升降式鉆灌臺車在調(diào)壓井井筒固結灌漿中的應用

劉 煒, 拓 玉 華, 曾 毅, 林 思 波

(中國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，一段結合施工交通洞改造，另一段與之呈110°夾角，每段長度均為70 m，總長度為140 m。調(diào)壓井井筒開挖直徑為17.4 m，開挖高度為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)設計圖紙要求，調(diào)壓井井筒設計了水平方向的固結灌漿孔，排距3 m，孔距3 m，孔深入基巖8 m，固結灌漿工程量達5 636 m。由于調(diào)壓井深度較深，井徑較大，為了滿足調(diào)壓井井筒固結灌漿施工需要，井筒內(nèi)的施工臺車不但要具有足夠大的安全系數(shù)、結構要穩(wěn)定，而且能夠在井筒內(nèi)自由升降[1]。根據(jù)中國水電十局公司以往類似的工程經(jīng)驗，最終選擇升降式鉆灌臺車作為固結灌漿施工平臺以滿足施工需要。

2 升降式鉆灌臺車的設計

2.1 整體設計說明

鍋浪蹺水電站調(diào)壓井井筒水平固結灌漿孔的造孔及灌漿施工均在灌漿平臺進行。升降式鉆灌臺車主要由提升系統(tǒng)、井口吊裝桁架、工作平臺三部分組成。工作平臺直徑為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。

該灌漿平臺依靠調(diào)壓井交通洞內(nèi)的4臺卷揚機通過鋼繩牽引上下移動[2]，平臺上下移動時依靠井壁邊平臺上安裝的6套摩阻輪起水平限位作用，以免平臺被卡住。平臺工作時，依靠所安裝的6臺螺旋千斤水平定位，豎向定位采用卷揚機鋼繩穩(wěn)住平臺不動。

2.2 提升系統(tǒng)

灌漿平臺提升系統(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臺荷載量為5 t的卷揚機組成，采取“2-2”的形式布置(沿進洞方向)。其中靠近井口的2臺卷揚機布置于地面上，另外2臺布置于卷揚機架上，卷揚機布置情況見圖1。

圖1 升降式鉆灌臺車提升系統(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、導向滑輪等組成。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，[28a槽鋼井壁斜撐8個。各橫梁及平面斜撐位于同一平面上，彼此間采用高強螺栓連接，螺栓型號為8.8級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

工作平臺(工作平臺寬2.6 m，中間鏤空)主要由主平臺、導向滑子、拉桿、安全欄桿、螺旋千斤頂、摩阻輪等組成。其中主平臺由10個主桁架組成。工作平臺與提升系統(tǒng)通過拉桿連接，拉桿與工作平臺通過卸扣連接，拉桿為φ89 mm×3 m鋼拉桿。工作平臺通過卷揚機牽引實現(xiàn)井筒內(nèi)的上下移動，平臺上下移動時靠井壁邊平臺上安裝的摩阻輪起水平限位作用，以免平臺被卡住，平臺工作時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)住平臺不動，該工作平臺布置正視圖見圖2，工作平臺結構俯視圖見圖3。

圖2 工作平臺布置正視圖

圖3 工作平臺結構俯視圖

3 升降式鉆灌臺車提升設備的驗算

3.1 提升設備受力分析

升降式鉆灌臺車在井筒內(nèi)的上下移動依靠卷揚機提供提升力，共布置了4臺卷揚機。卷揚提升荷載包括工作平臺自重P1(7.6 t)、施工活載P2(設計為2 t)、鋼繩自重P3(1.27 t)。

卷揚機所需提升力T1=(7.6+2+1.27)×α≈184.79(kN) (安全系數(shù)α取1.7)，每臺卷揚機拉力為T2=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 提升設備受力驗算

(1)卷揚機。卷揚機型號為JM5，提升力為50 kN/臺，容繩量S=250 m，卷筒繩速V=9 m/min。由受力分析可知：單臺卷揚機起重提升力為T5=50>T2=46.20 kN，滿足施工安全要求。

