LS3318置换洞上半段斜井开挖安全措施研究

邓永平 成勇吉 蔡宏磊 马晗

摘 要：本文分析白鹤滩水电站安全管理现状及特点的基础上，针对左岸坝基LS3318置换洞上半段斜井开挖安全措施进行探究，采用电耙出渣方式取得了较好的成效，并且开创了水电行业使用电耙的先河。

关键词：白鹤滩水电站;LS3318置换洞;安全;电耙出渣

一、工程概况：

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，距昆明约260km，至重庆、成都、贵阳均在400km左右，至华东地区上海的直线距离为1850km。电站上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距溪洛渡水电站195km。

白鹤滩水电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益，是西电东送骨干电源点之一，电站装机容量约16000MW。

二、施工环境：

左岸坝基LS3318置换洞上半段顶部高程635.53m与F17截渗井相连通，底部与施工联系洞相通，设计桩号长度60.82m，开挖综合坡度49.95%，开挖斜长68m。置换洞洞室开挖断面尺寸为5.0m×5.0m。洞室在开挖过程中需根据LS3318产状及时进行调整。

三、LS3318置换洞施工安全管理现状：

LS3318置换洞上半段开挖上半段开挖原计划采用从下往上全断面掘进、卷扬机辅助反铲出渣的方式进行。靠联系洞部位在完成12m左右时（剩余开挖长度52m），出于施工安全及进度的考虑，对LS3318置换洞开挖及出渣方法进行调整。

LS3318置换洞开挖原方案全断面爆破掘进，采取铅垂掌子面的开挖方式进行，具体施工工艺流程见下表：

调整方案主要对开挖程序以及出渣方式进行调整。洞室开挖从下往上台阶分层掘进，取消原在LS3318置换洞上部布设卷扬机穿孔至掌子面辅助反铲出渣的方式，采用耙矿绞车（以下简称：电耙）出渣的方式，具体施工方法如下：

㈠ 开挖程序：台阶法

在已开挖段系统支护完成以后进行上半段开挖，开挖采取分台阶两层施工，两层开挖随挖随支护，下台阶滞后上台阶开挖8～10m。上台阶开挖尺寸5m×2.5m（宽×高），循环进尺1.5～2m，下台阶开挖循环进尺3～4m，即上台阶掘进2循环后，下台阶扩挖1循环交错开挖，上、下开挖始终保持8～10m间距。开挖掌子面的为铅垂面，上台阶开挖时保证LS3318错动出露在底板位置，开挖时根据错动带出露动态调整。

循環爆破施工程序图如下：

㈡出渣方法：电耙出渣

方案调整后LS3318置换洞上半段爆破渣料采用2JPB-30电耙扒渣，每次爆破安全处理后在掌子面中部打三个约50cm插筋孔（左、中、右部各一），嵌入滑轮专用锚桩，安装导向滑轮后安装电耙钢丝绳，利用电耙的来回运动将掌子面渣扒下至联系洞内集渣， 再统一运至指定渣场。

LS3318置换洞上半段开挖施工期间安全问题主要为：1、洞室岩石产状较差;2、斜井坡度约为38度，出渣及爆破难度大，通道安全隐患较大;3、爆破对相邻工作面影响较大;4、洞室开挖散烟效果不佳。

出渣电耙布置在LS3318置换洞下半段已浇筑完成的衬砌部位，在挡渣安全防护后。由于下半段衬砌底板为斜坡面，安装电耙设备时需采用混凝土浇筑安装基座，并预埋锚栓。基座布置在洞轴线位置，尺寸为2.0m×1.5m，采用C30混凝土浇筑，浇筑前预埋φ25mm地脚螺栓。

下半洞段洞口需进行挡渣防护，以免爆破渣料进入已施工完成的下坡洞段内。挡渣防护采用I20工字钢作为立杆，间距1.0m。底部布设C25，L=1.5m插筋与工字钢焊接，横向采用φ48钢管加固，钢管间距1.0m，两端与边墙系统锚杆焊接或者插筋焊接，背面采用I20工字钢做斜撑，混凝土面以上部位采用双层竹夹板满铺。

四、LS3318置换洞施工安全管理存在的问题难点及对策：

㈠ 左岸坝基LS3318置换洞上半段，综合坡度49.95%，动态追踪LS3318错动带，应属于斜井开挖。由于坡度较大，安全管理风险大，主要表现为：洞室岩石产状较差、开挖爆破期间火工材料的管理及施工过程中机械设备对人员的伤害。另由于F17截渗井交叉施工的条件限制以及总体施工进度要求，不具备从上往下的（正挖法）开挖条件。所以上半段需从下往上掘进（逆挖法），施工难度大，主要表现在钻孔及出渣困难，施工效率低。

主要对策：

鉴于存在的安全问题，施工期间每班前进行洞室危石清撬，火工材料管理严格执行一炮一领用制度，严格召开班前会及六项循环和职业危害告知活动，对施工人员进行详细的技术和设备操作规程交底。

LS3318置换洞上半段洞室开挖从下往上台阶分层掘进，取消原在LS3318置换洞上部布设卷扬机穿孔至掌子面辅助反铲出渣的方式，采用耙矿绞车（以下简称：电耙）出渣的方式。

㈡ LS3318置换洞上半段洞室坡度较大，施工安全问题比较突出，同时开挖掌子面朝上，风机通风散烟效果不佳。如何有效的避免出现安全问题，解决通风散烟是开挖施工的重点。

