水電站豎井施工安全管理技術(shù)分析

萬 毅

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司，沈陽 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、深度和直徑的長度約5km的45條豎井，其中地下電站開挖方量的20%左右來源于豎井的開挖方量，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)施對于保證混凝土施工安全、豎井開挖支護(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)，需要襯砌的開挖支護(hù)斷面≥10m，在開挖支護(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、繩索等卷揚(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、開挖工作量以及有效規(guī)避開挖爆破放炮。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的射流風(fēng)機(jī)，對井內(nèi)有害氣體進(jìn)行不定期的測控；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布設(shè)于應(yīng)急爬梯處；在遵循合理接零、接地、兩級保護(hù)和三級用電原則的情況下，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。對于生產(chǎn)過程中作業(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)場專職安全員結(jié)合“三工勞動”查驗(yàn)，從根本上杜絕警戒人員脫崗情況的出現(xiàn)。對作業(yè)人員培訓(xùn)、更替情況以“進(jìn)場作業(yè)人員報(bào)審表”為載體實(shí)施動態(tài)等級管理，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)廠家對開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，豎井開挖支護(hù)耗時(shí)情況及典型資源配置見表2。

表2 豎井開挖支護(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、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)，針對直徑低于5m以下開挖深度不足50m或全斷面開挖四周厚度低于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

首先對井口加固防護(hù)和豎井井口段開挖支護(hù)，安裝驗(yàn)收豎井卷揚(yáng)提升系統(tǒng)，并開挖支護(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)平臺和貫通段厚度的可靠性開挖支護(hù)豎井貫通段，按照以上施工流程進(jìn)行豎井開挖支護(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，澆筑基座備倉或井底首倉混凝土，安裝分料、溜管、滑?；巯蛏咸嵘蚣痈吲偶?、備倉、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、測斜和對位等措施，從而降低豎井施工安全風(fēng)險(xiǎn)、開挖難度和孔斜偏差；對于豎井卷揚(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級標(biāo)準(zhǔn)和施工的及時(shí)性；豎井段開挖時(shí)應(yīng)滿足露天豎井前30m開挖條件，為防止飛石損傷天錨要對周邊實(shí)施爆破聯(lián)動警戒，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，可按照每兩個(gè)鉆爆循環(huán)的方式在豎井開挖前期對圍巖錄制視頻或拍照，地質(zhì)編錄申請后采取噴錨支護(hù)措施，一次地質(zhì)條件后期要依據(jù)收集的10-30m申請?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)分析處理和啟動地質(zhì)工作應(yīng)急響應(yīng)程序處理重大地質(zhì)缺陷問題；開挖前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、出渣和開挖鉆孔過程中，應(yīng)對井口圍巖穩(wěn)定狀態(tài)詳實(shí)查看，具體的安全管理流程見圖1。

圖1 豎井開挖支護(hù)安全管理流程

3.3 豎井施工危險(xiǎn)源識別及管理

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)施對于保證混凝土施工安全、豎井開挖支護(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)。