载人提升系统在白鹤滩水电站竖井施工中的应用

齐 磊，方 善 新，王 涛

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鹤滩水电站左岸引水发电系统共布置竖井28条，单条竖井的深度从34 m至262 m，最小开挖直径为7.3 m，最大开挖断面为18.4 m ×9.1 m。竖井空间分布广、尺寸大、深度深、地质条件复杂。工程围岩类别主要为玄武岩，包括第一、二类柱状节理玄武岩、杏仁状玄武岩、斜斑玄武岩、隐晶质玄武岩等，还发育层间、层内错动带、断层、陡缓倾角裂隙等地质构造，导致渗水现象突出。

左岸引水竖井共计8条，上游至下游依次编号为①～⑧号，单条引水竖井深约176 m，含上下弯段及竖井段，竖井段深104.5 m，竖井开挖断面为Φ12.2 m的圆形断面。

左岸出线竖井[1]共计2条，分上下段，上段长127 m，下段长262 m。左岸①②号出线竖井上段顶部高程为965 m，位于出线场内；底部高程为838 m，与①②号出线上平洞相连。竖井井口段(20 m)开挖断面直径为15.2 m，井身段(107 m)开挖断面直径为13 m。左岸①②号出线竖井下段顶部高程为869.5 m，位于出线交通洞内，与出线上平洞相连；底部高程为583.4 m，与出线下平洞相连，井身段开挖断面直径为13 m。

尾水管检修闸门室布置于主变洞与尾水调压室之间，与主厂房、主变洞平行布置。左岸尾水管检修闸门室共布置有8个检修闸门井，井身段开挖平面尺寸为18.4 m×9.1 m，深度达108 m。

根据竖井施工布置、金属结构安装载重、混凝土入仓方式等选用了不同的升降牵引系统，确保了载人提升系统安全可靠，有利于施工。

2 载人提升系统的组成

2.1 桥机+载人提升系统

(1)引水竖井工程。左岸引水竖井施工中采用桥机+载人提升系统作为竖井内人员上下交通的主要工具，该系统的配置兼顾竖井开挖、压力钢管安装和混凝土施工的需要，每条引水竖井布置了一台2×30 t桥机，共计8台。在引水上弯段进行技术超挖并完成桥机轨道基础的开挖及浇筑，为桥机安装提供条件。桥机为2×30 t临时桥机，轨道中心间距为14 m，起吊高度为180 m，采用双吊点布置，吊点间距为5～10.5 m，单钩额定荷载30 t，单台桥机重量为57.3 t。载人提升系统的主要组成包括载人小车、起升机构(双卷筒、多层缠绕)、载人吊笼、钢绳、小车运行机构等。结构型式为双卷筒四绳系自动升降式，载重量为3 t(最大定员10人)，额定升降速度为0.114～11.4 m/min。

(2)尾水检修闸门井工程。在尾水管检修闸门室内布置了2台20 t临时桥式起重机，南侧布置了一台临时桥机(型号：QD20-8.4 m-110-A5)，北侧布置了一台临时桥机(型号：QD20-11.3 m-110-A5)，用于闸门井的开挖支护、混凝土及金属结构的安装和吊运施工。两台桥式起重机均为通用桥式起重机结构形式，南北侧的桥机跨度分别为8.4 m和11.3 m，大车和小车分别为起吊物品车和载人车。载物起重机起重量为20 t，工作级别为A5，起升高度110 m；载物起升速度为1.02～10.2 m/min，小车运行速度为0～10 m/min；大车运行速度为2.81～28.1 m/min；电气采用全变频控制，操作方式为司机室+遥控；大车轨道为P43，大车导电方式为电缆卷筒(配80 m长电缆线)。 桥机+载人提升系统中的载人起重机起重量为3 t，工作级别为M5，载人吊篮尺寸为2 m×2 m×2.2 m，起升速度为0～21 m/min，小车运行速度为1.6～16 m/min；载人小车载重量为3 t，起升高度为110 m；载人起升速度为11.2 m/min，工作级别为M5，载人小车运行速度为10 m/min。大车由载物起重机牵引运行，设备设有防超载、防超速、防失载、防过卷、防过放、防断绳、防断轴、载人系统自动检测减速停车、载人吊篮内紧急制动、上下限位、防旋转、防坠落等安全装置。

