将罐笼主提升钢丝绳和罐笼两侧的防坠稳绳依次拉紧，并保持罐体及下部配重块的平稳，同时罐笼两侧钢丝绳还起到稳定罐笼的作用，如图5 所示。罐笼下部混凝土配重块在洞外提前进行预制，配重13高压竖井施工载人提升系统及其使用方法研究绳距1 2 6 0300690槽钢1 4图5载人防坠落罐笼结构图图（单位：cm）块尺寸为1.7 m1.5m0.7m，配重块吊耳需在之前提前埋置，且内部设置钢筋保证配重块强度。5.5载人提升系统运行试验载人提升系统安全检查主要为生产运行前的试验检查，且根据秘鲁的施工安全要求，由秘鲁当地第三方认证公司至现场进行安全检查，并由该第三方认证公司出具载人提升系统检验合格证明。（1）检查性试验。将罐笼停放在上井口罐座上或井口封闭物上，放松提升钢丝绳的拉簧拉力的作用下，防坠器的楔子紧靠在制动绳上，此时测量楔子的露出长度与拉簧长度，弹簧的行程不得超过其最大行程的2/3；然后拉紧提升钢丝绳提起罐笼，再测量弹簧长度及楔子露出长度。检查楔子露出长度是否符合十5.0 0 mm的要求，弹簧长度是否符合设计中工作拉力的要求。检查性试验用空载罐笼或满载罐笼均可，每台罐笼的检查性试验不应少于3 次，各部机构动作灵活可靠后再进行下一步试验。（2）静负荷试验。将满载罐笼停在井口罐座或封闭物上，放松提升钢丝绳，抽出两个叉杆和连板之间的销子，防坠器的楔子在弹簧作用下压在防坠稳绳上。将罐笼上提6 0 0 7 0 0 mm，再放松提升绳，防坠器沿防坠稳绳上滑行一段距离后，防坠稳绳被滑楔夹住。罐笼制动防坠器下滑的距离不得超过4 0 mm，缓冲绳不得有抽出现象，否则应调整缓冲器的螺杆。上述静负荷试验过程应至少重复3 次，每次提升高度不在同一位置，并大于前一次的提升高度。（3）载人提升系统运行试验。载人提升系统安全试验分为两个步骤：第一步进行空罐试验；第二步进行重罐试验。由于罐笼的自重为1 t，允许载6 人，每人按1 0 0 kg计算，额定荷载为1.6 t，为提高其安全性，取荷载为2 t进行1 2 5%超负荷试验，以检查载人提升系统。（4）空罐运行试验。1）空罐试车时间8 h，仔细检查各部件有何异常。2）载人提升系统空机器空负荷试车合格后，可将钢丝绳和提升罐笼挂上，根据受力情况，调整每根钢丝绳长度，同时相应的将深度指示部分作出减速、停车等有关标记，并最后确定深度指示器传动装置上的减速过卷、限速等正确位置。3）调绳试验，调绳距离等于提升高度连续运转两次，检查游动卷筒的铜瓦和尼龙轴套，温升应不超过20，在操纵调绳离合器前先点动一下主电机以消除两齿面的压力，便于顺利脱开并可防止由于齿面的挤压力而擦伤齿面。4）罐笼现场空载运转时间不低于8 h，其主要判定项目包括以下内容：罐笼的重心与提升中心一致，并用增减平衡块进行平衡调整。罐笼在井筒罐道中运行应平稳，阻车器开闭应灵活可靠。（5）重罐运行试验。1）重罐试车载荷应逐级增加，一般分1/3 F、2/3F、满负荷F（F 一产品最大静拉力差）三级，前两级负荷运转时间，正反转为4 h，满负荷运转时间共为4 h。2）重罐试车加载到2/3 F负荷后，应检查减速器的齿面接触情况，在达到要求后，才可进行满负荷试车。3）在满负荷试车时，应全面检查各部件有否残余变形或其他缺陷。4）在进行各级负荷试验时，相应调整工作油压，并且在满负荷试验中应着重检查下列各项：工作制动的可调性，能否满足使用要求。安全制动的减速度，应满足规定的要求。各机电联锁的可靠性。减速机各轴承主轴承的温升为3 5，最高为7 0，以及液压站的油温温升情况。5）停车检查，要全面检查各部件有无异样和钢丝绳与容器连接处的紧固情况以及安全保护系统的正确可靠性。（6）减速器能揭盖检查一次齿面接触情况，并更换一次新油，只有确认负荷试车后，设备无问题时，才允许进行试生产和正式投产运转。（7）按实际使用负荷调到所需的最大工作油压值，并进行安全制动速度的测试，确保符合上述规定的要求。（8）罐笼现场重载运转时间不应少于8 h，其主要判14地下工程定项目包括以下内容：1）重载罐笼的重心应与提升中心一致。2）罐笼到位后阻车器的开闭装置应准时灵活打开。3）罐笼各部位不允许出现永久变形和损坏现象。6结语根据秘鲁圣加旺水电站高压竖井人工扩挖载人系统的研究成果，项目部于2 0 2 2 年4 月2 0 日开始安装，4月2 5 日安装结束，用时5 天验收通过后投人使用，满足秘鲁的安全运行操作要求，保证了施工期的安全运行无事故，同时也提高了施工效率、降低了工程成本，保障了施工安全前提，完成了2 0 2 2 年9 月底关键节点目标。此外通过此项设计，有效地解决了施工空间狭小问题，通过局部扩挖，并通过精密的受力计算配置井架及配套设施，成功布置载人提升系统，确保施工安全的前提下实现高压竖井扩挖及支护作业，对比其他类似提升系统大大降低了施工成本，为今后类似高压竖井人工扩挖施工提供了借鉴。参考文献1代昌福，高峰，彭永铭，等3 0 0 m级深竖井反扩法挖井施工技术J.四川水力发电，2 0 1 7，2 6(Z1):27-30.2向应刚垂直运输系统在高竖井开挖施工中的应用J.技术研发，2 0 1 1，1 8（1 2)：3 6-3 7.