ALIMAK爬罐在桐柏抽水蓄能電站中的

1、ALIMAK爬罐在桐柏抽水蓄能水電站中的應(yīng)用與研究郭生智(佛山市順德區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 順德 )摘要：ALIMAK爬罐在我國(guó)的水利水電項(xiàng)目施工中曾有過(guò)多次應(yīng)用。本文結(jié)合爬罐在浙江省桐柏抽水蓄能電站的應(yīng)用事例從爬罐的選型，反導(dǎo)井的施工測(cè)量，施工安全，爬罐安裝平臺(tái)的施工等各方面進(jìn)行了介紹和總結(jié)。關(guān)鍵詞：ALIMAK； 爬罐； 抽水蓄能1、概述桐柏抽水蓄能水電站位于浙江省天臺(tái)縣境內(nèi)，其輸水系統(tǒng)共有兩條斜井，斜井開(kāi)挖洞徑10m，襯砌洞徑9m，斜井軸線(xiàn)長(zhǎng)度為390m，傾角500。斜井的開(kāi)挖采用正反導(dǎo)井同時(shí)開(kāi)挖，貫通后進(jìn)行一次擴(kuò)挖成型的方式。斜井導(dǎo)井?dāng)嗝娉叽鐬?.52.7m，其中正導(dǎo)井開(kāi)挖

2、完成112m,反導(dǎo)井開(kāi)挖完成278m。反導(dǎo)井開(kāi)挖施工采用瑞典ALIMAK公司生產(chǎn)的ALIMAK掘進(jìn)升降機(jī)，一般稱(chēng)為阿力馬克爬罐。該設(shè)備在中小斷面的豎井、斜井或大斷面豎井、斜井的反導(dǎo)井開(kāi)挖中，具有施工安全性能良好，施工進(jìn)度快的優(yōu)點(diǎn)。在水電項(xiàng)目的反導(dǎo)井施工中，廣州抽水蓄能水電站、浙江天荒坪抽水蓄能水電站等許多大中型水電站均采用阿力馬克爬罐進(jìn)行施工。在桐柏抽水蓄能電站的施工中，雖然受到爬罐通訊、照明等一些配套設(shè)施故障及不良地質(zhì)條件的影響。1#輸水系統(tǒng)反導(dǎo)井開(kāi)挖仍然達(dá)到平均93m/月的較快施工進(jìn)度。2、阿力馬克爬罐的選型及簡(jiǎn)介阿力馬克爬罐有氣動(dòng)馬達(dá)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)三種，前兩者分別用輸氣軟

3、管和電纜提供動(dòng)力，在爬罐安裝平臺(tái)配有絞盤(pán)，絞盤(pán)采用風(fēng)動(dòng)裝置，能夠自動(dòng)收放電纜和供風(fēng)軟管。氣動(dòng)馬達(dá)的爬罐因?yàn)槭艿捷敋廛浌苤亓康挠绊懀S著爬罐高度的增加，輸氣軟管容易在自重及清撬后下落巖石的沖擊下斷裂，因此，爬罐的上升高度受到限制。該類(lèi)型的爬罐最大爬升高度為150m。在廣州抽水蓄能水電站及浙江天荒坪電站斜井的施工中，采用的是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的STH-5D型，該類(lèi)型的爬罐優(yōu)點(diǎn)是由于不受收放電纜和供風(fēng)管的影響，開(kāi)挖長(zhǎng)度可大大增加，最大開(kāi)挖長(zhǎng)度可達(dá)1100m。缺點(diǎn)是柴油機(jī)排放的廢氣不易排出，對(duì)施工人員的健康影響比較大。在天荒坪電站的施工中，使用該類(lèi)型的爬罐曾經(jīng)達(dá)到了127m/月的施工進(jìn)度。通過(guò)對(duì)以上幾種類(lèi)型的

