水電工程高豎井施工人員通道設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓寶栓，肖厚云

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

楊房溝水電站是雅礱江中游河段一庫七級(jí)開發(fā)的第六級(jí)，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型的國內(nèi)首個(gè)百萬千瓦級(jí)EPC水電站。擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高155.00m，引水發(fā)電系統(tǒng)布置在河道左岸，地下廠房采用首部開發(fā)方式，電站總裝機(jī)容量1500MW，安裝4臺(tái)375MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

出線系統(tǒng)主要由出線上(下)平洞及出線豎井組成，出線上平洞設(shè)計(jì)為城門洞型，斷面尺寸為8.6m×7.0m，長度430.97m；出線豎井布置在主變洞下游側(cè)，下部接出線下平洞，上部接出線上平洞，出線豎井總高度148.4m，分四個(gè)部分。其中穹頂高7m，高程2132.700m～2139.700m；與上平洞相接段高7m，高程2125.700m～2132.700m；豎井部分119.6m，高程2006.100m～2125.700m；與下平洞相接段14.8m，高程1991.300m～2006.100m。出線豎井開挖斷面尺寸為10.0m×9.0m(長×寬)。為滿足出線豎井1991.300m～2125.700m(134.4m)高程段施工人員上下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布置特點(diǎn)，在出線豎井上部布置一套JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車提升系統(tǒng)。

2 吊運(yùn)荷載

2.1 罐籠

罐籠采用GLS0.5/6/1/1型，尺寸1.2m×1.5m×2.5m(長×寬×高)，設(shè)計(jì)面積1.8，限乘人數(shù)9人，設(shè)計(jì)重量為1280kg。

2.2 施工人員

罐籠設(shè)計(jì)限乘人數(shù)為9人，實(shí)際施工時(shí)罐籠限乘5人，按照單人重量80kg計(jì)算，施工人員上下時(shí)總重量為1280kg(罐籠)+5×80kg=1680kg，總計(jì)1680kg。

綜上分析，載人系統(tǒng)最大吊裝荷載為1680kg(即1.68t)，選用JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車(額定荷載3t)作為提升設(shè)備，滿足要求。為進(jìn)一步確保施工安全，設(shè)置2臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)作為罐籠的防墜輔助設(shè)施。

3 系統(tǒng)組成

提升系統(tǒng)設(shè)備主要由JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車、絞車電器控制系統(tǒng)、罐籠、防墜器、5t卷揚(yáng)機(jī)、滑車等組成。

3.1 JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車

JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車主要適用于煤礦、金屬礦和非金屬礦的豎井，用來提升物料或者人員。使用時(shí)啟動(dòng)主電機(jī)，由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過低速聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞到減速器的高速軸上，經(jīng)過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，再由減速器的被動(dòng)軸通過聯(lián)軸器傳遞給主軸裝置。改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，可使卷筒進(jìn)行纏繞或放松鋼絲繩，同時(shí)提升容器進(jìn)行上下往返的周期運(yùn)動(dòng)。絞車主要由主軸、制動(dòng)盤、深度指示器、平行軸減速機(jī)、盤型制動(dòng)器、液壓站等組成。絞車額定荷載3t，提升最大速度為1.45m/s。

3.2 絞車電器控制系統(tǒng)

絞車電器控制系統(tǒng)采用新型電控系統(tǒng)主要由低壓電源柜、低壓變頻柜、低壓動(dòng)力柜、數(shù)控智能操作臺(tái)、觸摸屏顯示、過卷開關(guān)等組成。通過編程控制器實(shí)現(xiàn)提升工藝控制，互相監(jiān)視、安全保護(hù)。提升過程中實(shí)現(xiàn)全行程速度監(jiān)控，實(shí)際速度超過給定速度的8%預(yù)報(bào)警，等速段超過給定速度的15%、減速段超過給定速度的10%進(jìn)行安全制動(dòng)；過卷0.5m實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)；深度指示器斷軸保護(hù)；井口限速保護(hù)等。