2.2 门机+载人提升系统

采用门机+载人提升系统作为左岸出线竖井上段施工中竖井内人员上下交通的主要工具。采用单边悬臂通用门式起重机的结构形式，轨道中心间距为17.2 m，载人侧有效悬臂长2 m，载物侧无悬臂，载物起重量为15 t。载人提升系统主要包括载人小车、起升机构(双卷筒、多层缠绕)、载人吊笼、钢绳、小车运行机构等。结构型式为双卷筒四绳系自动升降式，载重3 t(最大定员10人)，工作级别为M5，载人吊篮尺寸为2 m×2 m×2.2 m，起升速度为0～21 m/min，小车运行速度为0～10 m/min。

在出线竖井上段施工中渗水现象突出，渗水包括某个部位的集中渗水(点渗)及井壁大面渗水(面渗)[2]。为了给提升系统的运行提供干燥的施工环境，采取了以下措施对渗水进行处理。

①针对点渗，采用了YT-28手风钻打排水孔，孔径为50 mm，孔深4.5 m，及时将水引排。

②针对面渗，沿竖井井壁修筑环形截水槽将水拦截汇集后再进行引排。环形截水槽的施工方法：

a.喷混凝土成槽法。在竖井进行复喷混凝土施工时，在需要施工环形截水槽的地方将一根普通水管(管径50 mm)贴着井壁略带坡度环井一圈，将围成的圈与井轴线形成一个略微倾斜的角度(水管可通过铁丝与系统锚杆联结固定)；之后，在复喷时适当将管子喷进去，并将水管底部适当喷厚，顶部则尽量少喷或不喷；喷护后约1～2 h，轻轻将水管取出，此时即可形成一略带坡度的混凝土环形截水槽。在水槽最低点事先埋设排水管，排水管沿着井壁铅直向下，具有倾斜的水槽便可将水汇集、最终集中引排。

b.铁皮成槽法。即先利用铁皮加工成铁槽，再环绕竖井施工成截水槽。材料：普通铁皮(约1.5 mm厚，50 cm宽)，混凝土钉。方法：将铁皮加工成槽状，之后紧贴井壁略带坡度施工成环状，用混凝土钉+铁丝+系统锚杆固定，即可得到环形截水槽，可将渗水拦截后再集中引排。

采用以上排水措施后效果明显，为提升系统的运行提供了干燥的施工环境，有效地保证了载人提升系统的安全运行。

2.3 矿用提升绞车+载人提升系统

出线竖井下段施工中采用矿用提升绞车+载人提升系统作为竖井内人员上下交通的主要工具。矿用绞车的最大允许提升速度为2.6 m/s，最大允许提升高度为472 m(3层缠绕)。载人提升系统的主要构件包括钢丝绳(含主绳、稳绳)、龙门架及桁架梁、滑轮组、载人吊笼等。载人提升系统的升降主要依靠矿用提升绞车牵引进行上下通行。矿用提升绞车安全性能高，配置了防坠落吊篮及配套的安全稳绳；配置了深度指示器对载人吊笼的运行行程进行监控；最核心的配置是全数字交流变频调速控制系统，实现了无极变速、稳速运行，具有强大的内部软件故障和外部线路故障诊断功能。

3 载人提升系统的规划与布置

3.1 引水竖井载人提升系统

在引水上弯穹顶开挖时设置岩台梁，在引水上弯开挖结束后对岩台梁进行浇筑，为桥机安装提供条件。结合压力管道安装及钢衬回填混凝土施工，在每条引水竖井布置了一台2×30 t桥机。引水竖井载人提升系统依靠桥机进行升降。桥机运行对竖井内的作业面实行全覆盖。岩台梁长度为58.58 m，岩台梁断面尺寸为：高0.5 m，宽1.55 m，轨道中心间距为14 m。

3.2 尾水检修闸门井载人提升系统

在尾水管检修闸门室内南北侧各布置了1台20 t临时桥式起重机[3]，利用尾水检修闸门室岩锚梁上的永久桥机轨道作为临时桥机轨道。因尾水检修闸门室南北侧跨度不一致而导致两台桥机不能互通，因此，需要布置两台轨距不一致的桥机。在尾水检修闸门室南侧布置了一台临时桥机服务于①～④号尾水检修闸门井 ；北侧布置了一台临时桥机服务于⑤～⑧号尾水检修闸门井。