4、爬罐進(jìn)行綜合分析，桐柏抽水蓄能電站斜井施工采用了STH-5EE型電機(jī)驅(qū)動(dòng)爬罐。該類(lèi)型的爬罐上升速度0.3m/s，靠重力下降的速度為0.40.5m/s,電動(dòng)機(jī)功率為11KW，最大開(kāi)挖高度為400m，最大開(kāi)挖長(zhǎng)度為900m。它綜合了氣動(dòng)馬達(dá)和柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用效果比較理想。其主要由主罐、副罐、軌道、開(kāi)關(guān)控制柜、激光定向設(shè)備、安裝及操作平臺(tái)、供風(fēng)、供水、供電、通訊系統(tǒng)等組成。爬罐組成及其工作示意圖如下：2.1、主罐2.1、主罐主罐頂部有一2.42.4m的工作平臺(tái)，人員在平臺(tái)上完成鉆孔、裝藥、接軌、清撬等施工工序。鉆孔使用2臺(tái)YT24式氣腿式手風(fēng)鉆。2. 2、副罐副罐為主罐提供救援、維

5、修、人員及材料運(yùn)輸?shù)茸饔?。主副罐公用一條軌道，各自獨(dú)立運(yùn)行。爬罐上由齒輪沿軌道的齒槽爬升。2. 3、供風(fēng)、供水、供電軌道內(nèi)設(shè)有四條管道系統(tǒng)，其中兩條管道向工作面供水，另外兩條管道負(fù)責(zé)風(fēng)鉆供氣及爆破后的軌道通風(fēng)。2.4、通訊系統(tǒng)爬罐和安裝平臺(tái)上的操作控制柜之間采用電話(huà)進(jìn)行聯(lián)系，爬罐的電纜內(nèi)有兩條導(dǎo)線(xiàn)起到通訊線(xiàn)路的作用。但是，在爬罐投入運(yùn)行前發(fā)現(xiàn)，該套設(shè)備通訊系統(tǒng)存在故障。為此，對(duì)通訊系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用無(wú)線(xiàn)電對(duì)講機(jī)進(jìn)行通訊聯(lián)系。因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電對(duì)講機(jī)信號(hào)通過(guò)彎段后大為減弱，后進(jìn)行了技術(shù)改造，使放置在爬罐安裝平臺(tái)上的操作控制臺(tái)和爬罐上施工人員之間能夠使用對(duì)講機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。在反導(dǎo)井開(kāi)挖完成，斜長(zhǎng)達(dá)278m時(shí)

6、，通話(huà)質(zhì)量仍然清晰可靠。2.5、軌道軌道分為用于直線(xiàn)段的直軌和用于曲線(xiàn)段的弧型軌兩種規(guī)格。其中直軌長(zhǎng)度有1m和2m兩種?；⌒蛙壍烙兄行慕?0、70、80和250四種，可以按照需要組成不同曲率半徑的圓弧。3、施工措施3.1、領(lǐng)先導(dǎo)井開(kāi)挖爬罐軌道安裝前，先在反導(dǎo)井井口開(kāi)挖領(lǐng)先導(dǎo)井，使爬罐能由下平洞進(jìn)入斜井段，保證反導(dǎo)井正常施工。領(lǐng)先導(dǎo)井采用搭腳手架的方式進(jìn)行鉆孔開(kāi)挖，開(kāi)挖深度為5m，斷面尺寸同反導(dǎo)井。3.2爬罐安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)及施工爬罐安裝之前，先在下平洞內(nèi)進(jìn)行爬罐安裝平臺(tái)的施工。安裝平臺(tái)由型鋼制作，由25錨桿固定。因?yàn)楣て诰o，若使用砂漿錨桿，則等強(qiáng)時(shí)間長(zhǎng)。另外，安裝平臺(tái)上有施工人員，平臺(tái)上還需布置