3.3 罐籠

3.4 防墜器

防墜器選用BF0511型，最大計(jì)算制動(dòng)力60kN。BF防墜器是立井提升設(shè)備的一種安全保護(hù)裝置，在提升過程中，一旦提升鋼絲繩或連接裝置斷裂時(shí)，它能自動(dòng)抓住制動(dòng)繩，使罐籠平穩(wěn)停住，從而保證人員的安全和提升設(shè)備不被損壞。

3.5 卷揚(yáng)機(jī)

為滿足罐籠安全，配置2臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)負(fù)責(zé)罐籠穩(wěn)繩及防墜系統(tǒng)。卷揚(yáng)機(jī)型號(hào)JM5T，額定拉力50kN，最大額定速度16m/min。

3.6 滑車

為滿足鋼絲繩轉(zhuǎn)向需求，在出線上平洞及出線豎井頂部分別設(shè)置滑車，滑車選型為單輪HQGK1-8型，額定起重量為8t，滿足豎井提升系統(tǒng)要求。

4 設(shè)備布置及安裝

提升系統(tǒng)設(shè)備布置在出線上平洞底板高程2125.70m上，兩臺(tái)穩(wěn)繩5t卷揚(yáng)機(jī)布置在(出線)0+050.00m處，JTP-1.2×1.2P型礦用提升絞車布置在(出線)0+065.00m處。

圖1 提升系統(tǒng)設(shè)備布置平面

圖2 提升系統(tǒng)設(shè)備布置剖面

4.1 卷揚(yáng)機(jī)(絞車)安裝

安裝前，采用全站儀準(zhǔn)確放樣出卷揚(yáng)機(jī)(絞車)基礎(chǔ)位置，基礎(chǔ)下設(shè)φ25、L=3.0m插筋，基礎(chǔ)采用C25混凝土澆筑。安裝時(shí)，采用裝載機(jī)將卷揚(yáng)機(jī)(絞車)組裝部件挑至指定部位并按照要求組裝卷揚(yáng)機(jī)(絞車)并調(diào)整角度。調(diào)整結(jié)束后，在基礎(chǔ)上固定并拉地錨固定。卷揚(yáng)機(jī)就位準(zhǔn)確后，進(jìn)行卷揚(yáng)機(jī)的加固，加固采用在卷揚(yáng)機(jī)槽鋼底座周圍與基礎(chǔ)插筋焊接固定。

4.2 輔助設(shè)備安裝

4.2.1 滑車

滑車安設(shè)時(shí)其軸心應(yīng)與卷揚(yáng)機(jī)軸心安裝在一條直線上，準(zhǔn)確調(diào)整好滑輪位置后將其滑輪的底座焊接在插筋上即可。

4.2.2 鋼絲繩

鋼絲繩從卷揚(yáng)機(jī)出來后經(jīng)下部滑車順延至出線豎井穹頂頂部滑車，后經(jīng)穹頂頂部滑車通過繩卡與吊籠、罐籠連接。

4.2.3 卷揚(yáng)機(jī)(絞車)安全裝置安裝

待卷揚(yáng)機(jī)及其輔助設(shè)備安裝完成后，安裝卷揚(yáng)機(jī)安全裝置。安全裝置一般包括荷載限制器、行程限制器等。卷揚(yáng)式的容許超載值一般定為不得大于額定起重容量的10%。因此，在實(shí)際負(fù)荷達(dá)到額定起重量的110%時(shí)，荷載限制器應(yīng)自動(dòng)切斷電源，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。上、下行程限位一般采用行程開關(guān)控制器，當(dāng)卷揚(yáng)機(jī)起吊或下降超過規(guī)定時(shí)，行程開關(guān)控制器會(huì)自動(dòng)切斷電源，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 附屬設(shè)置

5.1 爬梯設(shè)置

為確保設(shè)備停電及其他應(yīng)急事件，在出線豎井設(shè)置爬梯。爬梯設(shè)置在施工平臺(tái)的左側(cè)，爬梯開口尺寸為80cm×60cm。踏步采用φ20螺紋鋼，寬度為60cm，以30cm等間距布置。梯梁采用∠50×50mm角鋼，長度為3m，梯梁首尾采用φ20掛環(huán)和掛鉤，以便于鋼梯之間的連接。安裝時(shí)，鋼梯與巖壁之間凈間距不小于15cm，鋼梯與巖壁之間采用φ22、L=1.5m插筋或者系統(tǒng)錨桿連接。所有連接處均焊接。爬梯每8m設(shè)置一個(gè)梯間休息平臺(tái)，分段設(shè)梯。每一段爬梯(8m)上，同時(shí)上下樓梯的人員需要嚴(yán)格控制，不能超過3人。

