《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》是中國水利水電第三工程局、中國水利水電第一工程局完成的建築類施工工法；作者分別是王鵬禹、姬脈興、馬少龍、李偉、許立利；適用範圍是斜井長度超過100米，坡度大於40°，開挖直徑大於4.0米的斜井導井施工，經濟合理範圍是長度在150~400米，坡度大於45°的斜井，對於其他斜井隧洞施工可參考使用。
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》主要的工法特點是提供了快速、便捷、安全可靠的施工作業平台和交通工具；排除爆破有害氣體，降低粉塵；作業人員在護頂架的保護下查險、排險、清理危石和進行不良地質段圍岩支護。
2008年1月31日，《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。
基本介紹
- 中文名：斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法
- 工法編號： YJGF087-2006
- 完成單位：中國水利水電第三工程局、中國水利水電第一工程局
- 主要完成人：王鵬禹、姬脈興、馬少龍、李偉、許立利
- 套用實例：西龍池抽水蓄能電站引水系統
- 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
隨著抽水蓄能這一發電形式電站的快速發展，輸水系統越來越多採用斜井布置，這主要是斜井和豎井相比具有水道短、水力過流條件好、節省投資、可以提高電站效益等優點，但是其施工難度大，施工技術相對複雜。
斜井施工一般採用導井法，尤其是大坡度超長斜井，即先施工導井，導井貫通後，再自上而下擴挖成洞。導井施工有兩種方法，一種是正導井法（下山法），人工手風鑽鑽孔爆破，卷揚機配軌道小車運輸出渣至上斜井井口平台。另一種是反導井（上山法），搭設臨時作業平台，人工手風鑽鑽孔爆破，爆渣靠自重落到洞廬。這兩種方法僅適用於工期較寬鬆，且長度在150米以下的斜井。阿里瑪克爬罐作為反導井施工的設備，適用於大坡度超長斜井，它不僅提供作業平台，而且減少了勞動力強度和輔助材料（風水電管線）的消耗，提高了功效。水電三局在西龍池抽水蓄能電站引水系統斜井施工中，使用《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》施工導井，施工中未發生一起軌道脫落、機械和人身傷亡事故。水電一局在浙江天荒坪和桐柏抽水蓄能電站引水系統斜井導井施工中使用阿里瑪克爬罐也取得成功。斜井導井使用阿里瑪克爬罐施工技術先進、工法成熟，能取得經濟效益。
工法特點
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的工法特點是：
1.阿里瑪克爬罐為大坡度長斜井導井施工由下而上提供了快速、便捷、安全可靠的施工作業平台和交通工具。
2.利用阿里瑪克爬罐進行測量放樣。
3.作業人員利用爬罐提供的平台和在專門設計的護頂架下鑽孔和填充炸藥。通過設定在軌道內的管道向工作人員和鑽機供氣、供風、供水，並提供低壓電能和通信線路。
4.鑽孔及裝填炸藥後，爬罐下降至斜井底部平洞安全位置，作業人員在此位置通過起爆裝置進行爆破作業，避免不安全事故發生。
5.爆破後，通過爬罐軌道向斜井內通風噴水，排除爆破有害氣體，降低粉塵。
6.利用阿里瑪克爬罐，作業人員在護頂架的保護下查險、排險、清理危石和進行不良地質段圍岩支護。
操作原理
適用範圍
