小型缆机在向家坝引水斜井混凝土工程施工中的应用|向家坝致内江引水路线

来源:办公制作 发布时间:2019-01-13 12:47:41 点击:

  【摘要】:我国水电开发规模不断扩大,地下工程施工技术也得到长足的发展。引水斜井的施工一直都是地下工程施工中的重点和难点,在非钢衬砼斜井施工过程中,施工材料的洞内运输一直没有较好的方法和手段,以往各个工程均采用的人工搬运方式,不仅施工成本高、施工效率低、施工工期长,而且安全风险极大。如能采用小型缆机作为主要手段,不仅安全可靠,而且可从根本上加快施工进度,确保工程履约受控。
  一、工程概况
  向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级,位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段,坝址左岸下距四川省宜宾县的安边镇4km、宜宾市33km,右岸下距云南省的水富县城1.5km。工程开发任务以发电为主,同时改善航运条件,兼顾防洪、灌溉等综合作用。
  工程枢纽建筑物主要由混凝土重力挡水坝、左岸坝后厂房、右岸地下引水发电系统及左岸河中垂直升船机等组成。大坝挡水建筑物从左至右由左岸非溢流坝段、冲沙孔坝段、升船机坝段、坝后厂房坝段、泄水坝段及右岸非溢流坝段组成,坝顶EL384.00m,最大坝高162m,坝顶长度909.26m;发电厂房分设于右岸地下和左岸坝后,各装机4台,单机容量均为800MW,总装机容量6400MW,其中地下主厂房跨度、高度(跨度33.4m、高度85.5m)为当今世界上之最大。压力钢管直径达Ф14.4m,为当今世界之最。装机单机容量为800MW,为世界之最。
  引水隧洞共4条,相邻隧洞之间的中心间距36m,洞型为圆形,分别由上平段、上弯段、斜井段、下弯段和下平段组成。其中引水隧洞斜洞长度89.8m。
  二、设计前提
  引水斜井材料运输采取人工自下而上搬运,施工效率低下,安全风险巨大,不能满足引水斜井砼衬砌施工安全及工程进度要求。为此,在通过深入研究后,拟在1#~4#引水隧洞上弯及斜井段顶拱部位各布置一套小型缆机提升设备。在确保斜井施工材料自上而下运输安全前提下,提高材料运输效率,为引水隧洞砼衬砌节点目标顺利实现提供了可靠保障。
  三、设计说明
  2.1 设计思路
  在引水上弯及斜井段顶拱部位布置埋件,利用钢丝绳形成索道,在卷扬机牵引、提升下,实现施工材料自上而下的安全、快速运输。
  2.2 主要技术标准
  承载绳上锚固端高程:EL324m;承载索下锚固端最低高程:EL279m;
  天锚最大高程:EL340m; 最大跨距:56m; 吊物最大扬程:60m;
  承载绳直径:18mm;牵引绳、提升绳直径:12mm;
  承载绳净长约100m; 牵引绳、提升绳净长约110m;
  卷扬机最大吊重2.0t,转速16m/min,一次最大吊重:0.2t。
  2.3 设备布置
  小型提升设备主要由卷扬机、承载绳、提升绳、牵引绳、定滑轮及滑车组成,承载绳始端锚固于引水支洞底板适当位置,终端锚固于斜井顶拱已浇砼部位,由2台2t卷扬机作为提升、牵引装置,滑车行走于斜井末端顶拱与上弯中上部顶拱之间。
  2.4 结构设计
  (1)承载绳
  承载绳选用不小于10倍安全系数的钢丝绳,本设备选用φ18钢丝绳,其破断拉力为16.2t,允许承受最大拉力为1.62t。承载绳上吊物+配重块+滑车+钢丝绳等重量不超过0.5t,故φ18钢丝绳满足受力要求。
  (2)牵引绳及提升绳
  牵引绳及提升绳选用不小于6倍安全系数的钢丝绳,本设备选用φ12钢丝绳,其破断拉力为7.2t,允许承受最大拉力为1.2t,而牵引或提升总重量不超过0.5t,故φ12钢丝绳满足受力要求。
  (3)天锚、地锚等埋件
  天锚、地锚等埋件均采用HRB335级Ф32钢筋制作,Ф32螺纹钢抗拉强度设计值为300N/mm2,容许拉力为24.13t,抗拔力按70%考虑,单根锚筋抗拔力为16.89t。综合考虑地质情况及安装方便,保证地锚入岩2m,外露0.3m,M30水泥砂浆灌注;天锚入岩3.8m,外露0.2m,锚固剂灌注;承载绳终端埋件采取现浇方式埋入衬砌砼内,具体布置如图。
  
