立井井塔建安工程綜合施工新技術(shù)

楊益明，黃家貧，諶喜華，曹月芹，馬智民

(中煤第五建設(shè)有限公司，江蘇徐州 221016)

1 前言

山東省新汶礦業(yè)集團龍固礦井位于巨野縣龍固鎮(zhèn)，1#主井提升系統(tǒng)包括井塔建筑、井筒裝備、永久提升機等工程項目。

井塔平面軸線尺寸為 22 m×18．5 m，高81．35 m，共分12層，鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，主體為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屋面為空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

井筒有效直徑5．5 m，井深854．8 m，井口標(biāo)高+44．8 m，有玻璃鋼罐道4趟，罐道梁132層，三趟排水管，一趟壓風(fēng)管，5根動力電纜，5根信號控制電纜，標(biāo)準(zhǔn)層間距6 m。

井塔+63．8 m標(biāo)高的絞車大廳內(nèi)安裝瑞典ABB公司JKM-4．5×6塔式多繩摩擦輪提升機1臺，采用懸臂直聯(lián)交流同步電動機拖動。

2 施工方案

2．1 總體施工方案

本著安全、優(yōu)質(zhì)和快速施工的原則，在施工工序安排時盡量采用平行作業(yè)法，即土建工程與安裝工程平行作業(yè)，機械設(shè)備安裝與電氣設(shè)備安裝平行作業(yè)，井口設(shè)備安裝與井底設(shè)備安裝平行作業(yè)，盡量縮短施工工期。

1)礦建井筒工程施工結(jié)束后，進行臨時封口，開始施工井塔樁基。樁基施工完成后，進行永久鎖口和井塔基礎(chǔ)施工以及井筒裝備構(gòu)件的加工。井塔主體滑模施工的同時進行井筒裝備施工，用提升機和鑿井絞車的布置和臨時車房施工。

2)井塔第6層樓面施工完成［1］，并拆除其施工用滿堂腳手架后［2］，將第5層樓面(標(biāo)高+23．5 m)上的提升孔、設(shè)備吊裝孔分別用密排工字鋼及鋼蓋板密封，在井塔第4層樓面(標(biāo)高+18．7 m)布置井筒裝備施工用天輪平臺和天輪，并在井塔第4層?xùn)|、西兩側(cè)塔壁預(yù)留出提升鋼絲繩出繩孔，與安裝好的提升機和鑿井絞車形成井筒裝備安裝臨時提升系統(tǒng)。

3)臨時提升系統(tǒng)形成后，進行井筒裝備安裝工程施工。同時，井塔工程繼續(xù)施工至塔頂。然后利用井筒裝備施工用的奪罐道(或奪管子)鑿井絞車吊裝絞車大廳的雙梁起重機，再安裝井塔屋面網(wǎng)架。

4)利用雙梁起重機將永久提升機的滾筒、電動機等構(gòu)件吊至井塔內(nèi)各對應(yīng)安裝樓層后，同時進行提升機設(shè)備和井筒裝備安裝，井塔內(nèi)第6層及以上構(gòu)件安裝以及井塔內(nèi)樓梯、電梯等工程施工也同時進行。

5)井筒裝備安裝完成后，下放并敷設(shè)電纜、尾繩，拆除大臨設(shè)施，將井筒臨時封口，進行井塔內(nèi)第6層以下構(gòu)件安裝、井口井底裝卸載設(shè)備安裝、井口空氣加熱室設(shè)備安裝，同時進行井塔室內(nèi)外裝飾施工和水電暖安裝。

6)提升機安裝調(diào)試完成后，開始纏繩掛箕斗，安裝井上下提升信號，最后進行整個系統(tǒng)的聯(lián)合試運轉(zhuǎn)。

立井井塔建安工程綜合施工工藝流程及現(xiàn)場布置如圖1～圖3所示。

圖1 立井井塔建安工程綜合施工工藝流程Fig．1 Tower construction engineering shaft well integrated construction process

圖2 井塔與井筒裝備平行作業(yè)工藝示意圖Fig．2 Well tower and shaft equipment process diagram of parallel operations

圖3 施工現(xiàn)場平面布置圖Fig．3 Construction site layout plan

2．2 井塔施工方案

1)井塔主體采用液壓滑模工藝“澆一滑一”施工［3］。滑模機具在-1．65 m基礎(chǔ)頂面進行組裝，先滑升塔壁及壁柱，預(yù)留梁窩、板槽，模板空滑到上一層板頂標(biāo)高時停歇，施工完該層平臺再繼續(xù)滑升，依次循環(huán)施工。正常滑升施工順序為:綁扎鋼筋、預(yù)埋鐵件→模板滑升→支撐桿安裝及加固→澆筑混凝土。