3.3 出线竖井上段载人提升系统

左岸①②号出线竖井上段结合竖井开挖支护、滑模浇筑[4]、重物吊运及人员上下井均使用门式起重机。出线竖井上段载人提升系统主要依靠门机升降，即在高程965 m平台布置一台1×15 t门机，满足①②号出线竖井上段施工。单侧轨道长度为114.7 m，轨道中心间距为17.2 m，主梁长度为22.35 m，门腿高度为10 m，门机运行能全覆盖①②号出线竖井上段作业面。

3.4 出线竖井下段载人提升系统

出线竖井下段采用防坠载人吊笼+矿用提升绞车作为井内人员上下交通的主要工具，每条竖井布置一套矿用提升绞车+载人提升系统。矿用提升绞车型号为JTP(B)-1.2×1P(变频调速)。该载人提升系统的布置包括井口桁架、龙门架作为吊笼、人员通行平台和支撑系统，矿用提升绞车作为载人系统的升降牵引机构，距离井口10 m。桁架梁长15 m，宽1 m，高1 m；载人龙门架高4.5 m，龙门架宽3.73 m。

4 载人提升系统具有的功能、特点及优势

(1)载人提升系统配置了完备的安全装置，包括防坠吊笼、稳绳、超速下降保护装置、上升极限保护装置、下降极限保护装置、过载保护装置、吊笼保护、紧急停止开关、超欠载保护等装置。实践证明：载人提升系统具有安全性能高、稳定性好、操作智能简便等特点。

(2)矿用提升绞车+载人提升系统主要依靠龙门架支撑，矿用提升绞车提供载人吊笼升降的牵引动力。载人提升系统采用了全数字交流变频调速控制技术，配置了失效保护装置、过负荷及欠压保护装置、高压变频调速系统，系统具有控制、测量及保护功能；无极调速，达到了稳定运行要求；抗干扰能力及环境适应性强；能耗低，节约运营成本。

矿用提升绞车[5]还具有以下优点：①矿山绞车具有深度、速度显示及控制功能，信息明了，可控性强。②制动采用“三抱闸”系统，大大提高了系统的安全可靠性。③减速功能保护装置：当吊笼到达设计减速位置时，能示警并开始减速。④紧急停车功能：在提升吊笼上设置有紧急停车按纽，以备紧急情况下指挥人员按下紧急按纽，实现提升绞车的紧急停车。⑤防止过卷装置：当提升容器超过正常终端停止位置时，能使保险闸(即安全闸)发生制动作用。⑥防止过速装置：当提升速度超过最大速度时，能使保险闸发生作用。⑦过负荷和欠电压保护装置：在过负荷或欠电压情况下可使配电开关自动跳闸、切断提升电动机电源并使保险闸发生作用。⑧系统设置有限载装置：超过限定荷载时系统自动停止运行并报警。⑨系统装有扩音对讲装置，还可根据实际需要加装可视化通信系统。

与传统卷扬机提升系统相比，传统卷扬机的操作信号及运行受人为因素影响较大；而白鹤滩工程采用的大型机械化提升系统具有专门的操作平台，信息更加明了，运行亦更加安全、稳定。

(3)载人提升系统采用了先进的智能上位监控系统、不间断电源装置UPS等，具有超欠载保护功能、防断齿断轴的安全闸式制动系统、自动跟踪系统、二次限位及上下升降限位功能、遥控、手控并用功能、双支持制动功能等。

5 结 语

在竖井施工中，竖井内的人员上下和吊物的主要手段就是采用提升系统，必须根据竖井上井口的具体布置情况、竖井内最大载重量、竖井深度等因素选用安全、可靠、经济性较高的提升系统。而在其实施过程中，载人提升系统的安全性要求更高，一定要确保提升系统的安全使用，除了系统自身配置的安全装置外，还需加强系统的日常检查和维护。笔者所述各种载人提升系统在对应的竖井施工中发挥了关键作用，并能综合用于开挖支护、金属结构安装、混凝土施工及灌浆施工阶段，所取得的经验可为同类竖井工程施工提供参考。