大直徑筒倉滑模拖帶鋼結構倉頂施工過程與監測

趙少偉，夏立春

(河北工業大學 土木工程學院，天津 300401)

筒倉作為貯存散體物料的構筑物，具有便于機械化操作、損耗少、保護環境和節約土地等優點，因此廣泛應用于水泥、煤炭、糧食、現代物流等行業.近些年來，隨著人們生產需求的不斷提高，筒倉朝著大型化的趨勢發展，同時也對筒倉的施工技術提出了更高的要求[1].目前，國內外大直徑筒倉常用滑模法施工，一般的施工順序是：先施工倉壁，后施工倉頂，如大同同忻選煤廠內徑 34 m儲煤庫[2]、越南福山水泥廠內徑70 m熟料庫[3]等.這種常規施工方法存在施工周期長、投入周轉工具多、高空作業量大、設備租賃費用高等問題.基于以上原因，目前國內開發了一種大直徑筒倉庫壁滑模拖帶鋼結構倉頂一體化的施工方法，已應用于山東魯南水泥廠、河南焦作千業水泥廠生料庫[4]等少數項目.與傳統施工方法狀態相比，明顯縮短了工程建設周期、降低了工程成本.

此種施工方法由于倉頂在水平面處于不穩定狀態，故增加下弦拉桿以使結構穩定，但是下弦受力沒有可靠的分析與試驗數據.為了更好地推廣此施工方法，避免安全隱患.筆者結合海南華盛天涯水泥有限公司1#熟料庫項目進行了施工監測與數據分析，為拖帶施工方法提供了參考.

1 施工原理及工藝

大直徑筒倉倉頂大多采用鋼結構形式，以海南華盛天涯水泥有限公司10000 t/d生產線1#熟料庫為例，介紹大直徑筒倉滑模拖帶鋼結構倉頂的施工過程.

1.1 熟料庫概況

該水泥熟料庫庫壁為鋼筋混凝土結構，倉頂為圓臺形單層空間網格結構.庫壁頂標高為23.750 m，14 m以下壁厚為750 mm，14 m以上壁厚為520 mm；倉頂上部標高為42.500 m，跨度為60.4 m，上部圓形平臺半徑為6.85 m，上部平臺由18根斜鋼梁GL1支撐，整個鋼結構倉頂由鋼梁GL1和GL2支撐在庫壁頂部環梁上，GL1與GL1之間用系桿相連，GL1與GL2之間用系桿和鋼梁GL3相連，總重約180 t，如圖1所示.

圖1 筒倉示意

1.2 施工安裝過程

1.2.1 工藝原理

先將鋼結構倉頂在滑模架體上組裝，在庫頂鋼結構斜梁支座處增加型鋼支撐及相應的液壓千斤頂，筒倉內部設輻射狀水平拉桿，以抵抗庫頂鋼結構支座所產生的水平推力；利用滑模液壓提升系統，使鋼結構倉頂和滑模架體一起提升至設計標高，工藝原理如圖2所示.

1.2.2 施工工藝

(1)將滑模系統安裝完畢，檢查合格.

(2)在庫中按照庫頂鋼環梁位置搭設滿堂紅腳手架，在滑模提升架上焊接鋼環梁，在鋼環梁上焊接斜鋼梁底座.

(3)將倉頂環梁吊裝到位，對稱吊裝鋼斜梁，將鋼斜梁焊接在斜梁底座上，安裝斜鋼梁連接盤及拉桿，在斜梁支座側設置花籃螺栓，通過花籃螺栓對稱校緊拉桿.

(4)對滑模系統、鋼結構倉頂、斜梁支座處全面檢查驗收后，空滑1～2個行程，使鋼結構倉頂與滿堂紅腳手架脫離.檢查滑模的垂直度、斜梁支座的高差，糾正支撐桿的垂直度.

(5)進行正常滑升施工.在倉壁施工的同時頂升鋼結構倉頂，滑升施工過程中，平臺上堆載應均勻、分散，操作平臺應保持水平.并對鋼結構倉頂的扭轉和偏移進行定時觀測，若出現扭轉和偏移，應及時矯正.

(6)當滑升至14.000 m標高時，倉壁厚度發生改變，滑模需空滑一定高度.將支撐桿進行加固，加固完成后，再進行改模.

圖2 工藝原理

(7) 滑升至庫壁環梁頂后停滑，對稱割除滑模提升架環梁上的支座，使鋼斜梁坐落在提前埋設的支撐上，進行庫頂環梁的施工.

