斜井开挖及支护工程施工安全技术方案-精品.doc

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广东省清远抽水蓄能电站

水道及厂房系统土建工程Ⅱ标

斜井开挖及支护工程施工

安全技术方案

中国水利水电第十四工程局有限公司

清远抽水蓄能电站项目经理部

二○一二年二月五日

审查：

校核：

编制：

广东清远抽水蓄能电站水道及厂房系统土建工程Ⅱ标施工安全技术方案

斜井开挖及支护工程施工安全技术方案

1工程概述

清远抽水蓄能电站引水隧洞斜井桩号为Y1+025.998～Y1+380.874，由上弯段、直线段、下弯段组成，直线段倾角为50°。

斜井沿洞轴线总长为354.876m，其中直线段长292.119m，上弯段长为30.643m、下弯段长为32.114m，斜井开挖断面为圆形断面，开挖半径均为5.3m。

斜井开挖采用RHINO-400H型反井钻机把先导孔扩成φ1.4m直径的导井后，再进行斜井的扩挖，扩挖分两次进行。

Ⅰ次扩挖采用反井法自下而上将φ1.4m导井扩挖成φ3.5m导井；Ⅱ次扩挖采用正井法，自上而下扩挖至设计断面。

斜井上弯段和下弯段开挖采用人工手风钻开挖，为方便斜井Ⅰ次扩挖时装载机出碴，在斜井的下弯段应进行扩挖一部分。

为满足后期斜井滑模安装和下弯段容渣空间的需要，并方便斜井开挖过程中的装渣运输，斜井二次扩挖前在斜井下弯段及下平洞范围内进行二次开挖。

Ⅰ次扩挖时采用8T卷扬机（钢丝绳直径φ26mm）牵引小车至工作面，工人站在φ1.2m小车平台架上进行打钻、装药等工作。

在小车里设计安装一套紧急停车按钮。

Ⅱ次扩挖时采用2台10T卷扬机（钢丝绳直径φ36mm）牵引斜井扩挖台车进行开挖，采用1台8T卷扬机（钢丝绳直径φ36mm）牵引送料小车运送人员、材料至扩挖台车，在扩挖台车上进行打钻施工。

根据不同围岩类别支护参数开挖一段支护一段。

斜井Ⅰ次扩挖时风、水管固定在导井井壁上部，通讯管路随小车升降；Ⅱ次扩挖爆破时收掉爆破危险区域风、水、通讯管路，并适时延伸各种管路。

2编制依据

（1）《爆破安全规程》（GB6722-2003）；

（2）《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）；

（3）《一般用途钢丝绳》（GBT20118-2006）；

（4）《建筑卷扬机》（GB/T1955-2008）；

（5）《施工现场机械设备检查技术规程》（JGJ160-2008）；

（6）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；

（7）施工技术方案《斜井开挖及支护工程施工技术措施》（FCB［2011］B2-02-028）；

（8）施工现场布置。

3提升系统安全

3.1卷扬机选择及钢丝绳受力分析

Ⅰ次扩挖时使用的自制小车自重约1.0T，设计承载施工人员3人、施工设备材料等重1T，总共2T，考虑摩擦力、动荷载等需要的最大提升拉力为2T×1.5×sin50°=2.28T。

配绳速16m/min、8T卷扬机，卷扬机的钢丝绳绕过提升架定滑轮后与小车牵引。

如图1所示：

图1：

Ⅰ次扩挖示意图

Ⅰ次扩挖时卷扬机的安全系数验算：

80KN÷22.8KN=3.51；钢丝绳安全系数验算：

φ26mm纤维芯钢丝绳最小破断拉力为325KN，钢丝绳的安全系数为：

325KN÷22.8KN=14.25＞9。

Ⅱ次扩挖时采用自制送料小车运送施工人员、材料，送料小车自重约5T，设计承载3人，施工设备材料等1T，总共6T，采用1台8T卷扬机牵引；扩挖台车自重约9.76T，人员、材料重3T，采用2台10T卷扬机绕过滑轮牵引。

考虑摩擦力、动荷载等需要的送料小车最大提升拉力为6.8T×sin50°=5.17T，提升扩挖台车单台卷扬机最大提升拉力为12.76T÷2×sin50°=4.85T。

