大直徑非預應力筒倉設計在某礦井選煤廠中的應用

王 彬，何玉平，侯迎霞

中煤邯鄲設計有限責任公司，河北邯鄲 056031

1 工程概況

本工程位于山西昔陽縣境內，在縣城西南約9.0km，該礦井工業場地位于山坡下，地形是一個狹長地段。該原煤倉為鋼筋混凝土非預應力結構，直徑30m，總高度50.3m，倉上建有一層建筑，抗震設防烈度七度（設計基本地震加速度值0.10g），抗震設防類別為標準設防類別（丙類），結構安全等級二級，生產類別丙類，頂部框架抗震等級三級。基礎采用筏板基礎。

2 工程地質

寺家莊礦井選煤廠地處在巴洲河河床內。整個工業場地總的地勢是西高東底，南高北低，南部有山體分布，背靠山體面向河流，地勢狹長，原煤倉位于場地西南部的山上，地形標高介于937.0m～957.0m之間。該山體由灰黃色及紫色泥巖組成，表層泥巖呈強-中等風化，風化裂隙較發育，裂隙走向多為近南北向，寬度一般為3mm～5mm，局部可達10mm～20mm裂隙已被泥質成分充填，泥巖傾向南偏西30°～40°（即傾向山體方向），傾角較小，一般在8°～10°，巖層厚度較大，一般為80mm～100m，泥巖中含較多的砂質成分，巖體穩定。

3 設計思路

受場地限制，工藝布置只能把原煤倉放到山坡上，且需要建造30m大直徑儲煤倉。目前國內建造的30m直徑筒倉按筒倉規范要求應采用預應力結構形式，如果采用非預應力結構形式需要的倉壁會很厚，配筋量會很大，不經濟，且國內現有已建成的30m直徑筒倉都是采用預應力結構形式。

為了減少開挖量，減少對山體的破壞及周圍環境的影響，在對投資、工期、環境等一系列因素的綜合考慮分析，根據原煤倉所處的特殊地理位置及場地的地質條件，我院專家經過數次開會討論，多次方案論證比較，最后討論決定，利用原煤倉所在位置的特殊天然地質條件，依山就勢建造一個直徑30m的非預應力新型筒倉（原煤倉立面見圖1）。

原煤倉最終設計方案定為倉漏斗標高以下部分為直徑22m的圓形筒壁，22m直徑筒壁與30m直徑倉壁連接處做了400mm厚的環墻，環墻以60度的傾角向上與30m直徑的倉壁相交，環墻與倉壁相交處繞倉壁作一圈條形基礎。該原煤倉的內部設有一個直徑為7m的倉中倉，里面設置螺旋溜槽（針對寺家莊礦井煤的用途設置）。考慮到原煤倉建在山體中，按常規漏斗上部倉壁上應設破拱器，用破拱器來消除煤的堵塞（因為時間久煤在倉內容易形成拱，堵塞煤的卸落，所以需要用破拱器來破壞拱的形成）。由于此處原煤倉四周有山體圍護，設破拱器的方法在此行不通。為了解決煤長時間不形成拱堵塞漏斗，把漏斗與倉壁及漏斗與漏斗之間用填料做成雙曲線的光滑曲面形式，使倉壁內不形成凹角，填成凸角，這樣煤就不會積聚，不形成拱，可以使煤順利流下。為了更穩妥些，在7m直徑的小倉內沿圓均勻設置4個直徑DN100圓孔，如果由于特殊情況形成堵塞可以在此人工用工具破壞拱，消除堵塞。

由于有山體的束縛，倉壁就可以不用考慮裂縫，而煤對倉壁的外壓力也不用考慮，只需計算山體本身對倉壁擠壓的壓力，由此來考慮倉壁厚度。

山體壓力計算：

由圍巖垂直壓力公式：

q垂=0.45×26-Sγω,

式中：S-圍巖類別，γ-圍巖容重，ω-跨度影響系數

計算出圍巖垂直壓力：

q垂=0.45×26-3×27×3.5=340kN/m2,

產生圍巖水平壓力：

q平=q垂/3=340/3=113kN/m2

根據《鋼筋混凝土筒倉設計規范》確定30m直徑倉采用構造壁厚400mm，經計算400厚倉壁能夠承擔均勻山體壓力：

N=0.9×0.5×14.3×400×1000=2574kN/m2＞113kN/m2

圖1

在開挖過程中，施工單位為開挖方便，在山體一側打開一個施工通道，破壞了部分山體，為了使筒倉形成一個理想的山體環抱狀態，把施工通道部分采用厚的毛石混凝土封堵，封堵的毛石混凝土擋墻厚度經過計算確定，使擋墻能夠抵抗特殊情況下發生的山體推力。

4 施工方法

5 結論

經過多次施工方案比較，決定在山坡上從上往下像挖井式開挖，使其形成一個漏斗上部為直徑約30.8m的豎井，漏斗下部分開挖成直徑約23m的豎井。在開挖過程中，為了施工安全，防止山體有部分碎石脫落，讓施工單位邊開挖邊采取用錨桿支護形式支護，并且要求施工單位派專人檢測山體的位移情況，保證在開挖工程中施工的安全性。在超挖較多的地方讓施工單位在澆注筒壁及倉壁時先用毛石混凝土補齊，超挖較少的部分用素混凝土找齊，澆注筒壁及倉壁時內部支護模板，外部就以山體作為模板來施工。

該筒倉已施工完成，我們密切跟蹤筒倉的施工全過程，了解施工動態，施工中沒有遇到太大的困難，施工進程比較順利。筒倉主體施工時間7個月，主體投資1 200多萬元。兩個結構形式的筒倉比較，非預應力倉比預應力倉開挖量少19 000m3土方，工期上少3個月左右，主體投資少400多萬元。

寺家莊礦井選煤廠原煤倉是筒倉設計的新突破，該原煤倉的設計為今后設計特殊類型筒倉積累了經驗，推進了筒倉設計新思路，為今后遇到類似地形情況設計筒倉提供借鑒，可作為設計參考。