水电工程高竖井施工人员通道设计与应用

时间：2024-07-28

韩宝栓，肖厚云

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

杨房沟水电站是雅砻江中游河段一库七级开发的第六级，工程规模为Ⅰ等大(1)型的国内首个百万千瓦级EPC水电站。挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155.00m，引水发电系统布置在河道左岸，地下厂房采用首部开发方式，电站总装机容量1500MW，安装4台375MW的混流式水轮发电机组。

出线系统主要由出线上(下)平洞及出线竖井组成，出线上平洞设计为城门洞型，断面尺寸为8.6m×7.0m，长度430.97m；出线竖井布置在主变洞下游侧，下部接出线下平洞，上部接出线上平洞，出线竖井总高度148.4m，分四个部分。其中穹顶高7m，高程2132.700m～2139.700m；与上平洞相接段高7m，高程2125.700m～2132.700m；竖井部分119.6m，高程2006.100m～2125.700m；与下平洞相接段14.8m，高程1991.300m～2006.100m。出线竖井开挖断面尺寸为10.0m×9.0m(长×宽)。为满足出线竖井1991.300m～2125.700m(134.4m)高程段施工人员上下，结合现场布置特点，在出线竖井上部布置一套JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车提升系统。

2 吊运荷载

2.1 罐笼

罐笼采用GLS0.5/6/1/1型，尺寸1.2m×1.5m×2.5m(长×宽×高)，设计面积1.8，限乘人数9人，设计重量为1280kg。

2.2 施工人员

罐笼设计限乘人数为9人，实际施工时罐笼限乘5人，按照单人重量80kg计算，施工人员上下时总重量为1280kg(罐笼)+5×80kg=1680kg，总计1680kg。

综上分析，载人系统最大吊装荷载为1680kg(即1.68t)，选用JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车(额定荷载3t)作为提升设备，满足要求。为进一步确保施工安全，设置2台5t卷扬机作为罐笼的防坠辅助设施。

3 系统组成

提升系统设备主要由JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车、绞车电器控制系统、罐笼、防坠器、5t卷扬机、滑车等组成。

3.1 JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车

JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车主要适用于煤矿、金属矿和非金属矿的竖井，用来提升物料或者人员。使用时启动主电机，由电动机转子通过低速联轴器将动力传递到减速器的高速轴上，经过两级齿轮传动减速后，再由减速器的被动轴通过联轴器传递给主轴装置。改变电动机的转向，可使卷筒进行缠绕或放松钢丝绳，同时提升容器进行上下往返的周期运动。绞车主要由主轴、制动盘、深度指示器、平行轴减速机、盘型制动器、液压站等组成。绞车额定荷载3t，提升最大速度为1.45m/s。

3.2 绞车电器控制系统

绞车电器控制系统采用新型电控系统主要由低压电源柜、低压变频柜、低压动力柜、数控智能操作台、触摸屏显示、过卷开关等组成。通过编程控制器实现提升工艺控制，互相监视、安全保护。提升过程中实现全行程速度监控，实际速度超过给定速度的8%预报警，等速段超过给定速度的15%、减速段超过给定速度的10%进行安全制动；过卷0.5m实现安全制动；深度指示器断轴保护；井口限速保护等。

3.3 罐笼

3.4 防坠器

防坠器选用BF0511型，最大计算制动力60kN。BF防坠器是立井提升设备的一种安全保护装置，在提升过程中，一旦提升钢丝绳或连接装置断裂时，它能自动抓住制动绳，使罐笼平稳停住，从而保证人员的安全和提升设备不被损坏。

