张宗福 沈兴洪 韩世平
中国水利水电第十工程局有限公司 四川 成都 610072
摘 要：施工安全是各个行业工程建设中所遇到的安全问题，我国政府历来重视生产安全，并制定了相关的法律法规。调压井升降式钻灌台车运行涉及高空作业、起重吊装等危大工程，其安全措施的重要性尤为突出，将钢丝绳测力计引入调压井钻灌台车安全应用监测中，可大大提高安全措施的可靠性。
关键词：调压井；钻灌台车；钢丝绳测力计
1 钻灌台车应用前景
目前，我国的能源形式多种多样，其中水力发电作为可再生能源，其资源丰富，装机容量大，相关技术发展成熟，因此已经成为电力生产的重要来源【1】，我国水电工程项目由于规模、中心建筑、地形和水力约束条件等，需要采用引水式开发模式，所以大型调压井的介入是不可避免的，其对水电项目工程质量有很大的影响。在水电站调压井建设施工中，井筒固结灌浆方面施工技术至关重要，为完成调压井钻灌施工，钻灌台车应用必不可少。传统采用搭设脚手架搭设施工平台，但目前随着施工技术提升，调压井井径及深度越来越大，搭设脚手架工程量大，周期长，难度高，很难满足工期及经济性要求【2】。
井筒固结灌浆目前多采用升降式钻灌台车构建施工平台，该灌浆平台在调压井井筒上下移动施工，灌浆平台通过调压井顶部卷扬机上下移动通过钢丝绳牵引，靠井壁边缘平台安装防摩擦轮达到水平限位作用，为了避免平台卡住，工作平台可通过安装丝杆千斤水平定位，竖向定位除了卷扬机钢丝绳稳定平台外，还可选择添加手动葫芦将平台和调压井壁预埋灌浆管安装挂拉架拉紧，使灌浆平台更稳定。除了调压井，在大坡度长斜井等采用卷扬机加钻灌台车构建施工平台实现作业平台自由升降【3】。升降台车施工技术的应用，有效地节省了工程费用、缩短施工工期，成为（调压井）斜井灌浆施工最有效最经济的方法之一【4】。
钻灌台车存在的不安全因素较多，因此，研究并解决钻灌台车在斜井中的升降及施工中的安全与稳定等问题具有重要意义。
2 依托工程概况
本水电站调压井为地下埋藏式，圆形断面，穹顶高程 2038.07m，井顶高程 2028m，底板高程 1954m。开挖直径 20～21m，采用钢筋混凝土衬砌，衬厚 1～1.5m，衬砌后内径18m，深度 74m。调压井设计水平方向固结灌浆孔，排距 2.5m，孔距 1.5m，孔深入基岩6m。采用升降台车作为钻孔灌浆施工操作平台。
升降式钻灌台车主要由提升系统、井口吊装桁架、工作平台、载人吊篮四部分组成。工作平台直径17.6m，平台自重16.5t，设计承受3t施工活载。提升系统主要包括控制柜、5台8t卷扬机，为台车提供动力；井口桁架为钢绳提供导向及承载台车重量，桁架最大跨度约16.8m，桁架上设置6个扰度变形观测点；工作平台为圆环状，外径17.6m，内径14.1m，由主桁架、中心架、连接架及上平台4部分构成；载人吊篮就是城建外墙施工采用的吊篮，在这里只作为人员上下台车的通道，与台车相对独立运行，无牵连。
整个台车钢结构委托具有钢结构设计资深经历人员通过建模、采用3D3SV14.1软件进行安全稳定性验算，确保结构合理性。验算的计算依据及主要参数选取均在相关的规范、标准和计算手册之内，并考虑一定的安全系数。
3 钻灌台车应用流程及隐患
3.1 常规台车应用流程
1、台车升降前，先将台车上螺旋千斤顶收回、稳绳松开，并经现场管理人员确认，待人员离开台车后，方可准备升降台车。
2、多台卷扬机联动控制台车升降，各台卷扬机单动调整台车水平，台车到达指定位置附近后，通过各卷扬机点动调整水平。
3、卷扬机运行期间，留2个人在载人吊篮内观察台车上升或下降运行情况，载人吊篮距离台车3.0m以上，防止载人吊篮和台车挂碰。
4、提升系统通过吊篮观察人员控制台车运行；吊篮内观察人员观察台车水平情况，确保台车倾斜高差不大于30cm。
5、台车就位并调整好水平后，通过二次稳定钢绳再次固定台车，并用螺旋千斤顶水平定位后方可钻灌施工。
3.2 隐患
1、多台卷扬机同步运行，很难做到完全同步；
常规采取的措施采取相同型号的卷扬机，增加变频器或同步器等电子元件，多台卷扬机由同一控制柜控制，设置总操作手柄，同时开启多台卷扬机升降作业，保证同步。但该方法存在一定缺陷，该装置一般控制卷扬机转速，但由于卷扬机位置距离吊点的距离并不一样，导致卷筒上钢筋距离卷筒中心高度不一致，就可能导致台车各吊点升降高度不一致，造成受力不均或台车倾斜过大。