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》適用於斜井長度超過100米，坡度大於40°，開挖直徑大於4.0米的斜井導井施工，經濟合理範圍是長度在150~400米，坡度大於45°的斜井，對於其他斜井隧洞施工可參考使用。
工藝原理
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的工藝原理敘述如下：
利用阿里瑪克爬罐作為施工平台和人員上下的交通工具，施工人員採用傳統的鑽爆法進行斜井的導井施工工藝；同時通過爬罐導軌為施工提供環境保障。
施工工藝
- 工藝流程
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的工藝流程見圖1。
圖1 斜井導井阿里瑪克爬罐施工工藝流程圖
- 操作要點
以下結合山西西龍池抽水蓄能電站引水系統，阿里瑪克爬罐（STH-5）施工中國第一斜井導井來敘述《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的施工方法。
一、施工準備
1.爬罐作業平台
爬罐作業平台搭設在距離斜井底部彎點（軸線）10米以外的範圍內，安裝空間一般為7米×8米×20米（寬×高×長），平台根據地質情況可以採用懸掛式或腳手架管框架式，對於Ⅳ、V類圍岩建議採用腳手架框架平台，採用懸掛式平台必須進行節點應力計算，錨桿拉拔試驗。一般平台寬度不小於4.0米，距離洞頂高度不小於2.7米，平台木板厚度不小於5厘米；平台爬梯坡度不大於60°，踏板使用防滑材料，兩側扶手高度為80厘米，爬梯兩端必須採用可靠措施連線加固。
（1）懸掛式平台：平台由頂部錨桿懸吊，採用22樹脂或砂漿錨桿，入岩深度不小於3.0米，與水平面夾角60°，錨桿外露長度不小於2.0米，間距1.2~1.5米。
（2）腳手架框架平台：一般採用雙排支撐框架，支撐排架順洞方向間距1.0米，斷洞方向間距不小於4.0米，以方便台下交通。排架均採用扣件連線。
（3）平台選用壁厚5毫米普通腳手架管的雙層框架，一般層高50厘米，中間設有加強斜支撐，平台板選用5厘米厚松木板材。
2.爬罐安裝及調試
（1）軌道安裝：安裝高度距拱頂50厘米，先在彎段安裝弧形軌道，繼而向兩端延伸軌道採用22膨脹螺栓（爬罐自帶，也可加工）固定在岩壁上。
（2）爬罐安裝：爬罐組件用5噸手拉葫蘆（Φ25砂漿錨桿，入岩不少於2.5米，外露50厘米）吊至已搭好的平台，組件安裝在平台和軌道上進行，安裝嚴格按說明書操作。
（3）爬罐安全性能試驗：安裝完成後，必須對爬罐進行調試運行，荷載試驗、手動制動器和離心式制動器試驗，試驗合格後，方能投入運行試驗內容按爬罐安裝調試手冊要求。
3.風水電系統
阿里瑪克爬罐有油動和電動兩種動力形式，油動爬罐需要外界提供照明電源。
電：和其他部位用電一起考慮，變壓器一般布置在距離作業平台外設定的支洞內（或主平洞另作變壓器洞穴），採用箱式變壓器，輸出端相電壓400伏。油動爬罐配置變壓器容量315千伏安，電動配置容量500千伏安。爬罐施工範圍的所有用電都在此引線搭火。
風：結合斜井通風和環保要求，每台爬罐配置20立方米/分鐘電動空壓機給施工供風，也可以採用工地系統風。
水：在作業平台上設定1.0立方米水箱，爬罐自帶高壓水泵自該水箱取水供施工用水，水箱外接系統水管補水。斜井施工廢水自流至底部，通過排水系統排至洞外。
4.導井布置
導井尺寸2.4米×2.4米或2.4米×2.7米，導並布置一般應在中心線偏下，要考慮出渣方便，以及擴挖時爆破塊石衝擊造成超挖，底部應留足保護層厚度，西龍池斜井導井布置時保護層厚度為1.2~1.5米。
5.雷射指向儀安裝
