ALIMAK爬罐在桐柏抽水蓄能水电站中的应用与研究
郭生智
(佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司，广东 顺德 528300)
摘要：ALIMAK爬罐在我国的水利水电项目施工中曾有过多次应用。本文结合爬罐在浙江省桐柏抽水蓄能电站的应用事例从爬罐的选型，反导井的施工测量，施工安全，爬罐安装平台的施工等各方面进行了介绍和总结。
关键词：ALIMAK； 爬罐； 抽水蓄能
1、概述
桐柏抽水蓄能水电站位于浙江省天台县境内，其输水系统共有两条斜井，斜井开挖洞径10m，衬砌洞径9m，斜井轴线长度为390m，倾角50。斜井的开挖采用正反导井同时开挖，贯通后进行一次扩挖成型的方式。斜井导井断面尺寸为2.5×2.7m，其中正导井开挖完成112m,反导井开挖完成278m。反导井开挖施工采用瑞典ALIMAK公司生产的ALIMAK掘进升降机，一般称为阿力马克爬罐。该设备在中小断面的竖井、斜井或大断面竖井、斜井的反导井开挖中，具有施工安全性能良好，施工进度快的优点。在水电项目的反导井施工中，广州抽水蓄能水电站、浙江天荒坪抽水蓄能水电站等许多大中型水电站均采用阿力马克爬罐进行施工。在桐柏抽水蓄能电站的施工中，虽然受到爬罐通讯、照明等一些配套设施故障及不良地质条件的影响。1输水系统反导井开挖仍然达到平均93m/月的较快施工进度。
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2、阿力马克爬罐的选型及简介
阿力马克爬罐有气动马达、电机驱动、柴油机驱动液压马达三种，前两者分别用输气软管和电缆提供动力，在爬罐安装平台配有绞盘，绞盘采用风动装置，能够自动收放电缆和供风软管。
气动马达的爬罐因为受到输气软管重量的影响，随着爬罐高度的增加，输气软管容易在自重及清撬后下落岩石的冲击下断裂，因此，爬罐的上升高度受到限制。该类型的爬罐最大爬升高度为150m。
在广州抽水蓄能水电站及浙江天荒坪电站斜井的施工中，采用的是柴油机驱动的STH-5D型，该类型的爬罐优点是由于不受收放电缆和供风管的影响，开挖长度可大大增加，最大开挖长度可达1100m。缺点是柴油机排放的废气不易排出，对施工人员的健康影响比较大。在天荒坪电站的施工中，使用该类型的爬罐曾经达到了127m/月的施工进度。
通过对以上几种类型的爬罐进行综合分析，桐柏抽水蓄能电站斜井施工采用了STH-5EE型电机驱动爬罐。该类型的爬罐上升速度0.3m/s，靠重力下降的速度为0.4~0.5m/s,电动机功率为11KW，最大开挖高度为400m，最大开挖长度为900m。它综合了气动马达和柴油机驱动液压马达的优点，实际应用效果比较理想。其主要由主罐、副罐、轨道、开关控制柜、激光定向设备、安装及操作平台、供风、供水、供电、通讯系统等组成。爬罐组
2.1、主罐
主罐顶部有一2.4×2.4m的工作平台，人员在平台上完成钻孔、装药、接轨、清撬等施工工序。钻孔使用2台YT24式气腿式手风钻。
2. 2、副罐
副罐为主罐提供救援、维修、人员及材料运输等作用。主副罐公用一条轨道，各自独
立运行。爬罐上由齿轮沿轨道的齿槽爬升。
2. 3、供风、供水、供电
轨道内设有四条管道系统，其中两条管道向工作面供水，另外两条管道负责风钻供气及爆破后的轨道通风。
2.4、通讯系统
爬罐和安装平台上的操作控制柜之间采用电话进行联系，爬罐的电缆内有两条导线起到通讯线路的作用。但是，在爬罐投入运行前发现，该套设备通讯系统存在故障。为此，对通讯系统进行了改造，采用无线电对讲机进行通讯联系。因为无线电对讲机信号通过弯段后大为减弱，后进行了技术改造，使放置在爬罐安装平台上的操作控制台和爬罐上施工人员之间能够使用对讲机进行联系。在反导井开挖完成，斜长达278m时，通话质量仍然清晰可靠。
2.5、轨道
