載人提升系統(tǒng)在白鶴灘水電站豎井施工中的應(yīng)用

齊 磊，方 善 新，王 濤

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站左岸引水發(fā)電系統(tǒng)共布置豎井28條，單條豎井的深度從34 m至262 m，最小開挖直徑為7.3 m，最大開挖斷面為18.4 m ×9.1 m。豎井空間分布廣、尺寸大、深度深、地質(zhì)條件復(fù)雜。工程圍巖類別主要為玄武巖，包括第一、二類柱狀節(jié)理玄武巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質(zhì)玄武巖等，還發(fā)育層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、斷層、陡緩傾角裂隙等地質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致滲水現(xiàn)象突出。

左岸引水豎井共計(jì)8條，上游至下游依次編號(hào)為①～⑧號(hào)，單條引水豎井深約176 m，含上下彎段及豎井段，豎井段深104.5 m，豎井開挖斷面為Φ12.2 m的圓形斷面。

左岸出線豎井[1]共計(jì)2條，分上下段，上段長(zhǎng)127 m，下段長(zhǎng)262 m。左岸①②號(hào)出線豎井上段頂部高程為965 m，位于出線場(chǎng)內(nèi)；底部高程為838 m，與①②號(hào)出線上平洞相連。豎井井口段(20 m)開挖斷面直徑為15.2 m，井身段(107 m)開挖斷面直徑為13 m。左岸①②號(hào)出線豎井下段頂部高程為869.5 m，位于出線交通洞內(nèi)，與出線上平洞相連；底部高程為583.4 m，與出線下平洞相連，井身段開挖斷面直徑為13 m。

尾水管檢修閘門室布置于主變洞與尾水調(diào)壓室之間，與主廠房、主變洞平行布置。左岸尾水管檢修閘門室共布置有8個(gè)檢修閘門井，井身段開挖平面尺寸為18.4 m×9.1 m，深度達(dá)108 m。

根據(jù)豎井施工布置、金屬結(jié)構(gòu)安裝載重、混凝土入倉方式等選用了不同的升降牽引系統(tǒng)，確保了載人提升系統(tǒng)安全可靠，有利于施工。

2 載人提升系統(tǒng)的組成

2.1 橋機(jī)+載人提升系統(tǒng)

(1)引水豎井工程。左岸引水豎井施工中采用橋機(jī)+載人提升系統(tǒng)作為豎井內(nèi)人員上下交通的主要工具，該系統(tǒng)的配置兼顧豎井開挖、壓力鋼管安裝和混凝土施工的需要，每條引水豎井布置了一臺(tái)2×30 t橋機(jī)，共計(jì)8臺(tái)。在引水上彎段進(jìn)行技術(shù)超挖并完成橋機(jī)軌道基礎(chǔ)的開挖及澆筑，為橋機(jī)安裝提供條件。橋機(jī)為2×30 t臨時(shí)橋機(jī)，軌道中心間距為14 m，起吊高度為180 m，采用雙吊點(diǎn)布置，吊點(diǎn)間距為5～10.5 m，單鉤額定荷載30 t，單臺(tái)橋機(jī)重量為57.3 t。載人提升系統(tǒng)的主要組成包括載人小車、起升機(jī)構(gòu)(雙卷筒、多層纏繞)、載人吊籠、鋼繩、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)型式為雙卷筒四繩系自動(dòng)升降式，載重量為3 t(最大定員10人)，額定升降速度為0.114～11.4 m/min。