2)各層現(xiàn)澆板鋼筋與剪力墻連接采用預(yù)留板槽及現(xiàn)場植筋等方法。門窗洞口過梁側(cè)模同井塔壁一起滑升，底模采用支模施工。

3)滑升過程中，內(nèi)框架柱鋼筋綁扎成型與井塔同時滑升。

4)屋面網(wǎng)架待主體滑模施工完成后［4］，滑模機具拆除完畢再進行安裝。

2．3 井筒裝備施工方案

井筒裝備安裝采用6層吊盤從下往上一次成井法施工。

施工順序為:施工準(zhǔn)備(安裝鑿井絞車和提升絞車，天輪平臺改裝和吊盤組裝)→封口盤安裝→測量放線→下放吊盤、卡基準(zhǔn)線→井底裝備安裝→井筒標(biāo)準(zhǔn)段安裝。標(biāo)準(zhǔn)段安裝時，1層盤作為保護盤，盤上設(shè)信號室，擺放風(fēng)包、防爆開關(guān)和氧氣瓶;2層盤為主作業(yè)盤，放置乙炔瓶、風(fēng)錘、風(fēng)動扳手等，負(fù)責(zé)號眼、打眼和裝錨桿;3層盤也是主作業(yè)盤，負(fù)責(zé)安裝托架、罐道梁和平臺板等構(gòu)件;3～6層盤負(fù)責(zé)安裝罐道、管路、梯子間欄網(wǎng)等。各層盤平行作業(yè)，互相聯(lián)系，互不干擾。

2．4 永久提升機安裝施工方案

永久提升機采用常規(guī)施工工藝進行安裝。施工順序為:提升中心線、主軸中心線布設(shè)、復(fù)核→設(shè)備開箱驗收→設(shè)備基礎(chǔ)板找平→提升機設(shè)備安裝(與井塔裝飾工程交叉平行作業(yè))。提升機設(shè)備安裝時，先安裝主軸裝置，然后以主軸裝置為基準(zhǔn)安裝電動機，最后安裝制動盤、液壓站等輔助設(shè)備。安裝時，機械設(shè)備和電氣設(shè)備同時進行，盡量縮短工期。

3 井塔+16．68 m框架梁強度驗算

井筒裝備安裝時，利用井塔+18．7 m平臺布置天輪(見圖4)，增加了大量載荷，因此必須對該平臺框架梁強度進行驗算。

圖4 +18．68 m天輪平臺布置圖Fig．4 +18．68 m sheave platform

3．1 +18．68 m框架梁(布置天輪平臺)受力荷載

3．1．1 鋼絲繩

鋼絲繩 4根，型號 18×7-φ36-170(特)，繩重P=5．05 kg/m，每根鋼絲繩最大破斷拉力總和80059．2 kg，鋼絲繩自重 G1=880 ×4 ×5．05=17776 kg。

3．1．2 吊盤

吊盤盤面重10000 kg，立柱3500 kg，吊盤上設(shè)備及構(gòu)件1000 kg。

吊盤最大載物重量:G2=10000+3500+1000=14500 kg。

3．1．3 天輪

φ3 m 天輪，1 個，3290 kg/個;φ0．65 m 天輪，4 個，230 kg/個;φ1 m 天輪，4 個，670 kg/個。天輪重量合計:G3=3290+230×4+670×4=6890 kg。

3．1．4 工字鋼梁

承載天輪采用工字鋼梁，3道主梁，11道次梁，工字鋼梁采用預(yù)埋鋼板與+18．68 m框架梁連接。

主梁 N-1，3道，重量 115．108×11×3=3798．564 kg;次梁 N-2，1 道，重量73．878 ×3．5 ×1=258．573 kg;次梁 N-3，4 道，重量115．108 ×6．8×4=3130．938 kg;次梁 N-4，2 道，重量 73．878 ×6．8 × 2=1004．741 kg;次梁 N-5，1 道，重量115．108×4．0 ×1=460．432 kg;工字鋼梁總重:G4=3798．564+258．573+3130．938+1004．741+460．432=8653．248 kg。

3．1．5 施工活荷載

井筒裝備施工時，吊盤上的施工活荷載包括施工人員和臨時放置的鋼梁，按Q=2800 kg考慮。

3．1．6 組合荷載

F=rG×(G1+G2+G3+G4)+rQ×Q=1．2×(17776+14500+6890+8653．248)+1．4 ×2800=61303．10 kg。式中，rG為永久荷載分項系數(shù) ，取1．2;rQ為可變荷載分項系數(shù) ，取1．4。