轨道分为用于直线段的直轨和用于曲线段的弧型轨两种规格。其中直轨长度有1m和2m两种。弧型轨道有中心角3、7、8和25四种，可以按照需要组成不同曲率半径的圆弧。
3、施工措施
3.1、领先导井开挖
爬罐轨道安装前，先在反导井井口开挖领先导井，使爬罐能由下平洞进入斜井段，保证反导井正常施工。领先导井采用搭脚手架的方式进行钻孔开挖，开挖深度为5m，断面尺寸同反导井。
3.2爬罐安装平台的设计及施工
爬罐安装之前，先在下平洞内进行爬罐安装平台的施工。安装平台由型钢制作，由Ф25锚杆固定。因为工期紧，若使用砂浆锚杆，则等强时间长。另外，安装平台上有施工人员，平台上还需布置电缆绞盘、操作控制柜，供水系统等，必须保证平台的绝对安全。为此，锚杆的固定采用了自备水剂式锚固剂。在锚杆打插完成后，对锚杆又进行了拉拔力实验，平均单根锚杆拉拔力大于20T。该安装平台保证了爬罐设备的安全，为爬罐顺利安装创造了条件。爬罐安装平台的设计及施工、爬罐安装的施工进度都得到了业主及爬罐生产商的
一致肯定。
3.3、爆破设计
爆破造孔用YT24气腿式手风钻钻在主罐上进行，开挖断面2.5×2.7m。采用乳化炸药、非电雷管分段引爆。主要爆破参数如下：
按照本设计爆破后，导洞开挖成型理想，爆破后石渣粒径均匀，石渣下落过程中对轨道、电缆、电缆架及激光定向仪的损伤较轻。
3.4、出渣
反导井开挖石渣顺导井溜至下平洞后运出。
3.5、不良地质条件处理
在反导井开挖过程中，有多处涌水及渗漏水，经测量，最大水量可达13m/h，后采取了打深度为4m的超前排水孔，将水引离工作面的方式进行了处理，效果良好。
3.6、测量放样
在反导井开挖20m后，安装激光定向仪，用膨胀螺栓将激光定向仪安装在岩壁上。 在反导井开挖过程中，必须保证轨道的安装精度。如果轨道安装精度不高，导致轨道逐渐偏斜，则必须在以后的轨道安装中使用弯轨进行调整。否则会使爬罐无法通过或者轨道无法进行接长。然而，对于爬罐安装轨道的精度控制要求，设备说明上没有具体要求，也没有现成的规范可作为依据。结合具体实践，施工方提出了按照±5mm的精度进行控制。实践证明，按照该精度进行控制可在满足施工要求的条件下保证施工进度。
3.7、爆破点火
在浙江天荒坪抽水蓄能水电站的施工中，爬罐的爆破点火装置采用中国水利水电第一工程局技术人员发明的风压启动火雷管装置进行起爆，该套起爆设施安全、可靠。桐柏电站的施工中，STH-5EE型爬罐要求采用电雷管起爆，该种点火方式采用的是瑞典工业安全署的有关安全规定。但是按照我国水利电力部颁布的《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》，“洞井爆破宜优先采用塑料导爆管引爆。在杂散电流较大或用吊罐法施工时，则必须采用”的要求，若在爬罐施工中使用电雷管起爆，会因杂感电流的原因产生意外的爆炸。为此施工方对爬罐的点火装置进行了技术改造，采用导爆管起爆，使之符合我国的有关安全规定。实践证明，改造后的起爆方式经济、安全、可靠。
3.8、施工安全
在施工过程中，安全问题是一个最重要的问题。如果主罐在运行过程中出现故障，则可利用副罐进行救援及维修工作。对主、副罐来说，爬罐设计除了考虑到一些正常施工运行中的安全防护外，对爬罐运行中的失控问题进行了重点防护。主、副罐制动系统均由一个手动制动器、两个离心式制动器组成。在正常情况下，采用手动制动器及电源对爬罐进行制动控制。在手动制动器受到损坏的情况下，若爬罐失去控制，则当爬罐速度达到0.9m/s时，两个离心式制动器自动启动，直到爬罐缓慢停下来为止。为了确保万无一失，施工方
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对主罐及副罐的安全装置进行了空载及负载试验。试验结果，各项安全性能满足要求。
