升降式钻灌台车在调压井井筒固结灌浆中的应用

刘 炜, 拓 玉 华, 曾 毅, 林 思 波

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

锅浪跷水电站调压室为埋藏式调压室，主要建筑物由调压室上室、调压室交通洞和调压井组成。调压室上室分为两段，一段结合施工交通洞改造，另一段与之呈110°夹角，每段长度均为70 m，总长度为140 m。调压井井筒开挖直径为17.4 m，开挖高度为103.8 m。采用钢筋混凝土衬砌，衬厚2.2 m，衬砌后的内径为13 m。

根据设计图纸要求，调压井井筒设计了水平方向的固结灌浆孔，排距3 m，孔距3 m，孔深入基岩8 m，固结灌浆工程量达5 636 m。由于调压井深度较深，井径较大，为了满足调压井井筒固结灌浆施工需要，井筒内的施工台车不但要具有足够大的安全系数、结构要稳定，而且能够在井筒内自由升降[1]。根据中国水电十局公司以往类似的工程经验，最终选择升降式钻灌台车作为固结灌浆施工平台以满足施工需要。

2 升降式钻灌台车的设计

2.1 整体设计说明

锅浪跷水电站调压井井筒水平固结灌浆孔的造孔及灌浆施工均在灌浆平台进行。升降式钻灌台车主要由提升系统、井口吊装桁架、工作平台三部分组成。工作平台直径为12.6 m(自重7.6 t)，可承载一定的活荷载(2 t)，并能在调压井井筒内上下移动。

该灌浆平台依靠调压井交通洞内的4台卷扬机通过钢绳牵引上下移动[2]，平台上下移动时依靠井壁边平台上安装的6套摩阻轮起水平限位作用，以免平台被卡住。平台工作时，依靠所安装的6台螺旋千斤水平定位，竖向定位采用卷扬机钢绳稳住平台不动。

2.2 提升系统

灌浆平台提升系统布置于调压井交通洞距调压井井口10 m的洞段内，主要由4台荷载量为5 t的卷扬机组成，采取“2-2”的形式布置(沿进洞方向)。其中靠近井口的2台卷扬机布置于地面上，另外2台布置于卷扬机架上，卷扬机布置情况见图1。

图1 升降式钻灌台车提升系统布置平面图

2.3 井口吊装桁架

井口吊装桁架布置于井顶，由横梁、地轮、井壁斜撑、平面斜撑、绳头固定点、导向滑轮等组成。每一根横梁由两根同规格的[32a槽钢内扣相向焊接连接而成，[14槽钢平面短斜撑16个，[28a槽钢井壁斜撑8个。各横梁及平面斜撑位于同一平面上，彼此间采用高强螺栓连接，螺栓型号为8.8级M20型。平面斜撑与水平面的夹角为45°，井壁斜撑与竖向之间的夹角为45°。

2.4 工作平台

工作平台(工作平台宽2.6 m，中间镂空)主要由主平台、导向滑子、拉杆、安全栏杆、螺旋千斤顶、摩阻轮等组成。其中主平台由10个主桁架组成。工作平台与提升系统通过拉杆连接，拉杆与工作平台通过卸扣连接，拉杆为φ89 mm×3 m钢拉杆。工作平台通过卷扬机牵引实现井筒内的上下移动，平台上下移动时靠井壁边平台上安装的摩阻轮起水平限位作用，以免平台被卡住，平台工作时依靠所安装的螺旋千斤顶水平定位，竖向定位采用钢绳稳住平台不动，该工作平台布置正视图见图2，工作平台结构俯视图见图3。

图2 工作平台布置正视图

图3 工作平台结构俯视图

3 升降式钻灌台车提升设备的验算

3.1 提升设备受力分析

升降式钻灌台车在井筒内的上下移动依靠卷扬机提供提升力，共布置了4台卷扬机。卷扬提升荷载包括工作平台自重P1(7.6 t)、施工活载P2(设计为2 t)、钢绳自重P3(1.27 t)。

卷扬机所需提升力T1=(7.6+2+1.27)×α≈184.79(kN) (安全系数α取1.7)，每台卷扬机拉力为T2=T1/4=46.2 kN。每根钢绳承受的拉力T3=T2/2=23.1 kN。钢绳破断拉力系数取8，要求钢绳破断拉力F≥23.1 kN×8=184.8 kN。