(2)尾水檢修閘門井工程。在尾水管檢修閘門室內(nèi)布置了2臺(tái)20 t臨時(shí)橋式起重機(jī)，南側(cè)布置了一臺(tái)臨時(shí)橋機(jī)(型號(hào)：QD20-8.4 m-110-A5)，北側(cè)布置了一臺(tái)臨時(shí)橋機(jī)(型號(hào)：QD20-11.3 m-110-A5)，用于閘門井的開挖支護(hù)、混凝土及金屬結(jié)構(gòu)的安裝和吊運(yùn)施工。兩臺(tái)橋式起重機(jī)均為通用橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式，南北側(cè)的橋機(jī)跨度分別為8.4 m和11.3 m，大車和小車分別為起吊物品車和載人車。載物起重機(jī)起重量為20 t，工作級(jí)別為A5，起升高度110 m；載物起升速度為1.02～10.2 m/min，小車運(yùn)行速度為0～10 m/min；大車運(yùn)行速度為2.81～28.1 m/min；電氣采用全變頻控制，操作方式為司機(jī)室+遙控；大車軌道為P43，大車導(dǎo)電方式為電纜卷筒(配80 m長(zhǎng)電纜線)。 橋機(jī)+載人提升系統(tǒng)中的載人起重機(jī)起重量為3 t，工作級(jí)別為M5，載人吊籃尺寸為2 m×2 m×2.2 m，起升速度為0～21 m/min，小車運(yùn)行速度為1.6～16 m/min；載人小車載重量為3 t，起升高度為110 m；載人起升速度為11.2 m/min，工作級(jí)別為M5，載人小車運(yùn)行速度為10 m/min。大車由載物起重機(jī)牽引運(yùn)行，設(shè)備設(shè)有防超載、防超速、防失載、防過卷、防過放、防斷繩、防斷軸、載人系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)減速停車、載人吊籃內(nèi)緊急制動(dòng)、上下限位、防旋轉(zhuǎn)、防墜落等安全裝置。

2.2 門機(jī)+載人提升系統(tǒng)

采用門機(jī)+載人提升系統(tǒng)作為左岸出線豎井上段施工中豎井內(nèi)人員上下交通的主要工具。采用單邊懸臂通用門式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，軌道中心間距為17.2 m，載人側(cè)有效懸臂長(zhǎng)2 m，載物側(cè)無懸臂，載物起重量為15 t。載人提升系統(tǒng)主要包括載人小車、起升機(jī)構(gòu)(雙卷筒、多層纏繞)、載人吊籠、鋼繩、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)型式為雙卷筒四繩系自動(dòng)升降式，載重3 t(最大定員10人)，工作級(jí)別為M5，載人吊籃尺寸為2 m×2 m×2.2 m，起升速度為0～21 m/min，小車運(yùn)行速度為0～10 m/min。

在出線豎井上段施工中滲水現(xiàn)象突出，滲水包括某個(gè)部位的集中滲水(點(diǎn)滲)及井壁大面滲水(面滲)[2]。為了給提升系統(tǒng)的運(yùn)行提供干燥的施工環(huán)境，采取了以下措施對(duì)滲水進(jìn)行處理。

①針對(duì)點(diǎn)滲，采用了YT-28手風(fēng)鉆打排水孔，孔徑為50 mm，孔深4.5 m，及時(shí)將水引排。

②針對(duì)面滲，沿豎井井壁修筑環(huán)形截水槽將水?dāng)r截匯集后再進(jìn)行引排。環(huán)形截水槽的施工方法：

a.噴混凝土成槽法。在豎井進(jìn)行復(fù)噴混凝土施工時(shí)，在需要施工環(huán)形截水槽的地方將一根普通水管(管徑50 mm)貼著井壁略帶坡度環(huán)井一圈，將圍成的圈與井軸線形成一個(gè)略微傾斜的角度(水管可通過鐵絲與系統(tǒng)錨桿聯(lián)結(jié)固定)；之后，在復(fù)噴時(shí)適當(dāng)將管子噴進(jìn)去，并將水管底部適當(dāng)噴厚，頂部則盡量少噴或不噴；噴護(hù)后約1～2 h，輕輕將水管取出，此時(shí)即可形成一略帶坡度的混凝土環(huán)形截水槽。在水槽最低點(diǎn)事先埋設(shè)排水管，排水管沿著井壁鉛直向下，具有傾斜的水槽便可將水匯集、最終集中引排。

b.鐵皮成槽法。即先利用鐵皮加工成鐵槽，再環(huán)繞豎井施工成截水槽。材料：普通鐵皮(約1.5 mm厚，50 cm寬)，混凝土釘。方法：將鐵皮加工成槽狀，之后緊貼井壁略帶坡度施工成環(huán)狀，用混凝土釘+鐵絲+系統(tǒng)錨桿固定，即可得到環(huán)形截水槽，可將滲水?dāng)r截后再集中引排。