阿里马克爬罐目前是国内外陡倾角、长斜井施工的最常采用的设备。采用该套设备开挖斜井，不仅进度快，而且安全性好。鲁布革水电站排水斜井的施工中，曾经创造了最高月进尺达180m的记录，但也出现了15人次的轻伤事故。在桐柏电站的1输水系统斜井施工中最高月进尺达120m，未发生一起轻伤或轻伤以上安全事故，这在同类型的斜井施工当中是比较难得的。总结原因，主要有以下方面：
ALIMAK爬罐自从七十年代初问世以来，经过多年的实践与完善，其安全性能已趋于稳定。但施工方在征得ALIMAK公司同意后对爬罐进行的一些技术改造也对施工安全起到了至关重要得作用。
虽然1斜井位于关键线路上，工期比较紧。但是参建各方抓进度，更重视安全。曾经多次组织人员对爬罐进行安全检查，发现问题及时处理，防止爬罐带病运行。爬罐经过多次停工处理，虽然进度受到影响，但是安全得到了保证。
落实人员培训制度、安全技术交底制度、施工交接班制度、安全责任制等各项管理制度，从管理上杜绝了安全隐患。
4、经验与体会
ALIMAK爬罐在运行过程中，整体性能是良好的。但是也存在一些问题。
4.1、爬罐在经过外方的多次安装调试后，通讯系统一直不能正常使用。施工方另外安装了一套通讯系统才满足需要。据外方称，这种情况在其它地方也曾出现。说明该设备的通讯系统仍需完善。
4.2、该类型爬罐说明书要求爆破起爆采用电雷管引爆，这种起爆方式安全性能有待改进。虽然施工方采用了导线引燃火雷管的改进方式，但相比之下，认为曾经在天荒坪电站中采用过的风动引爆方式更优。
4.3、与外方签定类似合同时，必须充分考虑到各种可能发生的对我方不利因素。由于本次与外方的设备合同对一些问题考虑不周，使安装调试工期过长、设备缺陷等问题失去了索赔依据。
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作者简介：郭生智（1972—），男，助理工程师，曾从事多个大中型抽水蓄能水电站的施工工作，现从事水利水电工程勘测设计工作。
ALIMAK爬罐在桐柏抽水蓄能水电站中的应用与研究
郭生智
(佛山市顺德区水利水电勘测设计院有限公司，广东 顺德 528300)
摘要：ALIMAK爬罐在我国的水利水电项目施工中曾有过多次应用。本文结合爬罐在浙江省桐柏抽水蓄能电站的应用事例从爬罐的选型，反导井的施工测量，施工安全，爬罐安装平台的施工等各方面进行了介绍和总结。
关键词：ALIMAK； 爬罐； 抽水蓄能
1、概述
桐柏抽水蓄能水电站位于浙江省天台县境内，其输水系统共有两条斜井，斜井开挖洞径10m，衬砌洞径9m，斜井轴线长度为390m，倾角50。斜井的开挖采用正反导井同时开挖，贯通后进行一次扩挖成型的方式。斜井导井断面尺寸为2.5×2.7m，其中正导井开挖完成112m,反导井开挖完成278m。反导井开挖施工采用瑞典ALIMAK公司生产的ALIMAK掘进升降机，一般称为阿力马克爬罐。该设备在中小断面的竖井、斜井或大断面竖井、斜井的反导井开挖中，具有施工安全性能良好，施工进度快的优点。在水电项目的反导井施工中，广州抽水蓄能水电站、浙江天荒坪抽水蓄能水电站等许多大中型水电站均采用阿力马克爬罐进行施工。在桐柏抽水蓄能电站的施工中，虽然受到爬罐通讯、照明等一些配套设施故障及不良地质条件的影响。1输水系统反导井开挖仍然达到平均93m/月的较快施工进度。
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2、阿力马克爬罐的选型及简介
阿力马克爬罐有气动马达、电机驱动、柴油机驱动液压马达三种，前两者分别用输气软管和电缆提供动力，在爬罐安装平台配有绞盘，绞盘采用风动装置，能够自动收放电缆和供风软管。
气动马达的爬罐因为受到输气软管重量的影响，随着爬罐高度的增加，输气软管容易在自重及清撬后下落岩石的冲击下断裂，因此，爬罐的上升高度受到限制。该类型的爬罐最大爬升高度为150m。