3.5 卷扬机

为满足罐笼安全，配置2台5t卷扬机负责罐笼稳绳及防坠系统。卷扬机型号JM5T，额定拉力50kN，最大额定速度16m/min。

3.6 滑车

为满足钢丝绳转向需求，在出线上平洞及出线竖井顶部分别设置滑车，滑车选型为单轮HQGK1-8型，额定起重量为8t，满足竖井提升系统要求。

4 设备布置及安装

提升系统设备布置在出线上平洞底板高程2125.70m上，两台稳绳5t卷扬机布置在(出线)0+050.00m处，JTP-1.2×1.2P型矿用提升绞车布置在(出线)0+065.00m处。

图1 提升系统设备布置平面

图2 提升系统设备布置剖面

4.1 卷扬机(绞车)安装

安装前，采用全站仪准确放样出卷扬机(绞车)基础位置，基础下设φ25、L=3.0m插筋，基础采用C25混凝土浇筑。安装时，采用装载机将卷扬机(绞车)组装部件挑至指定部位并按照要求组装卷扬机(绞车)并调整角度。调整结束后，在基础上固定并拉地锚固定。卷扬机就位准确后，进行卷扬机的加固，加固采用在卷扬机槽钢底座周围与基础插筋焊接固定。

4.2 辅助设备安装

4.2.1 滑车

滑车安设时其轴心应与卷扬机轴心安装在一条直线上，准确调整好滑轮位置后将其滑轮的底座焊接在插筋上即可。

4.2.2 钢丝绳

钢丝绳从卷扬机出来后经下部滑车顺延至出线竖井穹顶顶部滑车，后经穹顶顶部滑车通过绳卡与吊笼、罐笼连接。

4.2.3 卷扬机(绞车)安全装置安装

待卷扬机及其辅助设备安装完成后，安装卷扬机安全装置。安全装置一般包括荷载限制器、行程限制器等。卷扬式的容许超载值一般定为不得大于额定起重容量的10%。因此，在实际负荷达到额定起重量的110%时，荷载限制器应自动切断电源，使电动机停止转动。上、下行程限位一般采用行程开关控制器，当卷扬机起吊或下降超过规定时，行程开关控制器会自动切断电源，使电动机停止转动。

5 附属设置

5.1 爬梯设置

为确保设备停电及其他应急事件，在出线竖井设置爬梯。爬梯设置在施工平台的左侧，爬梯开口尺寸为80cm×60cm。踏步采用φ20螺纹钢，宽度为60cm，以30cm等间距布置。梯梁采用∠50×50mm角钢，长度为3m，梯梁首尾采用φ20挂环和挂钩，以便于钢梯之间的连接。安装时，钢梯与岩壁之间净间距不小于15cm，钢梯与岩壁之间采用φ22、L=1.5m插筋或者系统锚杆连接。所有连接处均焊接。爬梯每8m设置一个梯间休息平台，分段设梯。每一段爬梯(8m)上，同时上下楼梯的人员需要严格控制，不能超过3人。

5.2 施工平台设计

为满足竖井施工，在出线竖井与出线上平洞平交处设置一处长9m，宽3.25m的施工平台。施工平台采用工20a工字钢搭设，工字钢间距1.5m，局部进行调整，工字钢端头采用φ32、L=300cm、外露50cm的插筋焊接固定；工字钢安装完成后在上部铺设φ20@20cm×20cm的钢筋网；钢筋网上面再满铺5cm厚木板，木板之间采用铅丝绑扎固定；平台临空面设置1.5m高防护栏杆，栏杆下部设50cm高踢脚板；对应吊笼、罐笼位置设置双开活动门式栏杆。

6 荷载试验

6.1 空车试运行试验

空车试运行试验为罐笼安装完成后，罐笼内无任何荷载，对罐笼以额定速度0.5m/s提升、下降各三次。每次上升、下降后检查提升系统整机运行是否正常，有无异常声响，制动器、限位器、深度指示器工作是否正常，滑车、钢丝绳和卷扬机等固件、连接件润滑封闭情况是否良好，并填写记录表。如出现故障，应立即停机，待故障排除后，再次进行试验。