采用以上排水措施后效果明顯，為提升系統(tǒng)的運(yùn)行提供了干燥的施工環(huán)境，有效地保證了載人提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.3 礦用提升絞車+載人提升系統(tǒng)

出線豎井下段施工中采用礦用提升絞車+載人提升系統(tǒng)作為豎井內(nèi)人員上下交通的主要工具。礦用絞車的最大允許提升速度為2.6 m/s，最大允許提升高度為472 m(3層纏繞)。載人提升系統(tǒng)的主要構(gòu)件包括鋼絲繩(含主繩、穩(wěn)繩)、龍門架及桁架梁、滑輪組、載人吊籠等。載人提升系統(tǒng)的升降主要依靠礦用提升絞車牽引進(jìn)行上下通行。礦用提升絞車安全性能高，配置了防墜落吊籃及配套的安全穩(wěn)繩；配置了深度指示器對(duì)載人吊籠的運(yùn)行行程進(jìn)行監(jiān)控；最核心的配置是全數(shù)字交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無極變速、穩(wěn)速運(yùn)行，具有強(qiáng)大的內(nèi)部軟件故障和外部線路故障診斷功能。

3 載人提升系統(tǒng)的規(guī)劃與布置

3.1 引水豎井載人提升系統(tǒng)

在引水上彎穹頂開挖時(shí)設(shè)置巖臺(tái)梁，在引水上彎開挖結(jié)束后對(duì)巖臺(tái)梁進(jìn)行澆筑，為橋機(jī)安裝提供條件。結(jié)合壓力管道安裝及鋼襯回填混凝土施工，在每條引水豎井布置了一臺(tái)2×30 t橋機(jī)。引水豎井載人提升系統(tǒng)依靠橋機(jī)進(jìn)行升降。橋機(jī)運(yùn)行對(duì)豎井內(nèi)的作業(yè)面實(shí)行全覆蓋。巖臺(tái)梁長(zhǎng)度為58.58 m，巖臺(tái)梁斷面尺寸為：高0.5 m，寬1.55 m，軌道中心間距為14 m。

3.2 尾水檢修閘門井載人提升系統(tǒng)

在尾水管檢修閘門室內(nèi)南北側(cè)各布置了1臺(tái)20 t臨時(shí)橋式起重機(jī)[3]，利用尾水檢修閘門室?guī)r錨梁上的永久橋機(jī)軌道作為臨時(shí)橋機(jī)軌道。因尾水檢修閘門室南北側(cè)跨度不一致而導(dǎo)致兩臺(tái)橋機(jī)不能互通，因此，需要布置兩臺(tái)軌距不一致的橋機(jī)。在尾水檢修閘門室南側(cè)布置了一臺(tái)臨時(shí)橋機(jī)服務(wù)于①～④號(hào)尾水檢修閘門井 ；北側(cè)布置了一臺(tái)臨時(shí)橋機(jī)服務(wù)于⑤～⑧號(hào)尾水檢修閘門井。

3.3 出線豎井上段載人提升系統(tǒng)

左岸①②號(hào)出線豎井上段結(jié)合豎井開挖支護(hù)、滑模澆筑[4]、重物吊運(yùn)及人員上下井均使用門式起重機(jī)。出線豎井上段載人提升系統(tǒng)主要依靠門機(jī)升降，即在高程965 m平臺(tái)布置一臺(tái)1×15 t門機(jī)，滿足①②號(hào)出線豎井上段施工。單側(cè)軌道長(zhǎng)度為114.7 m，軌道中心間距為17.2 m，主梁長(zhǎng)度為22.35 m，門腿高度為10 m，門機(jī)運(yùn)行能全覆蓋①②號(hào)出線豎井上段作業(yè)面。

3.4 出線豎井下段載人提升系統(tǒng)

出線豎井下段采用防墜載人吊籠+礦用提升絞車作為井內(nèi)人員上下交通的主要工具，每條豎井布置一套礦用提升絞車+載人提升系統(tǒng)。礦用提升絞車型號(hào)為JTP(B)-1.2×1P(變頻調(diào)速)。該載人提升系統(tǒng)的布置包括井口桁架、龍門架作為吊籠、人員通行平臺(tái)和支撐系統(tǒng)，礦用提升絞車作為載人系統(tǒng)的升降牽引機(jī)構(gòu)，距離井口10 m。桁架梁長(zhǎng)15 m，寬1 m，高1 m；載人龍門架高4.5 m，龍門架寬3.73 m。