(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，滿足施工安全要求。

綜上所述：提升設備選用JM5卷揚機，鋼繩選用6×37+FC-19.5 mm規(guī)格能夠滿足施工安全使用要求。

4 升降式鉆灌臺車的安裝、運行、安全監(jiān)測及拆除

4.1 升降式鉆灌臺車的安裝

4.1.1 安裝程序

作業(yè)環(huán)境安全檢查→輔助設施施工→工作平臺組裝、加固→井口吊裝桁架安裝→卷揚機安裝→試運行及驗收。

4.1.2 輔助設施施工

升降式鉆灌臺車的安裝、運行及拆除階段需使用生命安全繩、臨時吊裝設備、臺車就位后固定等輔助設施。根據(jù)后續(xù)施工需要，在井頂四周共布設4根豎向地錨(深0.8 m，外露0.2 m，為φ25 mm螺紋錨桿)作為升降式鉆灌臺車內(nèi)作業(yè)人員施工時的生命安全繩掛點。

4.1.3 井口吊裝桁架及工作平臺的安裝

工作平臺各部件采用8 t卷揚機通過調(diào)壓井天錨吊至井底進行組裝。在井底采用鋼管搭設組裝平臺。

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

4.1.4 卷揚機安裝

1號、3號卷揚機采用地錨固定。地錨規(guī)格為φ25 mm圓鋼。單臺卷揚機布置14根、1.5 m長的砂漿錨桿，錨桿外露地面0.3 m。其中前后側(沿進洞方向)均勻布置3根錨桿，左右側均勻布置4根錨桿，地錨與卷揚機采用焊接連接。

2號、4號卷揚機布置于卷揚機架上，機架與卷揚機采用螺栓連接，卷揚機架置于混凝土上，機架底面澆筑0.4 m厚的C30混凝土，混凝土內(nèi)布設φ25 mm錨桿，將垂直錨桿與機架焊接連接。

4.1.5 荷載試驗

升降式鉆灌臺車設計的承受活載重量為2 t，升降式鉆灌臺車按照該設計要求承受活載的75%、100%、110%加載，吊裝重物采用鋼筋或水泥等進行堆載，堆載應均勻。

逐級進行靜荷載試吊，每次起吊距離地面30 cm、懸停20 min并進行剎車及驅(qū)動系統(tǒng)的檢查。重復啟動及關閉升降式鉆灌臺車三次，運行正轉、反轉等動作。檢查各機構動作是否靈活，工作是否平穩(wěn)可靠，各項性能參數(shù)是否達到設計要求。各限位開關、安全保護和聯(lián)鎖裝置動作應準確可靠；各零部件應無裂紋、無開焊、無聯(lián)接松動或損壞；各電機、接觸器等電器設備的溫升應不大于規(guī)定值且無損壞。卸載后檢查金屬結構、焊縫質(zhì)量情況及有無永久變形。

4.1.6 驗 收

升降式鉆灌臺車及載人吊籃安裝完畢，組織安裝人員及上機操作人員一起進行初步驗收，對驗收中存在的問題限期整改，確認無問題后，由公司質(zhì)量及安全相關負責人員進行內(nèi)部預驗收，預驗收通過后再邀請專家、建設單位、監(jiān)理單位、設計單位等聯(lián)合對升降式鉆灌臺車系統(tǒng)進行最終驗收[3]。

4.2 升降式鉆灌臺車的運行

4.2.1 運行程序

升降式鉆灌臺車移動到工作位置制動→螺旋千斤頂伸出頂住井壁→鉆灌施工→螺旋千斤頂松開→人員通過載人吊籃撤離→卷揚牽引臺車到下一個作業(yè)層→螺旋千斤伸出頂住井壁→(依次循環(huán))……。

4.2.2 運行要求

(1)臺車及載人吊籃的運行必須指定專人操作且需持證上崗，無關人員不得擅動。

(2)運行前，必須對相關人員進行安全技術交底和培訓并確保交底及培訓效果。

(3)施工活載不得超過設計允許荷載，且運行期間不能出現(xiàn)荷載集中現(xiàn)象。

(4) 每班上班前，必須進行升降式鉆灌臺車的日常檢查和維修保養(yǎng)，不得“帶病運行”，維修和保養(yǎng)采取將爬梯架設至檢修點的方式，同時，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)升降式鉆灌臺車只能作為鉆灌施工平臺，不能作為人員升降使用。施工人員進出升降式鉆灌臺車必須通過專用載人吊籃實現(xiàn)。