2、人员检查千斤顶、稳绳等现场情况
人员进行安全检查，难免存在偶然因素导致检查漏洞，虽然概率极小，但其后果极严重，不容忽视。
3、台车升降过程人员观测台车平整情况
本工程调压井井筒直径18m，这就造成很大的视觉误差，加上内外侧安全防护网影响，50cm以内的倾斜可能很难发现，但此时台车受力可能已及其不均，造成安全事故。
4、由于本项目采用5台卷扬机，受力情况无法直观判断
本工程设计钻灌平台由5台卷扬机共同承担荷载，各项计算也在均匀受力的情况下进行验算，若受力不均匀易发生安全事故。甚至即使平台基本在水平，其受力情况也不一定均匀。
5、钢丝绳断裂
卷扬机在超载时，断绳的可能性急剧增大，不能认为反正安全系数大，超载问题不大【5】，超载不能仅理解为台车整体超载，还有单根钢丝绳超载。
4 钢丝绳测力计应用
4.1 设计背景
为解决上述隐患，项目部决定在卷扬机钢丝绳设置测力计实时监测各钢绳受力情况，保证各钢绳受力均在可控范围内，保证人员安全。
4.2 测力计简介
钢丝绳索力自动测试系统中传感器采用 LS-M-20 型拉力传感器，24 小时不间断记录数据，每根钢绳各安装一个测力计：
钢丝绳通过 U 型螺栓固定在传感器上，既方便检修，又不破坏吊机的原有结构，实现了无损安装。当钢丝绳受拉力时，力通过导向轮作用于传感器上，传感器测量到钢丝绳受到的拉力，转化成电子信号，通过信号线送到信号送变器；信号线采用带屏蔽的专用数据采集信号线，抗干扰能力强、保障了信号的准确性和可靠性；信号送变器接收传感器的电信号并作采集预处理后，通过 485 数据总线（0-300米）传输到远端的显示器；数据线缆采用带屏蔽的工业通信数据线，数据传输过程采用加密算法处理，既具备很强的抗干扰能力，又保证了数据通信的安全性；显示器收到数据后，实时显示数据。
卷扬机操作人员操作过程中根据测力计显示的数据，再结合吊篮内人员现场检查，两个标准确认台车状态，然后可手动单独调整对应卷扬机，保证台车升降同步。测力计仅监测各钢绳受力情况，不具备调节卷扬机同步功能，主要起到辅助作用。
4.3 测力计监测工艺
1、测力计安装
将测力计安装在卷扬机钢绳固定端，通过数据线将监测数据以数据形式实时反映给卷扬机操作人员，以便控制各钢绳受力情况。
2、测力计校核
由于各测力计安装有一定的不确定性，如紧锢程度等，测力计虽然已经率定，但现场仍需调试，调试分单个校核和组合校核。
单个校核时，在对应钢绳下端分级加载，观察测力计示数是否一致，若不一致，则通过显示器按钮调整相关参数，确保每个测力计监测数据准确；
单个调整完成后，对台车整体进行校核，台车上逐级加载，检查监测数据总体变化是否与实际加载一致。
3、测力计应用
安装：①安装时数显、拉力传感器、吊点及卷扬机必须统一编号，一一对应。②传感器数据线必须妥善保护。③吊装桁架上设置扰度变形监测点，辅助监测桁架安全，确保桁架扰度变形在规范允许范围内。
应用：①试验期间未加活载前，测量台车基础重量；②施加施工荷载后，测量荷载总量，施工过程中监测总量与初始值是否一致（可能有一定偏差，例如钢绳垂直度影响、钢绳自身重量变化等），主要控制突变；③设置吊装桁架扰度变形监测系统，每日监测各点扰度是否在允许范围内（l/400）；④台车开始升降前，检查台车的螺旋千斤顶、二级保护绳，灌浆水电浆风管路及井壁之间相对自由状态，无牵连；⑤台车升降时，5台卷扬机联动升降，全程观察各测力计受力监测数据，过程中保证各钢绳受力在既定范围内变动，同时各测力计之和无明显变化，升降至指定位置附近；⑥升降过程中根据测力计监测显示的数据，实时单动某台卷扬机调整各卷扬机受力情况，保证各台卷扬机钢绳受力均在设计允许的范围内。采用稳绳二次固定台车。⑦升降过程中，通过摩阻轮减少台车与井壁之间的摩擦，避免摩檫力过大导致钢绳超载，发生事故。⑧到达指定位置后，卷扬机单动调平，采用螺旋千斤顶水平限位，保证台车居中，采用稳绳二次固定台车，稳绳仅略绷紧，保证卷扬机钢绳极端破坏情况下，台车不发生明显倾斜。⑨台车固定后测力计24h监测钢绳受力情况，井口吊装桁架监测扰度变形，确保台车稳固，施工人员安全。
5 应用成果及结论