5.2 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)

為滿足豎井施工，在出線豎井與出線上平洞平交處設(shè)置一處長9m，寬3.25m的施工平臺(tái)。施工平臺(tái)采用工20a工字鋼搭設(shè)，工字鋼間距1.5m，局部進(jìn)行調(diào)整，工字鋼端頭采用φ32、L=300cm、外露50cm的插筋焊接固定；工字鋼安裝完成后在上部鋪設(shè)φ20@20cm×20cm的鋼筋網(wǎng)；鋼筋網(wǎng)上面再滿鋪5cm厚木板，木板之間采用鉛絲綁扎固定；平臺(tái)臨空面設(shè)置1.5m高防護(hù)欄桿，欄桿下部設(shè)50cm高踢腳板；對(duì)應(yīng)吊籠、罐籠位置設(shè)置雙開活動(dòng)門式欄桿。

6 荷載試驗(yàn)

6.1 空車試運(yùn)行試驗(yàn)

空車試運(yùn)行試驗(yàn)為罐籠安裝完成后，罐籠內(nèi)無任何荷載，對(duì)罐籠以額定速度0.5m/s提升、下降各三次。每次上升、下降后檢查提升系統(tǒng)整機(jī)運(yùn)行是否正常，有無異常聲響，制動(dòng)器、限位器、深度指示器工作是否正常，滑車、鋼絲繩和卷揚(yáng)機(jī)等固件、連接件潤滑封閉情況是否良好，并填寫記錄表。如出現(xiàn)故障，應(yīng)立即停機(jī)，待故障排除后，再次進(jìn)行試驗(yàn)。

6.2 負(fù)荷試運(yùn)行試驗(yàn)

空車試運(yùn)行試驗(yàn)合格后，進(jìn)行負(fù)荷試運(yùn)行試驗(yàn)。首先是把罐籠下降到豎井底部開挖面，然后在罐籠加載負(fù)荷試驗(yàn)，負(fù)荷試運(yùn)行試驗(yàn)以額定荷載3t重量的125%荷載加重；然后對(duì)罐籠以額定速度0.5m/s提升、下降各三次。每次上升、下降后檢查提升系統(tǒng)整機(jī)運(yùn)行是否正常，有無異常聲響，制動(dòng)器、限位器、深度指示器工作是否正常，滑車、鋼絲繩和卷揚(yáng)機(jī)等固件、連接件潤滑封閉情況是否良好，并填寫記錄表。如出現(xiàn)故障，應(yīng)立即停機(jī)，待故障排除后，再次進(jìn)行試驗(yàn)。

6.3 脫鉤試驗(yàn)

6.3.1 無負(fù)荷脫鉤試驗(yàn)

在罐籠內(nèi)無任何荷載情況下進(jìn)行脫鉤。試驗(yàn)在出線豎井開挖面進(jìn)行，脫鉤器安裝到位，將罐籠提升到距開挖面2000mm處。然后在豎井底面施工操作平臺(tái)上打開脫鉤器，罐籠便脫鉤下降，防墜器發(fā)生制動(dòng)作用，下降一段距離后停住，待罐籠停穩(wěn)后，測(cè)量抓捕機(jī)構(gòu)沿罐道(制動(dòng)繩)下滑距離(不包括制動(dòng)繩的拉伸長度)，罐籠相對(duì)制動(dòng)繩下滑的距離不大于100mm，鋼絲繩制動(dòng)防墜器下滑距離不應(yīng)超過1500mm。

6.3.2 負(fù)荷脫鉤試驗(yàn)