在广州抽水蓄能水电站及浙江天荒坪电站斜井的施工中，采用的是柴油机驱动的STH-5D型，该类型的爬罐优点是由于不受收放电缆和供风管的影响，开挖长度可大大增加，最大开挖长度可达1100m。缺点是柴油机排放的废气不易排出，对施工人员的健康影响比较大。在天荒坪电站的施工中，使用该类型的爬罐曾经达到了127m/月的施工进度。
通过对以上几种类型的爬罐进行综合分析，桐柏抽水蓄能电站斜井施工采用了STH-5EE型电机驱动爬罐。该类型的爬罐上升速度0.3m/s，靠重力下降的速度为0.4~0.5m/s,电动机功率为11KW，最大开挖高度为400m，最大开挖长度为900m。它综合了气动马达和柴油机驱动液压马达的优点，实际应用效果比较理想。其主要由主罐、副罐、轨道、开关控制柜、激光定向设备、安装及操作平台、供风、供水、供电、通讯系统等组成。爬罐组
2.1、主罐
主罐顶部有一2.4×2.4m的工作平台，人员在平台上完成钻孔、装药、接轨、清撬等施工工序。钻孔使用2台YT24式气腿式手风钻。
2. 2、副罐
副罐为主罐提供救援、维修、人员及材料运输等作用。主副罐公用一条轨道，各自独
立运行。爬罐上由齿轮沿轨道的齿槽爬升。
2. 3、供风、供水、供电
轨道内设有四条管道系统，其中两条管道向工作面供水，另外两条管道负责风钻供气及爆破后的轨道通风。
2.4、通讯系统
爬罐和安装平台上的操作控制柜之间采用电话进行联系，爬罐的电缆内有两条导线起到通讯线路的作用。但是，在爬罐投入运行前发现，该套设备通讯系统存在故障。为此，对通讯系统进行了改造，采用无线电对讲机进行通讯联系。因为无线电对讲机信号通过弯段后大为减弱，后进行了技术改造，使放置在爬罐安装平台上的操作控制台和爬罐上施工人员之间能够使用对讲机进行联系。在反导井开挖完成，斜长达278m时，通话质量仍然清晰可靠。
2.5、轨道
轨道分为用于直线段的直轨和用于曲线段的弧型轨两种规格。其中直轨长度有1m和2m两种。弧型轨道有中心角3、7、8和25四种，可以按照需要组成不同曲率半径的圆弧。
3、施工措施
3.1、领先导井开挖
爬罐轨道安装前，先在反导井井口开挖领先导井，使爬罐能由下平洞进入斜井段，保证反导井正常施工。领先导井采用搭脚手架的方式进行钻孔开挖，开挖深度为5m，断面尺寸同反导井。
3.2爬罐安装平台的设计及施工
爬罐安装之前，先在下平洞内进行爬罐安装平台的施工。安装平台由型钢制作，由Ф25锚杆固定。因为工期紧，若使用砂浆锚杆，则等强时间长。另外，安装平台上有施工人员，平台上还需布置电缆绞盘、操作控制柜，供水系统等，必须保证平台的绝对安全。为此，锚杆的固定采用了自备水剂式锚固剂。在锚杆打插完成后，对锚杆又进行了拉拔力实验，平均单根锚杆拉拔力大于20T。该安装平台保证了爬罐设备的安全，为爬罐顺利安装创造了条件。爬罐安装平台的设计及施工、爬罐安装的施工进度都得到了业主及爬罐生产商的
一致肯定。
3.3、爆破设计
爆破造孔用YT24气腿式手风钻钻在主罐上进行，开挖断面2.5×2.7m。采用乳化炸药、非电雷管分段引爆。主要爆破参数如下：
按照本设计爆破后，导洞开挖成型理想，爆破后石渣粒径均匀，石渣下落过程中对轨道、电缆、电缆架及激光定向仪的损伤较轻。
3.4、出渣
反导井开挖石渣顺导井溜至下平洞后运出。
3.5、不良地质条件处理
在反导井开挖过程中，有多处涌水及渗漏水，经测量，最大水量可达13m/h，后采取了打深度为4m的超前排水孔，将水引离工作面的方式进行了处理，效果良好。
3.6、测量放样
在反导井开挖20m后，安装激光定向仪，用膨胀螺栓将激光定向仪安装在岩壁上。 在反导井开挖过程中，必须保证轨道的安装精度。如果轨道安装精度不高，导致轨道逐渐偏斜，则必须在以后的轨道安装中使用弯轨进行调整。否则会使爬罐无法通过或者轨道无法进行接长。然而，对于爬罐安装轨道的精度控制要求，设备说明上没有具体要求，也没有现成的规范可作为依据。结合具体实践，施工方提出了按照±5mm的精度进行控制。实践证明，按照该精度进行控制可在满足施工要求的条件下保证施工进度。