本工程调压井固结灌浆采用升降式钻灌台车构建施工平台，调压井深74m，井径18m，深度深直径大，每排固结灌浆孔38个，灌浆钻孔工程量约8300m，灌浆6840m，2020年5月26日完成最终验收，2020年9月5日台车拆除完成，灌浆台车投入运行约100个工作日，施工过程中无任何安全事故，施工过程中通过监测数据异常发现螺旋千斤顶故障5次，摩阻轮故障3次，台车不均匀升降8次，为本项目安全生产做出巨大贡献。
（1）本项目采用5台卷扬机提升台车，主要是考虑井径较大，减少各吊点之间的跨度，防止平台本身发生变形，其次是增加安全系数，防止卷扬机故障等极端情况。
（2）依托工程现场条件，采用5台卷扬机升降灌浆台车，若不采用测力计监测，到达既定位置并调平后，5根钢绳受力极不均匀，3根钢绳受力偏大，个别钢绳基本不受力，存在极大安全隐患；
（3）根据测力计监测数据显示，台车单动调平后，3根钢丝绳受力较大，符合三点成面的几何原理，另外2根起辅助作用。根据测力计监测数据，微调受力较小的卷扬机，使各钢绳受力基本均匀，即每根钢绳都在设计合理范围之内；
（4）台车升降过程监测，单次升降50cm左右，台车倾斜较大，靠井壁侧（提升快，较高的位置）摩擦力急剧增加，该部位钢绳拉力增加较快，容易超过单根钢绳抗拉极限，易发生安全事故，增加测力计可及时调整受力情况，增加安全系数；
（5）台车升降前，虽然有人员检查螺旋千斤顶、稳绳等，但存在一定的偶然因素，忘记某根稳绳或螺旋千斤顶未松到位，升降过程中该部位钢丝绳拉力变化极快，若没有及时发现，易发生安全事故，增加受力监测后，操作人员发现某根钢绳受力异常急剧增加，则立即停机检查，排除隐患；
（6）升降过程中，定时汇总总量，计算荷载，若发现荷载有明显的增减，需重新检查测力计安装情况，采取重新紧固测力计，进行荷载校核试验；
（7）台车就位后，千斤顶水平限位后，测力计显示数据会有一定的增加，属于正常现象，分析可能是由于钢绳摆动，存在倾角度，引起受力变化。
（8）钢丝绳受力监测虽然可以增加调压井钻灌台车的安全系数，但常规的安全措施仍必不可少，受力监测是常规安全措施的补充，而不是替代常规安全措施。
6 先进性分析
升降式钻灌台车引进LS-M-20 型拉力传感器监测卷扬机钢丝绳受力情况应属国内较早采用该技术，可将升降式钻灌台车一些不可直观发现的安全隐患数据化，例如钢丝绳受力不均，升降过程中台车和井壁牵连导致增加钢丝绳拉力等等，这些都可以大大减少调压井钻灌台车的安全隐患，同时减少不可控因素，补充常规安全技术措施的不足。可对常规安全措施的正确性做一个数据化的判断，也可为以后类似工程安全措施提供有力的参考。
7 效益分析
通过升降式钻灌台车提升系统钢丝绳受力监测系统技术研究，并结合本项目工程施工的实践，不断调整优化台车运行方法，确保依托工程施工的安全，经过工程应用和施工实践，取得了以下几方面的效益：
1、安全效益
施工过程中累计发现16次安全隐患，大大降低了事故发生率，为项目安全生产目标做出巨大贡献，而安全生产是企业发展的重要保障。
2、社会效益
随着我国国民经济的不断增长，对安全施工要求不断提高，如何完善安全保证措施是每一个建设企业必须重视的问题，采用拉力传感器监测技术，大大的增加了调压井钻灌台车的安全系数。高空作业属危大工程，其发生安全事故的后果尤为严重，采取措施增加安全系数，就是对施工人员生命财产安全的保护。增加施工生产安全措施，体现公司以人为本的管理理念，有利于树立良好的企业形象。该技术可在类似起重作业中推广使用，例如载人吊篮、施工电梯、龙门吊及各类卷扬作为动力的施工平台，减少事故发生率。
参考文献：
[1] 宁子龙，解析水电站调压井井筒固结灌浆施工技术，《水利建设》，2018，（1）：284-285；
[2]张贺强，甲岩水电站调压井井筒固结灌浆施工技术浅析，《四川水力发电》，2017，36（5）：126-129；
[3]孙玉涛，卷扬机牵引式钻灌台车在长斜井高压灌浆中的应用，《探矿工程》，1998，（6）：35-46
[4]李波，基于围堰防渗墙施工技术措施，《黑龙江水利科技》，2012，40（3）：94-96;
[5]孙永泰，钢丝绳为什么会被拉断，《建筑安全》，2006，21（7）：38
作者简介：
张宗福（1986~），男，汉族，四川德阳，工程师，本科，从事工程施工技术与管理工作。
沈兴洪（1990~），男，汉族，重庆开州，助理工程师，专科，从事工程施工技术与管理工作。
韩世平（1991~），男，汉族，甘肃定西，助理工程师，大专，从事测量工作。