  
  
  四、安装方案
  3.1 安装工艺流程
  排架搭设→埋件安装→滑轮安装→钢丝绳安装→卷扬机安装→滑车安装→受料平台搭设→验收(含负荷试验)
  3.2 埋件安装
  3.2.1 天锚安装
  在天锚布置位置下方搭设排架和爬梯通道至天锚位置,施工人员通过爬梯通道上至排架顶部作业层,进行天锚的造孔及灌注施工。天锚Ф32 L=4m,入岩3.8m,锚固剂灌注。
  3.2.2 地锚安装
  根据现场地形在引水洞底拱中心线左右侧按间距20cm布置3排地锚(共6根锚筋,锚筋Ф32 L=2.3m,入岩2m,M30水泥砂浆灌注),单排锚筋外露端头采用1cm厚钢板或φ32钢筋焊接连成整体。
  3.2.3 承载绳终端埋件安装
  在承载绳锚固终端预埋Ф32钢筋埋件,埋件外露10cm,距引水隧洞设计喷砼边线20cm,埋件末端与结构钢筋点焊连接。根据现场施工需要,埋件依次布置于下弯最后一段、斜井第一段、斜井第二段上游结构缝顶拱部位。
  3.3 滑轮安装
  1. 定滑轮组件制作完成后,施工人员通过天锚施工排架爬梯通道上至排架顶部作业层,进行定滑轮组件安装并设置“八字”斜撑。
  2. 在引水洞底拱靠下游2排地锚处各设置一个导向滑轮改变钢丝绳走向,将卷扬机布置在引水支洞下游边墙侧不影响引水支洞正常通行处,控制导向滑轮至卷扬机卷筒中心段钢丝绳长度不小于8m,并垂直卷筒轴线。
  3.4 钢丝绳、卷扬机及滑车安装
  1. 承载绳穿过定滑轮组件,采用11.0卡环(安全荷重10.78t)和绳卡(间距10~15cm,数量不少于3个)将承载绳两端分别固定在引水洞底拱上游第一排地锚、承载绳终端埋件上。钢丝绳在使用绳卡卡接前使用手动葫芦适度张紧钢丝绳,钢丝绳固定后,将剩余钢丝绳切断或盘好妥善放置。
  2. 将卷扬机吊运至设计位置,在卷扬机底座四脚处打设Ф32插筋(插筋入岩2.0m,外露0.3m,M30水泥砂浆灌注),与卷扬机底座焊接连接。
  3. 依次开动1#、2#卷扬机,牵出绳头,经过导向滑轮、定滑轮组件,将牵引绳、提升绳引导至滑车位置,采用6.0卡环(安全荷重5.88t)和绳卡(间距10~15cm,数量不少于3个)将牵引绳固定在滑车吊耳上,提升绳穿过滑车滚轮并在钢丝绳末端捆绑一个50kg钢筋束配重块,提升绳末端分出两根φ12钢丝绳+2.1卡环(安全荷重2.06t)捆绑施工材料。
  施工过程中,控制钢丝绳不得与排架架管发生摩擦。
  3.5 受料平台搭设
  采用φ48架管搭设一个宽6m,长3~4m的受料平台。临空侧立杆均套在插筋上(Ф25插筋入岩0.7m,外露0.3m,M30水泥砂浆灌注)。受料平台顶面满铺马道板并采用铅丝绑扎牢固,临空面设置1.2m高的防护栏杆及0.3m高的挡脚板,防护栏杆外侧挂绿色安全网。
  五、负荷试验
  4.1 试验准备
  试验吊重块采用φ48×3.5mm钢管现场制作,根据试验需要,吊重量共4 组:0.16t、0.2t、0.22t、0.25t。
  4.2 试验前技术检查
  1. 对整套设备各功能部件或位置逐个进行检查,确认安装正确、润滑充分、运转正常。
  2. 检查金属结构、钢丝绳等的安装情况,确认连接可靠。
  4.3 空负荷试验
  在技术检查符合要求后,方可进行空负荷试验。
  1. 试验目的:检验制造安装缺陷。
  2. 试验要求:开动卷扬机,在全行程范围内往返运行二次,各机构应运行正常、无异常声响,滑轮无跳槽、滞转等现象。
  4.4 静负荷试验
  静负荷试验在空负荷试验完成后进行。
  1. 试验目的:检验各部件钢结构、承载绳、固定端、各机构及卷扬机的静态稳定性。
  2. 试验要求:试验在滑车距顶端、底端各3m和跨中三个位置进行。
  3. 试验项目
  ⑴ 静载荷试验:
  分别起升0.16t(80%额定载荷)、0.2t(100%额定载荷),悬吊10分钟,重复进行三次。
  试验过程中,各结构件不得有异常响动。