斜井開挖超過20米後，在斜井彎點以上直線段安裝雷射指向儀。爬罐自帶雷射設備為一個裝在防水金屬管內且配備有光學和高壓裝置的1.5兆瓦氦氖雷射管，一個帶時間繼電器的12伏鉛酸電池提供動力。設備裝在一個托架上，托架上設有調整螺栓，可調整雷射導向光束的方向。斜井施工超過50米後，在50米、100米和150米左右分別安裝校正覘牌。
由於進口雷射在斜井施工120米以上時，長時間工作電池能量下降，雷射穿越煙塵後，能量損失大，光斑擴散，使用起來誤差較大，甚至有時不能穿透斜井煙霧，嚴重影響施工，施工中使用國產YHJ-800A綠色雷射代替進口雷射，不僅克服了進口雷射儀的不足，提高了測量速度，而且價格僅為進口同類產品的40%
二、鑽孔作業
在爬罐平台上人工手風鑽鑽孔，當斜井坡度在45°~60°時，選用帶氣腿的手持式YT20型或YT27、YT28型鑽機。當斜井坡度在60°~90時，可以選用伸縮式手風鑽。2.4米×2.4米導洞鑽孔建議布置圖見圖2。
圖2 2.4m×2.4m導洞鑽孔布置圖
三、爆破作業
鑽孔完成後，人工按爆破參數裝藥，黏土或炮泥堵塞炮孔，非電毫秒雷管和導爆索連線爆破網路，爬罐降至井底作業平台後，人工在作業平台最後連線起爆裝置，進行爆破作業。2.4米×2.4米導井建議爆破參數見表1。
序號 | 參數名稱 | 孔徑（毫米） | 孔深（毫米） | 孔數（毫米） | 單孔裝藥量（千克） |
1 | 空孔 | 40/42 | 1.7 | 1 | 0.4 |
2 | 掏槽孔 | 40/42 | 1.7 | 12 | 0.8~0.9 |
3 | 崩落孔 | 40/42 | 1.5 | 21 | 0.5~0.8 |
4 | 周邊孔 | 40/42 | 1.5 | 5 | 0.3~0.5 |
5 | 合計 | ╱ | ╱ | 39 | ╱ |
說明：（1）循環進尺1.3~1.4米，月進尺70米。（2）鑽孔利用率85%~90%以上。（3）建議中間空孔裝藥30%，以提高鑽孔利用率。 | |||||
四、通風
斜井內部通風采用壓入法，使用爬管軌道內置風管直接送風至掌子面，新鮮氣體從上向下置換廢氣到斜井底部，再經過系統通風裝置排至洞外。
當斜井長度超過120米以後，在斜井10~180米會產生懸浮煙霧俗稱“死亡谷”，這些煙霧不僅影響雷射穿過，而且在作業人員穿越時造成呼吸困難，甚至威脅生命安全。施工中在通風時可將軌道兩根管道都用來通風以增加風量，也可風水聯動加快廢氣排除。
五、軌道延伸及排險
排險分為沿線圍岩鬆動體排除和掌子面危石處理。爆渣下落時對圍岩的撞擊，有可能造成圍岩鬆動，在爬罐上升運行時，必須檢查圍岩發現危石及時排除。到達掌子面後，在頂部防護網保護下，人工清除危石。
掌子面危石清除完成後，延伸軌道，軌道採用膨脹螺栓（爬罐自帶或自製膨脹錨桿）固定在岩壁上。施工中對於Ⅳ、V類圍岩，為防止軌道脫落，不僅採用自製加長膨脹錨桿輔以樹脂錨固劑錨固，而且周圍還應增加鋼筋網和以梅花形布置的樹脂錨桿加固加強。
六、出渣
斜井導井施工爆渣靠自重滾落到斜井底部裝載機配自卸汽車運輸至洞外指定渣場。西龍池斜井2.4米×2.4米導井作業循環進度計畫，見表2。
工序 | 時間（小時） | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
放樣 | ||||||||||||
鑽孔 | ||||||||||||
裝藥 | ||||||||||||
爬罐下行至平台、起爆 | ||||||||||||
通風排煙 | ||||||||||||
危石處理 | ||||||||||||
延長軌道 | ||||||||||||
其他 | ||||||||||||
備註：（1）循環進尺1.3~1.5米，每天兩循環，月平均進尺70米。（2）導井長度在100米以下時，通風排煙時間可以減少到1小時，放樣時間可以縮短至30分鐘。 | ||||||||||||
- 勞動力組織