7、電纜絞盤(pán)、操作控制柜，供水系統(tǒng)等，必須保證平臺(tái)的絕對(duì)安全。為此，錨桿的固定采用了自備水劑式錨固劑。在錨桿打插完成后，對(duì)錨桿又進(jìn)行了拉拔力實(shí)驗(yàn)，平均單根錨桿拉拔力大于20T。該安裝平臺(tái)保證了爬罐設(shè)備的安全，為爬罐順利安裝創(chuàng)造了條件。爬罐安裝平臺(tái)的設(shè)計(jì)及施工、爬罐安裝的施工進(jìn)度都得到了業(yè)主及爬罐生產(chǎn)商的一致肯定。3.3、爆破設(shè)計(jì)爆破造孔用YT24氣腿式手風(fēng)鉆鉆在主罐上進(jìn)行，開(kāi)挖斷面2.52.7m。采用乳化炸藥、非電雷管分段引爆。主要爆破參數(shù)如下： 反導(dǎo)井爆破參數(shù)表孔名孔徑（mm）孔深(m)孔數(shù)（個(gè)）藥卷直徑（mm）單孔裝藥（kg）裝藥（kg）分段空孔422.32掏槽孔422.39321.816.2

8、MS1MS5輔助孔422.212321.518MS7周邊孔422.220321.122MS9MS11合計(jì)4356.2斷面面積S=6.75m2，爆破率V=90%，進(jìn)尺2.0m,平均炸藥單耗q=4.16kg/m3。本斜井圍巖為微風(fēng)化新鮮的花崗巖，屬類(lèi)圍巖。實(shí)踐證明，在該類(lèi)圍巖情況下，按照本設(shè)計(jì)爆破后，導(dǎo)洞開(kāi)挖成型理想，爆破后石渣粒徑均勻，石渣下落過(guò)程中對(duì)軌道、電纜、電纜架及激光定向儀的損傷較輕。3.4、出渣反導(dǎo)井開(kāi)挖石渣順導(dǎo)井溜至下平洞后運(yùn)出。3.5、不良地質(zhì)條件處理在反導(dǎo)井開(kāi)挖過(guò)程中，有多處涌水及滲漏水，經(jīng)測(cè)量，最大水量可達(dá)13m3/h，后采取了打深度為4m的超前排水孔，將水引離工作面的方式進(jìn)行

9、了處理，效果良好。3.6、測(cè)量放樣在反導(dǎo)井開(kāi)挖20m后，安裝激光定向儀，用膨脹螺栓將激光定向儀安裝在巖壁上。在反導(dǎo)井開(kāi)挖過(guò)程中，必須保證軌道的安裝精度。如果軌道安裝精度不高，導(dǎo)致軌道逐漸偏斜，則必須在以后的軌道安裝中使用彎軌進(jìn)行調(diào)整。否則會(huì)使爬罐無(wú)法通過(guò)或者軌道無(wú)法進(jìn)行接長(zhǎng)。然而，對(duì)于爬罐安裝軌道的精度控制要求，設(shè)備說(shuō)明上沒(méi)有具體要求，也沒(méi)有現(xiàn)成的規(guī)范可作為依據(jù)。結(jié)合具體實(shí)踐，施工方提出了按照5mm的精度進(jìn)行控制。實(shí)踐證明，按照該精度進(jìn)行控制可在滿(mǎn)足施工要求的條件下保證施工進(jìn)度。3.7、爆破點(diǎn)火在浙江天荒坪抽水蓄能水電站的施工中，爬罐的爆破點(diǎn)火裝置采用中國(guó)水利水電第一工程局技術(shù)人員發(fā)明的風(fēng)壓?jiǎn)?/p>