  ⑵ 超载试验(125%额定载荷试验)
  完成静载荷试验后,进行超载试验。先将额定载荷提升到适当高度,停车,分次无冲击地加上超载,加载后悬吊10分钟。卸去载荷后,各部件结构不得有永久变形。进行本次试验时,禁止任何机构的任何操作。
  静载试验结束后,全面检查设备的钢结构,不得有裂纹、永久变形或对设备的性能和安全有影响的损坏,各部件连接不得有松动现象。
  4.5 动负荷试验
  1. 试验目的:验证小型提升设备各机构的运转状况、制动性能及动态稳定性。
  2. 试验要求:分别试验设备的起升、牵引机构,试验完成后,检验各机构和结构,不得有损伤和连接处松动现象。
  3. 试验项目
  ⑴ 起升机构
  试验时荷载为0.22t(110%额定载荷),小车位于跨中、距顶端3m和距底端3m三处。开动卷扬机,在全行程范围内起升、下降三次,其中包括中途启动、制动。试验时应注意,不应出现荷载突然反向的操作。
  ⑵ 牵引机构
  起吊试验荷载后,小车从距顶端3m处向距底端3m处运行,往返三次,其中包括中途启动、制动。
  六、安全保证措施
  1. 加强培训教育:所有作业人员必须经过入场三级安全教育,持证上岗,特殊工种必须获得特种作业上岗证方可上岗。
  2. 坚持会议制度:严格执行班前5分钟安全会制度。
  3. 安全检查制度:注重过程控制,做到发现隐患及时整改。
  4. 加强现场管理:设置醒目的安全信号和警示牌,保证安全指挥及信号的畅通。进入施工作业区,作业人员必须戴好安全帽,穿戴好劳动防护用品。不准穿高跟鞋、拖鞋进行施工作业,严禁酒后进行施工作业。
  5. 施工点的临空面应搭设施工平台及防护栏,且必须牢固可靠。出现交叉作业时,施工人员不得上下抛掷工器具和施工材料。
  6. 登高作业时,必须严格遵守高空作业安全规定。作业前首先检查所使用的安全带、安全绳是否完好无损,确保安全方可使用。
  7. 在安装钢丝绳时,时刻注意绳盘上钢丝绳剩余的数量,做好保护措施。一个工作日内没有安装完的钢丝绳固定好后才可撤离工作现场。
  8. 各运行机构在试运转完后,及时采取固定措施,避免滑动现象的出现。
  9. 电工作业,应穿戴好安全防护用品,严格遵守电工作业安全操作规程,使用的工具必须绝缘良好。
  10. 电焊工焊接作业前,应戴好安全防护用品。严格遵守安全操作规程和焊接工艺,使用的工具必须绝缘良好。
  七、运行管理制度
  1. 每次吊物前对起吊绳及起吊用具认真检查,核实起吊重物的重量。
  2. 不允许设备“带病”作业,不允许视线不明时进行起吊作业,不允许超负荷运转,在吊钩未稳定时不允许摘钩,在起吊物下严禁站人,严格执行起重作业的相关规程。
  3. 严格执行布置生产任务的同时布置安全工作,检查生产同时检查安全情况,总结生产工作的同时总结安全工作的“三同时”制度。
  4. 每班首次吊运材料前,派专人检查卷扬机、天(地)锚、钢丝绳连接等受力部位,做好日常维护工作,并做好检查、维护记录。
  5. 主要施工材料尽量安排在交班或吃饭等工作面空闲时段进行吊运。
  6. 设备运行指挥使用棋语、对讲机相结合的方式,无指挥信号严禁吊物。单洞材料运输时必须配备3人控制、指挥该设备的运行,即:卷扬机旁1人控制设备运行,受料平台上1人指挥、监控材料运输,下方工作面1人指挥材料运输(包括在材料运输时指挥工作面施工人员避让)。
  提升设备十不吊原则:
  1. 物件超重不吊;
  2. 照明不足或信号不明不吊;
  3. 设备有故障未处理好前不吊;
  4. 歪拉斜拽不吊;
  5. 易燃易爆危险物品未采取可靠保护措施不吊;
  6. 呆棱角未垫好防护品的不吊;
  7. 绑扎或捆绑不牢不吊;
  8. 被卡住、深埋的不明固定物不吊;
  9. 材料过满不吊;
  10. 违章指挥不吊。
  
  
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