3.2 提升设备受力验算

(1)卷扬机。卷扬机型号为JM5，提升力为50 kN/台，容绳量S=250 m，卷筒绳速V=9 m/min。由受力分析可知：单台卷扬机起重提升力为T5=50>T2=46.20 kN，满足施工安全要求。

(2)钢丝绳。采用6×37+FC-19.5 mm规格钢丝绳，其破断拉力F的计算如下：

F=k×D2×R×0.001 t=0.33×19.5×

19.5×167×0.001 t=20.96 t>18.48 t，满足施工安全要求。

综上所述：提升设备选用JM5卷扬机，钢绳选用6×37+FC-19.5 mm规格能够满足施工安全使用要求。

4 升降式钻灌台车的安装、运行、安全监测及拆除

4.1 升降式钻灌台车的安装

4.1.1 安装程序

作业环境安全检查→辅助设施施工→工作平台组装、加固→井口吊装桁架安装→卷扬机安装→试运行及验收。

4.1.2 辅助设施施工

升降式钻灌台车的安装、运行及拆除阶段需使用生命安全绳、临时吊装设备、台车就位后固定等辅助设施。根据后续施工需要，在井顶四周共布设4根竖向地锚(深0.8 m，外露0.2 m，为φ25 mm螺纹锚杆)作为升降式钻灌台车内作业人员施工时的生命安全绳挂点。

4.1.3 井口吊装桁架及工作平台的安装

工作平台各部件采用8 t卷扬机通过调压井天锚吊至井底进行组装。在井底采用钢管搭设组装平台。

井口吊装桁架的每一根梁应在调压井交通洞先行组装，组装完成后、离开井台前先行进行试吊，必须保证吊装时长梁与短梁保持水平，以便于就位安装。利用调压井天锚及电动葫芦安装到位。

4.1.4 卷扬机安装

1号、3号卷扬机采用地锚固定。地锚规格为φ25 mm圆钢。单台卷扬机布置14根、1.5 m长的砂浆锚杆，锚杆外露地面0.3 m。其中前后侧(沿进洞方向)均匀布置3根锚杆，左右侧均匀布置4根锚杆，地锚与卷扬机采用焊接连接。

2号、4号卷扬机布置于卷扬机架上，机架与卷扬机采用螺栓连接，卷扬机架置于混凝土上，机架底面浇筑0.4 m厚的C30混凝土，混凝土内布设φ25 mm锚杆，将垂直锚杆与机架焊接连接。

4.1.5 荷载试验

升降式钻灌台车设计的承受活载重量为2 t，升降式钻灌台车按照该设计要求承受活载的75%、100%、110%加载，吊装重物采用钢筋或水泥等进行堆载，堆载应均匀。

逐级进行静荷载试吊，每次起吊距离地面30 cm、悬停20 min并进行刹车及驱动系统的检查。重复启动及关闭升降式钻灌台车三次，运行正转、反转等动作。检查各机构动作是否灵活，工作是否平稳可靠，各项性能参数是否达到设计要求。各限位开关、安全保护和联锁装置动作应准确可靠；各零部件应无裂纹、无开焊、无联接松动或损坏；各电机、接触器等电器设备的温升应不大于规定值且无损坏。卸载后检查金属结构、焊缝质量情况及有无永久变形。

4.1.6 验 收

升降式钻灌台车及载人吊篮安装完毕，组织安装人员及上机操作人员一起进行初步验收，对验收中存在的问题限期整改，确认无问题后，由公司质量及安全相关负责人员进行内部预验收，预验收通过后再邀请专家、建设单位、监理单位、设计单位等联合对升降式钻灌台车系统进行最终验收[3]。

4.2 升降式钻灌台车的运行

4.2.1 运行程序

升降式钻灌台车移动到工作位置制动→螺旋千斤顶伸出顶住井壁→钻灌施工→螺旋千斤顶松开→人员通过载人吊篮撤离→卷扬牵引台车到下一个作业层→螺旋千斤伸出顶住井壁→(依次循环)……。

4.2.2 运行要求

(1)台车及载人吊篮的运行必须指定专人操作且需持证上岗，无关人员不得擅动。

(2)运行前，必须对相关人员进行安全技术交底和培训并确保交底及培训效果。

(3)施工活载不得超过设计允许荷载，且运行期间不能出现荷载集中现象。

(4) 每班上班前，必须进行升降式钻灌台车的日常检查和维修保养，不得“带病运行”，维修和保养采取将爬梯架设至检修点的方式，同时，检修人员需正确佩戴安全绳。检修期间，调压井内不得有人员作业。

