摘要：厦门抽水蓄能电站排风竖井总长240.3m，利用垂直运输系统进行竖井开挖支护的施工，采用1台12t双筒绞车配φ38mm钢丝绳运输人员及负责土洞段向上出渣的工作任务，1台10t卷扬机配φ32mm钢丝绳运输材料、设备等。
关键词：垂直运输系统；竖井
1工程概况
厦门抽水蓄能电站排风竖井布置在地下发电厂房左侧，竖井总高度240.3m，竖井断面为圆型，支护后净尺寸为6.8m。竖井0~55m为覆盖层及全、强风化层，围岩为Ⅴ类，稳定性差，需及时支护。竖井55m以下围岩为微风化，围岩为Ⅲ~Ⅱ类。排风竖井开挖方法及工程量表见表1所示。
表1 排风竖井开挖方法及工程量表
2竖井开挖方案选择
排风竖井前55m的开挖采用正井法施工，55m后采用反井法施工。
2.1正井开挖施工
正井施工时先施工锁口，应确保锁口结构处于开挖线以外，在井口地表面布设控制点，做好开挖体型的尺寸。完成锁口后,在井口布置双筒绞车、卷扬机等垂直运输系统，开挖时采用小型挖掘机开挖，人工配合开挖至设计轮廓面，出渣从井口采用2.5m3吊桶向上出渣，15t自卸车外运。正井施工顺序为：锁口混凝土→土方井挖→喷素混凝土（掌子面封闭）→系统锚杆、排水孔→钢拱架、系统挂网→衬砌混凝土。竖井开挖过程及时跟进喷护，防止围岩掉块，衬砌混凝土根据开挖工序及时施工，采用开挖一段衬砌一段，最大未衬砌高度不应大于2m。
2.2反井开挖施工方案
测出井中心点，接着进行反井钻机基础施工，然后进行钻机安装。反井钻机安装高程根据井上部围岩具体地质情况确定。反井钻机导孔钻头自上而下旋转钻进，孔内石渣利用钻机加压后的循环池将石渣冲出孔外，随着导孔钻进，钻杆加长直至钻至竖井底部。同时排风竖井下平洞开挖完成且形成出渣运输道路后，将导孔钻头换成扩孔钻头，自下而上旋转扩孔。扩孔完成后，采用钻爆法自上而下进行扩挖施工。爆破采用毫秒微差梯段爆破的方法进行，钻孔采用手风钻，沿设计开挖线进行光面爆破，掌子面成内倾约20度，以便爆破的石渣下溜。爆破参数根据工程的岩石情况，以开挖石渣粒径满足后期其它需要，并防止堵井，选定爆破方式。
3垂直运输系统选择
本工程排风竖井开挖先采用正井开挖后采用反井开挖，根据《水电水利工程斜井竖井施工规范》DL/T5407，为解决提升系统失效问题，宜采用12t双筒绞车+吊笼运输人员。乘人吊笼安全保护装置、限位器、限载装置、提升系统失效保护装置等应齐全有效。在正井开挖时，采用12t双筒绞车+吊桶运输出渣，正反井开挖时10t卷扬机均作为运输材料、设备的主要运输系统。
3.1双筒绞车选择
采用12t双筒绞车牵引竖井提升吊笼（桶），钢丝绳选用直径φ38mm，公称抗拉强度1570MPa，钢丝绳最小破断力748KN，钢丝绳重量为536Kg/100m、绳速0.75m/s。提物采用2.5m³的吊桶,其自重为900Kg,渣土的松散容重按1.6T/m³计算。运输人员每次6人，每人重量根据《水电水利工程施工安全防护设施技术规范》DL/T5162按100kg计算。主轴上共出两根钢丝绳，通过天轮牵引提升吊桶运动，提升机最大静拉120KN。绞车可以运送人员或材料，不得人货混装。
（1）绞车提升物料计算
提升物料取：MG1=2.5×1.6=4T （渣土的松散容重1.6）；钢丝绳重量：MG2=2×80×536/100=0.86T （钢丝绳计算长度取80m）；吊桶自重MG3=900公斤=0.9T；总重量:MG=MG1+MG2＋MG3=4+0.86＋0.9=5.76T=57.6KN。
根据吊笼有垂直导向的人货两用施工升降机GB26557规范第5.2.2.7条，运动载荷的作用力为所有实际载荷的重量乘以冲击系数，冲击系数μ=1.1+0.264υ，其中υ为额定速度，单位为m/s。
μ=1.1+0.264υ=1.1+0.264×0.75=1.298（υ为额定速度，取0.75m/s）；
最大牵引力F =1.298×57.6KN=74.76kN；
安全系数=120KN÷74.76KN =1.61＞1.5，满足要求。
（2）绞车提升人员计算
提升人员时取：MG1=6×100=600公斤=0.6T；
钢丝绳重量MG2=2×260×536/100=2.79T（提升人员时钢丝绳计算长度取260m）；
吊笼自重MG3=1300公斤=1.3T；
总重量:MG=MG1+MG2＋MG3=0.6+2.79＋1.3=4.69T=46.9KN；
冲击系数：μ=1.1+0.264υ=1.1+0.264×0.75=1.298（υ为额定速度，取0.75m/s）；
最大牵引力F =1.298×46.9KN=60.88kN；
安全系数=120KN÷60.88KN =1.97＞1.5，满足要求。
（3）钢丝绳安全验算
钢丝绳安全系数验算为：经查《重要用途钢丝绳》GB8918，φ38mm（6×37S+FC，公称抗拉强度为1570MPa），纤维芯钢丝绳单根最小破断拉力为748KN。最小破断拉力总和=钢丝绳最小破断拉力*1.191。
即提升物料时钢丝绳的安全系数为：748KN*1.191÷74.76KN =11.92＞10，满足每根钢丝绳安全系数提升物料（捆绑吊索）时不得小于10的要求。
即提升人员时钢丝绳的安全系数为：748KN*1.191÷60.88KN =14.63＞14，满足每根钢丝绳安全系数提升物料时不得小于14的要求。
3.2卷扬机选择
卷扬机可用于吊运小型挖机、材料，选用10t卷扬机，本工程竖井施工中单次最大吊重不大于3t。钢丝绳采用公称抗拉强度1570Mpa，直径为32mm的6×37S+FC纤维芯钢丝绳提升，由《重要用途钢丝绳》GB8918查得公称抗拉强度1570Mpa，直径为32mm的6×37S+FC纤维芯钢丝绳的最小破断拉力为531KN。钢丝绳破断拉力总和=钢丝绳最小破断拉力×1.191。
施工材料、设备自重取：MG1=3t（最大吊重）；
钢丝绳重量MG2=260×380/100=0.99t；
总重量:MG=MG1+MG2 =3+0.99=3.99t=39.9KN；
冲击系数：μ=1.1+0.264υ=1.1+0.264×0.75=1.298（υ为额定速度，取0.75m/s）。
最大牵引力F =1.298×39.9KN=51.79kN；
安全系数=100KN÷51.79KN =1.93＞1.5，满足要求；
提升物料的钢丝绳的安全系数为：531KN*1.191÷51.79KN =12.2＞10，满足每根钢丝绳安全系数提升物料（捆绑吊索）时不得小于10的要求。
4结语
厦门抽水蓄能电站排风竖井全高240.3m，受地质条件的制约，在开挖过程中运用了正井开挖法、反井开挖法，该方案经过多次的讨论，最终形成一套比较成熟的竖井垂直运输系统，可为国内同类工程施工提供参考。
论文作者:钟晓泉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
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