(6)平臺移動時嚴禁載人。指揮人員在載人吊籃內(nèi)進行指揮工作，一旦發(fā)現(xiàn)平臺被異物卡住或有異常情況時，立即通知卷揚機操作人員“停車”并進行處理。

(7)平臺活荷載一定要均衡，嚴禁超載運行。

(8)在每層灌漿孔施工前，灌漿平臺到位后除了利用豎向卷揚機的鋼繩和平臺上的千斤頂穩(wěn)定臺車外，還需在平臺上掛設4個5 t的手拉葫蘆，利用井臺上方施工的4組錨點進行二次豎向吊拉固定以增加平臺的安全系數(shù)。

(9)提升卷揚機卷筒上的鋼繩不少于5圈。

(10)利用發(fā)電機做備用電源應急使用。

4.3 安全監(jiān)測

為確保升降臺車工作期間各吊點鋼絲繩的受力、井口吊裝懸挑架擾度變形及臺車變形在安全范圍內(nèi)，項目部對吊點鋼絲繩受力情況、平臺吊裝懸挑架及臺車擾度變形進行了監(jiān)測。

4.3.1 鋼絲繩受力監(jiān)測

臺車鋼絲繩受力監(jiān)測系統(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)場供電總線以及其他配件構成，數(shù)顯統(tǒng)一接到卷揚機控制柜。

4.3.2 井口吊裝懸挑架的變形監(jiān)測

在井口平臺固定位置設置了一個基準點并架設全站儀。在吊裝懸挑架外側末端設置基準點，基準點上焊接5 cm高鋼筋，定期采用全站儀監(jiān)測并記錄懸挑架上鋼筋頂?shù)母叱?，觀測其擾度變形情況。

4.3.3 鉆灌式升降平臺的變形監(jiān)測

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

4.4 升降式鉆灌臺車的拆除

4.4.1 拆除程序

升降式鉆灌臺車下放至井底→升降式鉆灌臺車井底拆除→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，較長、較重、有兩端聯(lián)結的部件一定要兩人或多人一組進行。拆除水平構件時，松開聯(lián)結后將水平托持取下，禁止單人進行拆卸作業(yè)。

(3)每天完成拆除后，不得留下隱患部位。

(4)拆除后對升降式鉆灌臺車進行全面檢查，記錄損壞情況。

(5)拆除過程要求切斷電源。

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

(7)拆除過程禁止井頂和井底同時作業(yè)，拆除人員必須全程佩戴安全防護用品，安全繩應掛在獨立的安全生命繩上，不得掛在桁架、臺車上。

(8)拆除的全程必須有安全員全程監(jiān)督。

該工程于2020年5月開始進行調(diào)壓室井筒固結灌漿升降式鉆灌臺車的安裝，于2020年9月完成固結灌漿施工并拆除升降式鉆灌臺車，共完成固結灌漿孔約700個，灌漿總段長5 600 m，施工質(zhì)量滿足設計要求，施工期間未出現(xiàn)一起安全事故，取得了較好的效果。

5 結 語

該工程設計制作的升降式鉆灌臺車結構簡單、施工方便、安全可靠，可在類似工程中推廣使用。但在其使用過程中還應注意以下幾點：(1)開工前，施工措施(提升系統(tǒng)、井口吊架、作業(yè)平臺等結構受力計算需滿足規(guī)范要求[4])必須先行完成并審批，做到措施先行；(2)實行逐級安全技術交底制。凡參加安全技術交底的人員要履行簽字手續(xù)并保存資料；專職安全員對安全技術措施的執(zhí)行情況進行監(jiān)督檢查并作好記錄；(3)加強施工現(xiàn)場的安全教育，杜絕習慣性違章；(4)特種作業(yè)人員必須持證上崗[5]；(5)認真執(zhí)行安全檢查制度，規(guī)定檢查日期和參加檢查的人員，安全員每天進行一次巡視檢查，對檢查中發(fā)現(xiàn)的安全問題立即制定整改措施，限期進行整改和驗收。