(5)升降式钻灌台车只能作为钻灌施工平台，不能作为人员升降使用。施工人员进出升降式钻灌台车必须通过专用载人吊篮实现。

(6)平台移动时严禁载人。指挥人员在载人吊篮内进行指挥工作，一旦发现平台被异物卡住或有异常情况时，立即通知卷扬机操作人员“停车”并进行处理。

(7)平台活荷载一定要均衡，严禁超载运行。

(8)在每层灌浆孔施工前，灌浆平台到位后除了利用竖向卷扬机的钢绳和平台上的千斤顶稳定台车外，还需在平台上挂设4个5 t的手拉葫芦，利用井台上方施工的4组锚点进行二次竖向吊拉固定以增加平台的安全系数。

(9)提升卷扬机卷筒上的钢绳不少于5圈。

(10)利用发电机做备用电源应急使用。

4.3 安全监测

为确保升降台车工作期间各吊点钢丝绳的受力、井口吊装悬挑架扰度变形及台车变形在安全范围内，项目部对吊点钢丝绳受力情况、平台吊装悬挑架及台车扰度变形进行了监测。

4.3.1 钢丝绳受力监测

台车钢丝绳受力监测系统由全高精度拉力传感器、数据采集适配器、显示器、通信线缆、现场供电总线以及其他配件构成，数显统一接到卷扬机控制柜。

4.3.2 井口吊装悬挑架的变形监测

在井口平台固定位置设置了一个基准点并架设全站仪。在吊装悬挑架外侧末端设置基准点，基准点上焊接5 cm高钢筋，定期采用全站仪监测并记录悬挑架上钢筋顶的高程，观测其扰度变形情况。

4.3.3 钻灌式升降平台的变形监测

平台主要监测各主桁架之间的螺栓连接是否松动、焊缝是否拉裂及平台的水平情况。采用扭力扳手定期检查螺栓是否松动，肉眼观察焊缝是否松动、脱焊。平台采用水平仪监测水平情况，每次台车就位后调整水平后再顶千斤顶及收紧葫芦。

4.4 升降式钻灌台车的拆除

4.4.1 拆除程序

升降式钻灌台车下放至井底→升降式钻灌台车井底拆除→井口吊装桁架拆除→提升系统拆除。

4.4.2 拆除要求

(1)拆卸遵循“先装的部件后拆、后装的部件先拆”的拆卸原则。

(2)拆除时，较长、较重、有两端联结的部件一定要两人或多人一组进行。拆除水平构件时，松开联结后将水平托持取下，禁止单人进行拆卸作业。

(3)每天完成拆除后，不得留下隐患部位。

(4)拆除后对升降式钻灌台车进行全面检查，记录损坏情况。

(5)拆除过程要求切断电源。

(6)吊装桁架拆除时，在单根横梁拆除前应先用葫芦或钢绳绑扎牢固，防止拆除过程突然坠落。

(7)拆除过程禁止井顶和井底同时作业，拆除人员必须全程佩戴安全防护用品，安全绳应挂在独立的安全生命绳上，不得挂在桁架、台车上。

(8)拆除的全程必须有安全员全程监督。

该工程于2020年5月开始进行调压室井筒固结灌浆升降式钻灌台车的安装，于2020年9月完成固结灌浆施工并拆除升降式钻灌台车，共完成固结灌浆孔约700个，灌浆总段长5 600 m，施工质量满足设计要求，施工期间未出现一起安全事故，取得了较好的效果。

5 结 语

该工程设计制作的升降式钻灌台车结构简单、施工方便、安全可靠，可在类似工程中推广使用。但在其使用过程中还应注意以下几点：(1)开工前，施工措施(提升系统、井口吊架、作业平台等结构受力计算需满足规范要求[4])必须先行完成并审批，做到措施先行；(2)实行逐级安全技术交底制。凡参加安全技术交底的人员要履行签字手续并保存资料；专职安全员对安全技术措施的执行情况进行监督检查并作好记录；(3)加强施工现场的安全教育，杜绝习惯性违章；(4)特种作业人员必须持证上岗[5]；(5)认真执行安全检查制度，规定检查日期和参加检查的人员，安全员每天进行一次巡视检查，对检查中发现的安全问题立即制定整改措施，限期进行整改和验收。