3．2 +18．68 m 框架梁受力驗算

根據(jù)荷載分布特點，框架梁按鉸支座假設(shè)，天輪系統(tǒng)傳遞荷載按梁跨中受集中荷載考慮。

3．2．1 +18．68 m 框架梁設(shè)計參數(shù)

梁截面300 mm×800 mm，混凝土強度C40，受拉鋼筋4×φ22，受壓鋼筋6×φ25，梁兩端上部分別增加5×φ25和6×φ22的端部鋼筋。+18．68 m框架梁受力簡圖如圖5所示。

圖5 +18．68 m框架梁受力簡圖Fig．5 +18．68 m frame beams of the force diagram

3．2．2 +18．68 m 框架梁強度驗算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，受拉鋼筋的最小配筋率為 0．002 和 0．45ft/fy中的較大值［5］，0．45ft/fy=0．45 ×1．71/300=0．002565 ＞0．002，取ρmin=0．003。As=760 mm2，As′=2945 mm2。

As，min=0．003 × 300 × 800=720 mm2＜ As=760 mm2，滿足要求。X=(fyAs-fy′As′)/a1fcb=(300 × 760-335 ×2945)/1．0 ×19．1 ×300= -132．40

x＜ ξbh0=0．550 ×760=418 m，且 x＞2as′=80 m，取 x=418 m。

M1=(F/2)l/4=(61303．1/2)×7．7 ×10 ×10-3/4=590 kN·m。

M2=a1fcbx(h0-x/2)+fy′As′(h0-as′)=1．0×19．1×300×418×(760-418/2)+335×2945×(750-40)=20．2×108N·mm=2010 kN·m。

式中，M1為布置天輪平臺后框架梁的彎矩值;M2為框架梁的允許彎矩值。

因M2＞M1，所以在+18．68 m框架梁上布置臨時天輪平臺能夠滿足荷載受力要求。

4 施工技術(shù)特點

1)井塔土建工程和井筒裝備、提升機設(shè)備安裝平行作業(yè)，提升機、機電設(shè)備安裝平行作業(yè)，井上下裝、卸載設(shè)備安裝平行作業(yè)，縮短了立井提升系統(tǒng)建安工程的施工工期，降低了施工費用。

2)井塔采用液壓滑模施工工藝避免了因外腳手架的搭設(shè)影響建筑工程與井筒裝備安裝工程之間的平行作業(yè)，節(jié)約了大量周轉(zhuǎn)材料，施工速度快，施工成本低，在封閉的滑模平臺上施工，安全和質(zhì)量更有保證。

3)井筒裝備安裝采用6層吊盤從下往上一次成井法施工［6］，1層盤作保護盤，2層、3層盤安裝錨桿、托架、鋼梁和電纜支架，4～6層盤安裝罐道和管路，各層盤交叉平行作業(yè)，速度快，質(zhì)量好，安全也有保證。

4)該項技術(shù)井塔先行施工，井筒裝備施工時需重新布置臨時提升機和鑿井絞車［7］。在井塔上布置天輪平臺，需在塔壁上預(yù)留提升鋼絲繩孔洞，對塔壁的結(jié)構(gòu)有一定影響。

5)由于多重上、下交叉平行作業(yè)，對井塔施工和井筒裝備安裝防墜要求比較嚴(yán)格，安全施工管理難度較大。

5 結(jié)語

龍固煤礦1#主井提升系統(tǒng)采用立井井塔建安工程綜合施工新技術(shù)，充分利用井塔建筑和井筒裝備、提升機設(shè)備安裝之間不同專業(yè)施工的技術(shù)特點，合理組織井塔與井筒裝備安裝大臨工程、井塔與井筒裝備、井塔裝飾與提升機安裝的平行作業(yè)，實現(xiàn)了立井提升系統(tǒng)建安工程快速、優(yōu)質(zhì)、高效、安全施工。該工程于2008年榮獲山東省優(yōu)質(zhì)工程，該礦井于2010年榮獲中國建設(shè)工程“魯班獎”。

［1］中國建筑科學(xué)研究院．JGJ 3—2002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［2］中國建筑科學(xué)研究院．GB 50204—2002 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［3］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50113—2005 滑動模板工程技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005．

［4］中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 65—1989 液壓滑動模板施工安全技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1989．

［5］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50010—2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［6］楊益明，馬智民，田德文，等． 立井井筒機電安裝工法．YJGF348—2006［S］．

［7］馬智民．井塔提升系統(tǒng)混合施工工藝探討［J］．能源技術(shù)與管理，2008(5):102-115．