6.2 负荷试运行试验

空车试运行试验合格后，进行负荷试运行试验。首先是把罐笼下降到竖井底部开挖面，然后在罐笼加载负荷试验，负荷试运行试验以额定荷载3t重量的125%荷载加重；然后对罐笼以额定速度0.5m/s提升、下降各三次。每次上升、下降后检查提升系统整机运行是否正常，有无异常声响，制动器、限位器、深度指示器工作是否正常，滑车、钢丝绳和卷扬机等固件、连接件润滑封闭情况是否良好，并填写记录表。如出现故障，应立即停机，待故障排除后，再次进行试验。

6.3 脱钩试验

6.3.1 无负荷脱钩试验

在罐笼内无任何荷载情况下进行脱钩。试验在出线竖井开挖面进行，脱钩器安装到位，将罐笼提升到距开挖面2000mm处。然后在竖井底面施工操作平台上打开脱钩器，罐笼便脱钩下降，防坠器发生制动作用，下降一段距离后停住，待罐笼停稳后，测量抓捕机构沿罐道(制动绳)下滑距离(不包括制动绳的拉伸长度)，罐笼相对制动绳下滑的距离不大于100mm，钢丝绳制动防坠器下滑距离不应超过1500mm。

6.3.2 负荷脱钩试验

无负荷脱钩试验合格后，再进行负荷脱钩试验。负荷脱钩试验为罐笼内限乘人数重量的125%荷载加重对罐笼进行脱钩，试验在出线竖井开挖面进行，脱钩器安装到位，将罐笼提升到距开挖面2000mm处。然后在竖井底面施工操作平台上打开脱钩器，罐笼便脱钩下降，防坠器发生制动作用，下降一段距离后停住，待罐笼停稳后，测量抓捕机构沿罐道(制动绳)下滑距离(不包括制动绳的拉伸长度)，罐笼相对制动绳下滑的距离不大于100mm，钢丝绳制动防坠器下滑距离不应超1500mm。试验完成后应缓慢下降稳绳，将罐笼放至竖井底，试验完成后填写记录表，试验完成后恢复提升系统。

7 安全保证措施

(1)安装时，基座必须平稳牢固，设置可靠的地锚，提升系统周围设1.2m高防护栏杆。

(2)卷扬机司机必须经过专业培训，考试合格，持证上岗作业，并专人专机。

(3)作业前检查卷扬机与地面固定情况、防护设施、电气线路接地线、制动装置和钢丝绳等，全部合格后方可使用。

(4)卷筒上的钢丝绳应排列整齐，如发现重叠和斜绕时，应停机重新排列。钢丝绳不许放完，最少应保留3圈。

(5)钢丝绳不许打结、扭绕，在一个节距内断线超过10%时，应予更换。

(6)试验前对所有施工人员进行安全教育、技术交底，分配好工作并指出各环节操作要领及注意事项。

(7)试验过程中时刻注意提升系统各个部分情况，如出现不良情况立即停止试验，找出相关原因后再次进行试验。

(8)作业中，如遇停电，应切断电源，并将吊笼进行固定。

(9)每日班前应对卷扬机、钢丝绳、地锚、地轮等进行检查，确认无误后，试空车运行，合格后方可正式作业。

(10)人员运输程序：①每班运输前先按照第(9)条进行检查及试车；②施工人员乘坐载人罐笼至工作面，其余人员待材料运输完成后再下至工作面；③清点当班所需材料，载物吊笼运输材料，工作面2人进行材料的搬卸工作，吊运材料时材料与吊笼应采用铁丝或绳子固定牢固，工作面人员站立在安全部位；④材料运输完成后其余施工人员按次序(每次限乘5人)乘坐罐笼至施工工作面；⑤施工完成后施工人员依次乘坐罐笼至上部施工平台，工作面留2人进行材料的整理搬运；⑥工作面材料运至上部施工平台；⑦工作面搬运材料的2人乘坐罐笼至上部施工平台。