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》爬罐作業面工作人員表3。
工種 | 每班人數 | 班次 | 全天人數 | 備註 |
工班長 | 1 | 3 | 3 | ╱ |
爬罐操作手 | 2 | 3 | 6 | ╱ |
司鑽手 | 6 | 3 | 18 | ╱ |
空壓機司機 | 1 | 3 | 3 | ╱ |
裝載機司機 | 1 | 3 | 3 | ╱ |
自卸汽車司機 | 2 | 3 | 6 | ╱ |
電工 | 1 | 3 | 3 | ╱ |
調度 | 1 | 3 | 3 | 合計：45名 |
註：技術員、測量工根據需要安排。 | ||||
材料設備
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》所用的材料及設備見表4（只列出爬罐以及主要輔助設備）。
設備名稱 | 規格型號 | 數量（台） | 備註 |
爬罐 | STH-5 | 2 | ╱ |
手風鑽 | YT-27 | 6 | 備用2台 |
裝載機 | ZL50C | 1 | ╱ |
自卸汽車 | 15噸 | 2 | ╱ |
空壓機 | 20立方米/分鐘 | 1 | ╱ |
軸流通風機 | 2X55千瓦 | 1 | ╱ |
軸流通風機 | 32千瓦 | 2 | ╱ |
質量控制
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的質量控制要求如下：
1.以《水工建築物地下開挖工程施工技術規範》為依據進行施工和質量控制。
2.專職測量人員進行雷射指向儀的安裝和調整，定期檢測覆核雷射；掌子面由當班鑽工班長按設計爆破參數，以雷射光斑為為依據布置鑽孔，並將雷射斑點情況、放樣情況和施工情況記錄，有異常情況及時報告調度。
3.為保證爬罐運行安全，導洞頂板必須進行光面爆破，Ⅲ以上圍岩洞壁兩側及頂板均應進行光面爆破。
安全措施
採用《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
1.以《水利水電工程施工安全防護設施技術規範》DL-5162-2002為依據進行安全控制。
2.以STH-5《ALIMAK掘進升降機故障排除與修理手冊》、STH-5《ALIMAK掘進升降機技術要求》、STH-5《ALIMAK掘進升降機使用維護說明書》和STH5《ALIMAK掘進升降機安裝與掘進作業》為依據進行爬罐培訓、安裝、運行、保養和維修控制。
3.不良地質處理：對於Ⅳ、V圍岩或斷層破碎帶，採取加長膨脹錨桿（輔以樹脂錨固劑錨固），周圍以梅花形布置的25樹脂錨桿焊接加固，個別部位可以井身加掛鋼筋網，以保證安全運行。對於滯留水採取排導的方法，即提前鑽排水孔，後期排水孔布置在靠近底版部位。對於小溶洞採取混凝土回填法或鋼支撐拱架法保證爬罐安全通過。對於膠結不好的軟弱斷層，應進行超前管棚或小導管灌漿法處理。
4.爆破安全控制：採用電阻絲點火，為保證安全，應採用特製有金屬包皮的電纜，並經常檢查及時更換損壞電纜，起爆電源必須採用洞內作業和洞外維護雙人控制兩個獨立開關，開關盒應上鎖。
5.為防止通風不良引起爬罐施工人員有害氣體中毒，除加強通風外，為爬罐操作人員配備氧氣袋。
環保措施
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的環保措施如下：
1.在施工過程中，嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章制度，成立環境衛生管理部門，制定環保規章制度，加強施工材料、油料、廢水、廢渣、廢氣以及垃圾等的控制和治理，隨時接受相關單位的監督和檢查。