1.3 施工的關鍵技術與難點[5]

①如何控制千斤頂同步穩定提升的問題.現場布置了兩個液壓控制臺，216個千斤頂，千斤頂分擔的豎向力不全部相同，提升過程中各千斤頂之間會有一定的行程差；②如何控制水平推力的問題.倉頂整體重量大，斜向支撐在庫壁滑模系統上，會向外產生較大的水平推力，對滑模系統產生不利的影響；③如何保證施工過程中的安全問題.施工時，由于物料的擺放、人員的走動、頂升的高差等因素，會使滑模產生一定的不利變形.

因此，合理的施工頂升過程監測是保證本工程順利完成的重要環節.

2 測點布置及數據分析

鋼結構倉頂的跨度和重量大，頂升的高度高.根據MIDAS軟件分析，滑升的過程中，倉頂會對滑模產生很大的水平推力，使滑模產生一定的變形，從而影響倉壁的施工質量和施工安全.因此，有必要對整個滑升過程進行安全監測，以保證工程的質量和施工人員的安全，以及整個滑升過程的順利完成.施工頂升監測可對相關變量進行實時監控，發現施工過程中出現的突發狀況，及時發出預警[6].

具體的監測內容為：抵抗倉頂產生水平推力的拉桿應力；現場的施工環境情況.

2.1 應力監測方法

本工程采用由振弦式傳感器(見圖3)和智能檢測儀(見圖4)組成的監測系統.當結構產生變形后，引起傳感器內部鋼弦頻率的變化.通過智能檢測儀讀取鋼弦的頻率，再通過鋼弦頻率與鋼弦應力以及鋼弦應力與結構應力的關系，得出結構的應力.另外，傳感器內設溫度傳感器，可以同時讀取溫度值，通過對溫度引起鋼弦頻率變化的修正，從而消除溫度的影響.

圖3 現場傳感器

圖4 智能檢測儀

2.2 測點布置

本項目監測的重點是抵抗水平推力拉桿的應力及其變化規律.根據初步的分析結果，以及考慮傳感器的安裝和數據采集的方便，確定了傳感器安裝的數量和位置，總計16個，如圖5所示.

圖5 傳感器布置

2.3 數據分析

正常滑升前，先進行試滑升，滑升高度約3 cm.檢查頂升設備、結構變形和傳感器數值均正常后，再進行正常滑升.

圖6 現場安裝倉頂模型

利用MIDAS軟件，建立倉頂結構模型，如圖6所示.得出滑升前鋼梁GL1、鋼梁GL2下抵抗水平推力的拉桿理想值見表1.現場監測到的拉桿力值如圖7所示.

表1 滑升前拉桿理想力值 kN

圖7 拉桿力值監測結果

通過圖7對拉桿應力監測分析得到了以下結論.

(1)試滑時，由于結構的內力和變形得到了重新分配，所以初滑時拉桿力值變化較大.在整個滑升的過程中，拉桿力值總體趨于穩定，但有兩處變化比較大，一處發生在倉壁改模時，一處發生在最后托換鋼梁時.現場監測到的最大值為 132.46 kN，小于控制值，處于正常范圍.

(2)由于影響拉桿力值的因素在滑升過程中具有隨機性，所以在滑升過程中對稱側的拉桿力值并不具有對稱性.

3 結 論

通過用振弦式傳感器和智能檢測儀對本項目的施工全過程進行監測和分析，得到以下經驗和結論.

(1)施工過程中的滑模脫空高度、倉頂構件安裝誤差、頂升高差、材料擺放位置等因素，都會對拉桿的力值產生影響，導致部分拉桿力值與理論值有一定差異，通過對施工過程中拉桿力值的監測與控制，保證了整個施工過程的安全.

(2)試滑處、改模處、鋼梁支座托換處是拉桿力值變化較大的部位，采集到的最大值為相應理論值的1.51倍，在可控范圍內，說明倉頂和滑模在整個施工過程中處于安全狀態.

(3)采用此種施工方法，明顯縮短了施工工期、減少了大型機械的租賃費用，取得了較好的經濟效益.

［1］王建平，黃 義. 我國貯倉結構抗震研究的現狀及前瞻[J]. 工業建筑，2005，35(4)：79-81.

［2］張榮富，苗志同. 大直徑筒倉滑模施工技術[J]. 山西建筑，2009，35(31)：143-144.

［3］張繼忠，胡孝平. 大直徑筒倉倉頂房滑模托帶施工方案[J]. 山西建筑，2012，38(4)：110-111.

［4］王立偉，梁炳科，校彥龍. 大直徑筒倉庫壁與庫頂鋼梁整體提升施工技術[J]. 建筑工人，2007(11)：4-5.

［5］GB 50113—2005，滑動模板工程技術規范[S].

［6］王小瑞，高永祥，韓瑞京. 首都機場A380機庫整體提升過程監測[J]. 建筑技術，2008，39(10)：779-780.