3.7、爆破点火
在浙江天荒坪抽水蓄能水电站的施工中，爬罐的爆破点火装置采用中国水利水电第一工程局技术人员发明的风压启动火雷管装置进行起爆，该套起爆设施安全、可靠。桐柏电站的施工中，STH-5EE型爬罐要求采用电雷管起爆，该种点火方式采用的是瑞典工业安全署的有关安全规定。但是按照我国水利电力部颁布的《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》，“洞井爆破宜优先采用塑料导爆管引爆。在杂散电流较大或用吊罐法施工时，则必须采用”的要求，若在爬罐施工中使用电雷管起爆，会因杂感电流的原因产生意外的爆炸。为此施工方对爬罐的点火装置进行了技术改造，采用导爆管起爆，使之符合我国的有关安全规定。实践证明，改造后的起爆方式经济、安全、可靠。
3.8、施工安全
在施工过程中，安全问题是一个最重要的问题。如果主罐在运行过程中出现故障，则可利用副罐进行救援及维修工作。对主、副罐来说，爬罐设计除了考虑到一些正常施工运行中的安全防护外，对爬罐运行中的失控问题进行了重点防护。主、副罐制动系统均由一个手动制动器、两个离心式制动器组成。在正常情况下，采用手动制动器及电源对爬罐进行制动控制。在手动制动器受到损坏的情况下，若爬罐失去控制，则当爬罐速度达到0.9m/s时，两个离心式制动器自动启动，直到爬罐缓慢停下来为止。为了确保万无一失，施工方
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对主罐及副罐的安全装置进行了空载及负载试验。试验结果，各项安全性能满足要求。
阿里马克爬罐目前是国内外陡倾角、长斜井施工的最常采用的设备。采用该套设备开挖斜井，不仅进度快，而且安全性好。鲁布革水电站排水斜井的施工中，曾经创造了最高月进尺达180m的记录，但也出现了15人次的轻伤事故。在桐柏电站的1输水系统斜井施工中最高月进尺达120m，未发生一起轻伤或轻伤以上安全事故，这在同类型的斜井施工当中是比较难得的。总结原因，主要有以下方面：
ALIMAK爬罐自从七十年代初问世以来，经过多年的实践与完善，其安全性能已趋于稳定。但施工方在征得ALIMAK公司同意后对爬罐进行的一些技术改造也对施工安全起到了至关重要得作用。
虽然1斜井位于关键线路上，工期比较紧。但是参建各方抓进度，更重视安全。曾经多次组织人员对爬罐进行安全检查，发现问题及时处理，防止爬罐带病运行。爬罐经过多次停工处理，虽然进度受到影响，但是安全得到了保证。
落实人员培训制度、安全技术交底制度、施工交接班制度、安全责任制等各项管理制度，从管理上杜绝了安全隐患。
4、经验与体会
ALIMAK爬罐在运行过程中，整体性能是良好的。但是也存在一些问题。
4.1、爬罐在经过外方的多次安装调试后，通讯系统一直不能正常使用。施工方另外安装了一套通讯系统才满足需要。据外方称，这种情况在其它地方也曾出现。说明该设备的通讯系统仍需完善。
4.2、该类型爬罐说明书要求爆破起爆采用电雷管引爆，这种起爆方式安全性能有待改进。虽然施工方采用了导线引燃火雷管的改进方式，但相比之下，认为曾经在天荒坪电站中采用过的风动引爆方式更优。
4.3、与外方签定类似合同时，必须充分考虑到各种可能发生的对我方不利因素。由于本次与外方的设备合同对一些问题考虑不周，使安装调试工期过长、设备缺陷等问题失去了索赔依据。
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作者简介：郭生智（1972—），男，助理工程师，曾从事多个大中型抽水蓄能水电站的施工工作，现从事水利水电工程勘测设计工作。