2.施工現場各種標識、標牌要求醒目、清楚、齊全，整潔文明，做到工完場清。
3.加強環境保護宣傳工作，提高全員環保意識，並在進行安全技術交底時對環保要求也要進行詳細交底。
4.生產廢水、污水按照環境衛生標準進行達標處理，並排放到指定地點；對棄渣和其他廢棄物品按照工程建設的要求指定地點堆存和處理；施工道路定期進行灑水除塵，防止污染周圍環境。
5.為保證作業人員身心健康，除加強通風、延長通風排煙時間外，爬罐必須備用氧氣袋，每班檢查氧氣袋內氧氣是否充足，有無漏氣，如有應及時更換氧氣袋。
套用實例
《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》的套用實例如下：
- 實例1
西龍池抽水蓄能電站引水系統採用一管兩機，兩條平行輸水隧洞，單線最長1859.28米，開挖高差690.3米，最高發電水頭694.5米，正常發電水頭640.0米。單線引水斜洞長756.59米，上斜井長515.474米，坡度56°，下斜長241.9米，坡度60°，設計最大洞徑5.9米，最小洞徑4.82米，馬蹄形洞。斜井穿越地段主要為石灰岩，其中Ⅳ、V占全洞11.3%，多處斷層破碎帶、溶洞和三層滯留水。
斜井採用導洞法施工，為保證工期，上斜井導井採用爬罐和反井鑽對接施工，爬罐自下向上，反井鑽自上向下施工導井，導井在預留岩塞部位貫通。施工中採用中國國產國防雷射儀代替進口雷射儀，不僅解決了中國之外同類雷射儀的不足，而且提高了工效，且儀器價格不到進口同類儀器的40%；採用雙人雙控整流變壓器電阻絲點火，解決廠家不提供點火裝置問題，操作簡單，安全可行；採用綜合地質處理方法，保證爬罐安全運行，施工中未發生一起軌道脫落和人身設備安全事故。在斜井150米以上施工中，月平均進尺60米，最高82米，將前期因種種原因滯後的工期趕回，並在擴挖過程中提前完成引水系統開挖任務，爬罐在上斜井導井施工中安全施工導井382.0米，導井貫通誤差40毫米，洞軸線實際誤差75毫米。
- 實例2
四川田灣仁宗海水庫電站壓力管道上斜井長330米傾角57°，斷面5.8米，圓形洞。斜井採用導井法施工，阿里瑪克爬罐反導井法施工導井，2006年7月開始爬罐安裝，15天完成爬罐安裝調試後開始施工，10月30日導井貫通，月平均進尺70米，導井貫通誤差60毫米，洞軸線實際誤差92毫米，提前20天完成施工計畫。
- 實例3
桐柏抽水蓄能電站位於浙江省天台縣棲霞鄉百丈村，是一座日調節抽水蓄能電站，安裝4台立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，機組單機容量300兆瓦，總裝機容量1200兆瓦。其中引水系統共有兩條斜井，每條斜井軸線總長度為43.12米，其中直線段長度363.12米，傾角50°，斜井開挖直徑10米，襯砌直徑9米。
斜井段上覆岩體厚81.61~415米，圍岩為微風化新鮮的花崗岩，屬Ⅲ類圍岩，發育Ⅲ-Ⅳ級結構面，以陡傾角為主。F22斷層通過斜井，與斜井小交角，且傾角相同。
採用瑞典生產的TH5EE型電機驅動爬罐進行施工。在反導井開挖過程中，有多處湧水及滲漏水（最大達13立方米/小時），採取打深度為4米的超前排水孔，將水引離工作面的方法進行了處理，效果良好。
1號斜井反導井開挖：2002年9月27日開始，2003年1月6日完工；2號斜井反導井開挖：2003年2月21日開始，2003年5月20日完工。每條井開挖完成278米，達到平均93米/月的較快施工進度。
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《斜井導井阿里瑪克爬罐施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。