主要对策：

在施工钢丝绳穿线孔旁另施工一个φ150mm孔串通上、下端，此孔连通F17截渗井，可形成烟囱效应，达到较好的通风散烟效果。

五、LS3318置换洞施工安全管理取得的成效：

㈠ 安全保障

树立安全第一的理念，采用安全性能较高的电耙出渣、采用分层开挖。严格执行炮后排险制度，开挖分层高度2.5m，进口开挖断面小，爆破冲击波较小，对下部安全防护损害小;爆破完成后可人工进行排险，排险完成后可立即对已开挖面进行支护，无需滞后开挖掌子面一个循环;电耙出渣时操作人员位于安全防护之后，爆破渣料堆积在联系洞。

㈡ 工期保障

根据置换洞与其它洞室施工的关系，上半段开挖需在2016年12月30日完成，工期紧张，调整后方案每循环作业时间可相应减少，主要在爆破出渣以及系统支护施工工艺上时间缩短：按照最远距离52m位置出渣效率5.0m/h计算，上、下层开挖循环时间各需24小时。

上半段总长度52m，上层开挖按照最小1.5m循环进尺计算，共35个循环，下层开挖按照最小3m循环进尺计算，共17个循环。正常开挖总共需52天完成。可有效保证工程按期完成。

六、LS3318置换洞施工安全管理对策：

㈠ 爆破安全措施

⑴在LS3318置换洞下半段，电耙操作前方设置安全防护墙，以抵挡爆破冲击波、飞石对机械设备的伤害。安全防护采用I20工字钢作为立杆，间距1.0m。底部布设C25，L=1.5m插筋与工字钢焊接，横向采用φ48钢管加固，钢管间距1.0m，两端与边墙系统锚杆焊接或者插筋焊接，背面采用I20工字钢做斜撑，采用双层竹夹板满铺。安全防护有损伤后及时进行修复。

⑵ 上半段开挖按照分层台阶法开挖，开挖分层高度2.5m，进洞前10m，需先完成上层的开挖，并严格遵“短进尺、弱爆破”的原则，以减小爆破冲击波以及对下部安全防护损害。

⑶ LS3318置换洞上半段与F17截渗井相通，当置换洞距离截渗井10m时，需采用“短进尺、弱爆破”的原则施工，爆破时需将井内工作人员全部撤离至安全范围外，并安排专职安全人员做好警戒。

㈡ 耙矿绞车安全操作规程

⑴ 准备工作

① 清除机身上下四周障碍物，检查顶邦和支架，进行敲邦问顶。

② 耙矿绞车是否稳固，各部螺丝有无松动，机身与开关上不得有滴水。

③ 检查电气线路，开关是否齐全完好、安全。

④ 检查刹车部分是否靈活可靠，机身螺栓是否紧固。

⑤ 检查耙运通道有无障碍物，钢丝绳和耙斗的连接、滑轮悬栓及耙斗安装是否紧固，滑轮是否灵活、挂牢。钢丝绳有无扭折和断股现象。

⑥ 并且用手将转动部分旋转2-3转，灵活无卡阻后方可开车，空车运行1分钟，了解设备的运行情况。

⑵ 运转中操作

① 空车运转正常后，缓慢起动绞车。两手抬起两个刹把，送电空运转，发出信号后耙道没有人和畅通无杂物时便可开始耙运，严禁将大块、铁器、爆炸品等耙入耙道。

② 耙斗前拉应松开远离电机一侧刹把，而且压下靠近电机一侧的刹把。耙斗后退时耙斗的操作与前拉时相反。无论是前拉还是后退，严禁同时压下两个刹把，否则会损坏滑轮撑子、滑轮和钢绳。

③ 电耙运行时，严禁人员进入绞车至垱头内工作，绞车运行中若听到或看到紧急刹车讯号应立即松闸停车。

④ 耙矿块度一般不宜超过300mm，若超过300毫米的矿块应处理后再耙运，如耙运阻力大可将耙斗退后1-2米，然后再耙，切不可硬拉。如因渣石过大或耙道不平，应将大块破碎或修整耙道。严禁用耙斗撞击破碎大块石。

⑤ 操作时应一边压紧手刹收绳，切不可将两个手刹同时收紧，以防意外。

⑥ 放钢丝绳时，卷筒上钢丝绳至少应保留三圈，严禁全部放完。

⑦ 运行中应注意绞车响声是否异常，禁止超负荷运转。

⑧ 在运行过程中如出现钢丝绳断裂、滑轮压死等现象，需更换钢丝绳或滑轮时，必须先切断电源闭锁开关，悬挂“有人工作，不准送电”警示牌。

⑶ 停车操作

① 停车时应切断电源，清扫设备，填写好记录，保管好工具，按规定做好交接班。

② 严格按照操作步骤进行操作并要经常检查轴承及电机温度，轴承及电机温度均不应超过80℃。

七、工程应用：

LS3318置换洞采用电耙出渣方式开创了水电行业使用电耙的先河，为工程建设安全施工及效率起到了重要作用。为后期水电建设斜井开挖施工方法指引了方向。

电耙在斜井开挖过程中由于结构简单，可操作性强，人员安全培训易吸收等优点可推广使用，但也由于钢绳磨损较大，施工时期要定期做好相应的检查。

电耙主要用于金属矿及其它矿场的坑内或露天做矿石搬运及充填工作。主要用于水平耙运，也可用于倾角不大的斜坡耙运，不能作为提升设备。司机可以在绞车旁用手操纵，也可以离绞车数米以至数十米处用按钮实行距离操纵。