图2：

Ⅱ次扩挖示意图

Ⅱ次扩挖时卷扬机的安全系数验算：

80KN÷51.7KN=1.54；100KN÷48.5KN=2.061，钢丝绳安全系数验算：

φ36mm纤维芯钢丝绳最小破断拉力为676KN钢丝绳的安全系数为：

10T卷扬机676KN÷48.5KN=13.94＞9；8T卷扬机676KN÷51.7=13.07＞9。

根据《金属非金属矿山安全规程》6.3.4.3条和6.3.5.8，加速度限制0.75m／S2，速度限制12m／s，载人用钢丝绳的安全系数不应小于9，运送物料用钢丝绳的安全系数不应小于6.5。

Ⅰ次扩挖时8T卷扬机速度为16m/min，Ⅱ次扩挖时10T卷扬机速度为45m/min；钢丝绳的安全系数符合《金属非金属矿山安全规程》规定。

3.2卷扬机受力验算

Ⅰ次扩挖时拟定主卷扬机参数为：

自重2.2T，牵引为80KN，钢丝绳直径26mm，绳速16m/min。

Ⅱ次扩挖时拟定主卷扬机参数为：

自重7.2T，牵引为100KN，钢丝绳直径36mm，绳速45m/min。

卷扬机以9根锚杆固定于基岩面上，锚杆规格为Φ25，L=2.0m，入岩1.5m。

（1）抗剪验算

Ⅰ次扩挖卷扬机在运行过程中，其支座抗剪能力应满足下式要求：

Kc×F/（9×π×d2÷4）≤[fv]

其中，Kc：

安全系数，F：

钢绳牵引力，d：

支座锚杆直径，[fv]：

钢材抗剪强度设计值。

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第3.4.1条，[fv]=125MPa，并取安全系数Kc=2.0，F=22.8KN，将数值代入公式得：

2.0×22800/（9×3.14×d2÷4）≤125

d≥22.56mm

所以，Ⅰ次扩挖时初选的9根Φ25锚杆满足卷扬机抗剪强度要求。

Ⅱ次扩挖卷扬机在运行过程中，其支座抗剪能力应满足下式要求：

Kc×F/（9×π×d2÷4）≤[fv]

其中，Kc：

安全系数，F：

钢绳牵引力，d：

支座锚杆直径，[fv]：

钢材抗剪强度设计值。

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第3.4.1条，[fv]=125MPa，并取安全系数Kc=2.0，F=4.85T，将数值代入公式得：

2.0×48500/（9×3.14×d2÷4）≤125

d≥32.89mm

经过计算Ⅱ次扩挖时一台10T卷扬机初选的9根Φ25锚杆不能满足要求，改为12根Φ32锚杆，2.0×48500/（12×3.14×d2÷4）≤125，d≥28.49mm，即可满足要求。

2.0×51700/（12×3.14×d2÷4）≤125

d≥29.41mm

通过计算Ⅱ次扩挖时8T卷扬机选12根Φ32锚杆才能满足要求，

（2）抗倾覆验算

A、锚杆抗拉强度分析

根据力矩平衡有：

F×L1≤F’×L2

F’≥F×L1/L2

式中F--钢丝绳牵引力；L1、L2---力臂，m。

由于采用上出线方式时L2≥L1。

验算如下：

（F’÷2）÷（π×d2/4）≤[σ]

选用Φ25锚杆时，取F’1=22.8KN，σ1=23.23Mpa；

选用Φ32锚杆时，取F’2=51.7KN，σ2=32.158Mpa；取F’3=48.5KN，σ3=30.167Mpa。

HRB335钢筋屈服强度ReL=335MPa，所以所选Φ25锚杆、Φ32锚杆均满足抗拉强度要求。

B、锚杆锚固长度La

根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）第4.2小节，采用全长粘结型Φ25普通水泥砂浆锚杆，水泥砂浆强度M25，Φ42钻孔。