4 載人提升系統(tǒng)具有的功能、特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

(1)載人提升系統(tǒng)配置了完備的安全裝置，包括防墜吊籠、穩(wěn)繩、超速下降保護(hù)裝置、上升極限保護(hù)裝置、下降極限保護(hù)裝置、過載保護(hù)裝置、吊籠保護(hù)、緊急停止開關(guān)、超欠載保護(hù)等裝置。實(shí)踐證明：載人提升系統(tǒng)具有安全性能高、穩(wěn)定性好、操作智能簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

(2)礦用提升絞車+載人提升系統(tǒng)主要依靠龍門架支撐，礦用提升絞車提供載人吊籠升降的牽引動(dòng)力。載人提升系統(tǒng)采用了全數(shù)字交流變頻調(diào)速控制技術(shù)，配置了失效保護(hù)裝置、過負(fù)荷及欠壓保護(hù)裝置、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)具有控制、測(cè)量及保護(hù)功能；無極調(diào)速，達(dá)到了穩(wěn)定運(yùn)行要求；抗干擾能力及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；能耗低，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

礦用提升絞車[5]還具有以下優(yōu)點(diǎn)：①礦山絞車具有深度、速度顯示及控制功能，信息明了，可控性強(qiáng)。②制動(dòng)采用“三抱閘”系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)的安全可靠性。③減速功能保護(hù)裝置：當(dāng)?shù)趸\到達(dá)設(shè)計(jì)減速位置時(shí)，能示警并開始減速。④緊急停車功能：在提升吊籠上設(shè)置有緊急停車按紐，以備緊急情況下指揮人員按下緊急按紐，實(shí)現(xiàn)提升絞車的緊急停車。⑤防止過卷裝置：當(dāng)提升容器超過正常終端停止位置時(shí)，能使保險(xiǎn)閘(即安全閘)發(fā)生制動(dòng)作用。⑥防止過速裝置：當(dāng)提升速度超過最大速度時(shí)，能使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。⑦過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置：在過負(fù)荷或欠電壓情況下可使配電開關(guān)自動(dòng)跳閘、切斷提升電動(dòng)機(jī)電源并使保險(xiǎn)閘發(fā)生作用。⑧系統(tǒng)設(shè)置有限載裝置：超過限定荷載時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行并報(bào)警。⑨系統(tǒng)裝有擴(kuò)音對(duì)講裝置，還可根據(jù)實(shí)際需要加裝可視化通信系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)相比，傳統(tǒng)卷揚(yáng)機(jī)的操作信號(hào)及運(yùn)行受人為因素影響較大；而白鶴灘工程采用的大型機(jī)械化提升系統(tǒng)具有專門的操作平臺(tái)，信息更加明了，運(yùn)行亦更加安全、穩(wěn)定。

(3)載人提升系統(tǒng)采用了先進(jìn)的智能上位監(jiān)控系統(tǒng)、不間斷電源裝置UPS等，具有超欠載保護(hù)功能、防斷齒斷軸的安全閘式制動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、二次限位及上下升降限位功能、遙控、手控并用功能、雙支持制動(dòng)功能等。

5 結(jié) 語

在豎井施工中，豎井內(nèi)的人員上下和吊物的主要手段就是采用提升系統(tǒng)，必須根據(jù)豎井上井口的具體布置情況、豎井內(nèi)最大載重量、豎井深度等因素選用安全、可靠、經(jīng)濟(jì)性較高的提升系統(tǒng)。而在其實(shí)施過程中，載人提升系統(tǒng)的安全性要求更高，一定要確保提升系統(tǒng)的安全使用，除了系統(tǒng)自身配置的安全裝置外，還需加強(qiáng)系統(tǒng)的日常檢查和維護(hù)。筆者所述各種載人提升系統(tǒng)在對(duì)應(yīng)的豎井施工中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并能綜合用于開挖支護(hù)、金屬結(jié)構(gòu)安裝、混凝土施工及灌漿施工階段，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為同類豎井工程施工提供參考。