10、動(dòng)火雷管裝置進(jìn)行起爆，該套起爆設(shè)施安全、可靠。桐柏電站的施工中，STH-5EE型爬罐要求采用電雷管起爆，該種點(diǎn)火方式采用的是瑞典工業(yè)安全署的有關(guān)安全規(guī)定。但是按照我國(guó)水利電力部頒布的水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范，“洞井爆破宜優(yōu)先采用塑料導(dǎo)爆管引爆。在雜散電流較大或用吊罐法施工時(shí)，則必須采用”的要求，若在爬罐施工中使用電雷管起爆，會(huì)因雜感電流的原因產(chǎn)生意外的爆炸。為此施工方對(duì)爬罐的點(diǎn)火裝置進(jìn)行了技術(shù)改造，采用導(dǎo)爆管起爆，使之符合我國(guó)的有關(guān)安全規(guī)定。實(shí)踐證明，改造后的起爆方式經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。3.8、施工安全在施工過(guò)程中，安全問(wèn)題是一個(gè)最重要的問(wèn)題。如果主罐在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，則可利用副罐

11、進(jìn)行救援及維修工作。對(duì)主、副罐來(lái)說(shuō)，爬罐設(shè)計(jì)除了考慮到一些正常施工運(yùn)行中的安全防護(hù)外，對(duì)爬罐運(yùn)行中的失控問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)防護(hù)。主、副罐制動(dòng)系統(tǒng)均由一個(gè)手動(dòng)制動(dòng)器、兩個(gè)離心式制動(dòng)器組成。在正常情況下，采用手動(dòng)制動(dòng)器及電源對(duì)爬罐進(jìn)行制動(dòng)控制。在手動(dòng)制動(dòng)器受到損壞的情況下，若爬罐失去控制，則當(dāng)爬罐速度達(dá)到0.9m/s時(shí)，兩個(gè)離心式制動(dòng)器自動(dòng)啟動(dòng)，直到爬罐緩慢停下來(lái)為止。為了確保萬(wàn)無(wú)一失，施工方對(duì)主罐及副罐的安全裝置進(jìn)行了空載及負(fù)載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果，各項(xiàng)安全性能滿(mǎn)足要求。阿里馬克爬罐目前是國(guó)內(nèi)外陡傾角、長(zhǎng)斜井施工的最常采用的設(shè)備。采用該套設(shè)備開(kāi)挖斜井，不僅進(jìn)度快，而且安全性好。魯布革水電站排水斜井的施工中

12、，曾經(jīng)創(chuàng)造了最高月進(jìn)尺達(dá)180m的記錄，但也出現(xiàn)了15人次的輕傷事故。在桐柏電站的1#輸水系統(tǒng)斜井施工中最高月進(jìn)尺達(dá)120m，未發(fā)生一起輕傷或輕傷以上安全事故，這在同類(lèi)型的斜井施工當(dāng)中是比較難得的?？偨Y(jié)原因，主要有以下方面：ALIMAK爬罐自從七十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐與完善，其安全性能已趨于穩(wěn)定。但施工方在征得ALIMAK公司同意后對(duì)爬罐進(jìn)行的一些技術(shù)改造也對(duì)施工安全起到了至關(guān)重要得作用。雖然1#斜井位于關(guān)鍵線(xiàn)路上，工期比較緊。但是參建各方抓進(jìn)度，更重視安全。曾經(jīng)多次組織人員對(duì)爬罐進(jìn)行安全檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，防止爬罐帶病運(yùn)行。爬罐經(jīng)過(guò)多次停工處理，雖然進(jìn)度受到影響，但是安全得到了保證。落實(shí)人員培訓(xùn)制度、安全技術(shù)交底制度、施工交接班制度、安全責(zé)任制等各項(xiàng)管理制度，從管理上杜絕了安全隱患。4、經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)ALIMAK爬罐在運(yùn)行過(guò)程中，整體性能是良好的。但是也存在一些問(wèn)題。4.1、爬罐在經(jīng)過(guò)外方的多次安裝調(diào)試后，通訊系統(tǒng)一直不能正常使用。施工方另外安裝了一套通訊系統(tǒng)才滿(mǎn)足需要。據(jù)外方稱(chēng)，這種情況在其它地方也曾出現(xiàn)。說(shuō)明該設(shè)備的通訊系統(tǒng)仍需完善。4.2、該類(lèi)型爬罐說(shuō)明書(shū)要求爆破起爆采用電雷管引爆，這種起爆方式安全性能