La=K·Nt/（π·D·qr）（4.2.5-2）

=1.6×9×1000÷（3.142×42×1.0）

=109mm

式中，K－安全系数，取1.6；

Nt－轴向拉力设计值（kN）；

D－锚固体直径（mm）；

qr－水泥结石体与岩石孔壁间的粘结强度设计值。

所以，入岩1.5m的锚杆完全满足锚固长度要求。

4安全管理措施

4.1相关安全技术措施

（1）卷扬机卷筒中心与第一个导向轮滑轮的偏角必须符合规范要求，两者定位时可借助测量仪器定位。

（2）在卷扬机钢丝绳上用红布等显眼物品标志未挖段井深位置，并每排炮后及时进行更新标志位置。

（3）Ⅰ次扩挖时风、水、通讯管路固定在导井壁顶部，不布设照明线，井内施工照明采用矿灯照明，每人一把，一把备用。

（4）电铃线和电话线采用36V电压，同时采用电铃、对打电话机两种信号系统。

（5）电缆、开关、电话、信号线、按钮等全部要采用防水性能较好的，并在施工过程中要保护好以上各种装置不被损坏，并采取有效措施防止岩石渗水对上述设施的影响。

（6）提升系统必须设置两组限位器（机械和光电各一组）。

（7）第一次正式载人前必须做荷载试验（荷载试验为设计荷载的1.25倍），待运行正常后，方可载人进行下井作业；每班提升系统运行前必须进行上、下空载试运行，正常后方可作业。

4.2爆破安全管理措施

（1）严格按项目部安全生产管理办法进行火工产品领用、爆破作业申请，相邻单位负责人在爆破作业申请单上签字后准允实施爆破。

（2）爆破危险区范围内的人员必须撤至安全地带，具体撤离路线如下：

Ⅰ次扩挖时作业人员撤至安全距离以外；Ⅱ次扩挖时作业人员、井口人员撤至安全距离以外，并在派专人在下平洞与3#施工支洞相交位置设卡。

4.3制作与安装安全要求

本提升系统等金属结构加工使用的钢材，除图中有特别注明外，均为工程常用材料A3钢。

金属结构制作应满足《钢结构施工与验收规范》。

严格按照图中规格及尺寸进行加工，若需要采用代替材料，应事先与工程管理部研究决定。

4.4提升系统的维护

（1）卷扬机的日常保养工作十分重要，应经常保持清洁和充分润滑；制动器闸瓦间隙调正在1.0～1.2mm，最大不能超过3mm，以保证制动灵活有效，如果间隙超过3mm应及时调整闸瓦间隙。

（2）各部轴承、肖轴、制动器铰链等处，每工作班润滑1～2次，导向滑轮减速箱轴承，每48小时润滑一次。

（3）卷扬机在工作100～300小时后，进行一级保养，全面清洗机械，更换润滑油，检查调正制动器。

（4）在工作600小时后，进行二级保养，除执行一级保养外，需测定电机绝缘电阻和拆检电动机、减速箱、制动器、钢丝绳、卷筒及钢丝绳磨损情况等。

（5）滑轮根据工作繁重、环境的恶劣程度，定期进行检查加油。

（6）滑轮检修时，应将零件用汽油洗刷干净并涂上润滑液和防锈油，轴承内注入黄油，然后将零件重新装配好。

（7）滑轮若长期不用时，应清洗并涂以防锈油，避免锈蚀。

（8）钢丝绳应每天检查一次，每隔3个月试验一次，其安全系数为：

升降人员的安全系数应大于9，升降物料的安全系数系数应大于6；其断丝的面积与钢丝绳总面积只比，升降物料的应小于10%；升降人员用的不得有断丝。

提升及制动钢丝绳直径减小不得超过10%，其他用途钢丝绳直径减小不得超过15%。

（9）钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点蚀麻坑等损伤时，不得用作升降人员。

钢丝绳锈蚀严重，点蚀麻坑形成沟纹，外层钢丝松动时，应及时更换。

4.5斜井开挖安全措施

（1）首先做好上弯段井口的防护，对围岩进行锚喷支护处理，避免围岩碎石掉落至斜井。

（2）斜井在开挖过程中应注意爆破方式和爆破参数的控制，尽量减小因爆破装药量过大，对围岩产生扰动破坏。

开挖完成后及时进行支护，围岩破碎时开挖采用“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行，并尽