無負(fù)荷脫鉤試驗(yàn)合格后，再進(jìn)行負(fù)荷脫鉤試驗(yàn)。負(fù)荷脫鉤試驗(yàn)為罐籠內(nèi)限乘人數(shù)重量的125%荷載加重對(duì)罐籠進(jìn)行脫鉤，試驗(yàn)在出線豎井開挖面進(jìn)行，脫鉤器安裝到位，將罐籠提升到距開挖面2000mm處。然后在豎井底面施工操作平臺(tái)上打開脫鉤器，罐籠便脫鉤下降，防墜器發(fā)生制動(dòng)作用，下降一段距離后停住，待罐籠停穩(wěn)后，測(cè)量抓捕機(jī)構(gòu)沿罐道(制動(dòng)繩)下滑距離(不包括制動(dòng)繩的拉伸長度)，罐籠相對(duì)制動(dòng)繩下滑的距離不大于100mm，鋼絲繩制動(dòng)防墜器下滑距離不應(yīng)超1500mm。試驗(yàn)完成后應(yīng)緩慢下降穩(wěn)繩，將罐籠放至豎井底，試驗(yàn)完成后填寫記錄表，試驗(yàn)完成后恢復(fù)提升系統(tǒng)。

7 安全保證措施

(1)安裝時(shí)，基座必須平穩(wěn)牢固，設(shè)置可靠的地錨，提升系統(tǒng)周圍設(shè)1.2m高防護(hù)欄桿。

(2)卷揚(yáng)機(jī)司機(jī)必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，考試合格，持證上崗作業(yè)，并專人專機(jī)。

(3)作業(yè)前檢查卷揚(yáng)機(jī)與地面固定情況、防護(hù)設(shè)施、電氣線路接地線、制動(dòng)裝置和鋼絲繩等，全部合格后方可使用。

(4)卷筒上的鋼絲繩應(yīng)排列整齊，如發(fā)現(xiàn)重疊和斜繞時(shí)，應(yīng)停機(jī)重新排列。鋼絲繩不許放完，最少應(yīng)保留3圈。

(5)鋼絲繩不許打結(jié)、扭繞，在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷線超過10%時(shí)，應(yīng)予更換。

(6)試驗(yàn)前對(duì)所有施工人員進(jìn)行安全教育、技術(shù)交底，分配好工作并指出各環(huán)節(jié)操作要領(lǐng)及注意事項(xiàng)。

(7)試驗(yàn)過程中時(shí)刻注意提升系統(tǒng)各個(gè)部分情況，如出現(xiàn)不良情況立即停止試驗(yàn)，找出相關(guān)原因后再次進(jìn)行試驗(yàn)。

(8)作業(yè)中，如遇停電，應(yīng)切斷電源，并將吊籠進(jìn)行固定。

(9)每日班前應(yīng)對(duì)卷揚(yáng)機(jī)、鋼絲繩、地錨、地輪等進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后，試空車運(yùn)行，合格后方可正式作業(yè)。

(10)人員運(yùn)輸程序：①每班運(yùn)輸前先按照第(9)條進(jìn)行檢查及試車；②施工人員乘坐載人罐籠至工作面，其余人員待材料運(yùn)輸完成后再下至工作面；③清點(diǎn)當(dāng)班所需材料，載物吊籠運(yùn)輸材料，工作面2人進(jìn)行材料的搬卸工作，吊運(yùn)材料時(shí)材料與吊籠應(yīng)采用鐵絲或繩子固定牢固，工作面人員站立在安全部位；④材料運(yùn)輸完成后其余施工人員按次序(每次限乘5人)乘坐罐籠至施工工作面；⑤施工完成后施工人員依次乘坐罐籠至上部施工平臺(tái)，工作面留2人進(jìn)行材料的整理搬運(yùn)；⑥工作面材料運(yùn)至上部施工平臺(tái)；⑦工作面搬運(yùn)材料的2人乘坐罐籠至上部施工平臺(tái)。

8 結(jié)語

通過楊房溝水電站出線豎井施工采用礦用提升絞車系統(tǒng)作為人員上下的主要通道實(shí)踐，系統(tǒng)闡述了人員快速、安全、有效的運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行正常，安全可靠、成本合理，保證了豎井快速、高效、安全的施工。在后續(xù)的水利水電豎斜井施工中可廣泛應(yīng)用，為工程創(chuàng)造價(jià)值。