翻車機室及其緊后轉(zhuǎn)運站設(shè)計施工方案協(xié)同優(yōu)化及技術(shù)經(jīng)濟分析

摘 要：本文主要介紹燃煤火電工程翻車機室及其緊后轉(zhuǎn)運站、遷車臺主體結(jié)構(gòu)和支護結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計、施工方案；并提出翻車機室及其緊后轉(zhuǎn)運站與支護結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化方案、T1轉(zhuǎn)運站與其上方的遷車臺協(xié)同優(yōu)化方案，對協(xié)同優(yōu)化方案進行技術(shù)可行性分析；同時對協(xié)同優(yōu)化方案進行工期、經(jīng)濟分析；指出協(xié)同優(yōu)化對翻車機室地下結(jié)構(gòu)、T1轉(zhuǎn)運站、遷車臺結(jié)構(gòu)施工的重要意義。

關(guān)鍵詞：常規(guī)設(shè)計；協(xié)同優(yōu)化；一樁兩用；一板三用；支護樁；錨索

引言

大型內(nèi)陸燃煤火力發(fā)電廠燃料運輸?shù)闹饕绞绞氰F路運輸或鐵路與公路相結(jié)合。火車翻車機室及其緊后轉(zhuǎn)運站（以下稱T1）位于輸煤系統(tǒng)頭部，翻車機地下結(jié)構(gòu)及其零米設(shè)備基礎(chǔ)是接納煤炭的重要構(gòu)筑物，一般配置2套或4套火車翻車設(shè)備。緊后轉(zhuǎn)運站是整個輸煤系統(tǒng)的“二傳手”，也是輸煤系統(tǒng)的重要構(gòu)筑物之一，與翻車機室、T1、輸煤棧橋等多個建構(gòu)筑物一道共同擔負起燃煤電廠廠內(nèi)燃料輸送和電廠安全穩(wěn)定發(fā)電的重大使命。本文對翻車機室及其緊后轉(zhuǎn)運站設(shè)計施工方案協(xié)同優(yōu)化及技術(shù)經(jīng)濟進行分析，對于保障翻車機室地下結(jié)構(gòu)和T1結(jié)構(gòu)施工安全、提高工程質(zhì)量、降低施工成本、縮短施工工期具有重要意義。

一、結(jié)構(gòu)及深基坑支護常規(guī)設(shè)計方案概述

（一）翻車機和T1結(jié)構(gòu)及其輔助設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計概述

一是翻車機地下結(jié)構(gòu)。裝機容量為2×1000+2×1000MW的燃煤火力發(fā)電工程翻車機室地下結(jié)構(gòu)平面尺寸約45.00×23.00m，底板深度約-15.00m，由底板、側(cè)壁、框架、砼煤斗和翻車平臺組成。最后一個縱軸線交地下結(jié)構(gòu)柱以T1轉(zhuǎn)運站底板為基礎(chǔ)，與其他柱梁形成翻車臺整體框架，成為翻車機地下結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件。0.00m以上為一般廠房建筑。

二是T1地下結(jié)構(gòu)。T1為二層地下結(jié)構(gòu)，平面尺寸約22×23m，底板深度約-25.00m，較翻車機室底板低10.00m。T1緊隨翻車機地下結(jié)構(gòu)，其側(cè)壁與翻車機室距離約2500mm，負二層頂板、負一層側(cè)壁通過伸縮縫分別與翻車機室底板、側(cè)壁連接。負二層底板向翻車機室方向伸入3900mm，與翻車機室地下結(jié)構(gòu)最后1個軸線柱形成整體。如圖1所示。

三是翻車機室零米兩側(cè)設(shè)備基礎(chǔ)。翻車機室兩側(cè)布置空車軌道和空車調(diào)軌道，以鋼筋砼條形基礎(chǔ)為受力結(jié)構(gòu)。當?shù)鼗休d較大時，可采用天然地基；否則，需進行地基處理或設(shè)計樁基。空車調(diào)車軌道，不僅承受豎向動力荷載，還承受水平動力荷載，對地基穩(wěn)定性要求相對較高。

四是遷車臺設(shè)計。遷車臺緊隨翻車機室位于其后，同時位于T1上方，平面尺寸約26.00×35.00m，底標高約-2.50m，以T1轉(zhuǎn)運站上方的回填土作為地基，由底板、側(cè)壁、遷車軌道梁形成結(jié)構(gòu)體系。遷車臺動力荷載較大，同時要求地基不能出現(xiàn)不均勻沉降。

（二）深基坑支護常規(guī)設(shè)計方案

T1靠翻車機側(cè)基坑邊坡通常采用排樁支護。排樁頂部設(shè)計冠梁，以預應(yīng)力錨索拉緊；中間設(shè)計腰梁，同樣以預應(yīng)力錨索拉緊。排樁一般按φ1000@1200設(shè)計，翻車機底板與T1底板的高差決定了排樁的懸臂高度，約10.00m，數(shù)量為T1基坑的寬度B/1200+1，一般25根～30根；排樁頂砼冠梁一般1000×800mm；錨索數(shù)量一般按B/1500設(shè)計，約20根～25根，錨索長度按翻車機室底部地質(zhì)錨固力確定，一般32m～35m；排樁中間設(shè)計一道600mm×600mm腰梁，并按一定間距設(shè)計錨桿。如圖2所示。

深基坑支護工程造價較高，一般情況下支護樁50萬元～70萬元、冠梁5萬元、錨索35萬元、腰梁及其錨索約40萬元，合計約150萬元。

二、翻車機室及T1常規(guī)施工流程

翻車機室（T1）深基坑支護樁施工→翻車機室（T1）基坑分層開挖及腰梁、錨索施工→（翻車機室開挖至基坑底）→T1與翻車機室交界排樁冠梁及錨索施工→T1持續(xù)開挖、四面腰梁及錨索施工→（T1開挖至基坑底）→T1負二層結(jié)構(gòu)施工→T1負二層基坑回填→翻車室底板與T1負一層結(jié)構(gòu)平行施工→翻車室煤斗、翻車臺施工（T1負一層封頂）→（翻車機地下結(jié)構(gòu)出零）→翻車機室上部結(jié)構(gòu)及零米設(shè)備基礎(chǔ)施工。常規(guī)設(shè)計方案下，本施工流程遵循了地下結(jié)構(gòu)施工“先深后淺”的規(guī)律。簡單地說，T1基坑底（-25.00m）比翻車機基坑底（-15.00m）低10.00m，翻車機地下結(jié)構(gòu)必須待與其緊鄰的T1結(jié)構(gòu)施工至-15.00m且回填至-15.00m。在這一施工流程下，翻車機室（T1）深基坑支護及地下結(jié)構(gòu)施工工期至少需要90天，對翻車機室地下結(jié)構(gòu)施工形成了較大的工期壓力[1] 。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計與深基坑支護設(shè)計協(xié)同優(yōu)化

第一，翻車機室地下結(jié)構(gòu)與T1轉(zhuǎn)運站結(jié)構(gòu)、深基坑支護協(xié)同優(yōu)化。翻車機室地下結(jié)構(gòu)與T1結(jié)構(gòu)設(shè)計方案決定著結(jié)構(gòu)施工流程、深基坑支護方案，影響著工程造價。常規(guī)設(shè)計情況下，翻車機室最后1個縱軸（軸）與T1轉(zhuǎn)運站第1個縱軸（軸）軸線距離1500mm，軸之間平面尺寸不具備軸外側(cè)深基坑支護條件。常規(guī)設(shè)計情況下，軸外側(cè)支護結(jié)構(gòu)（排樁）必須設(shè)計在翻車機室的軸之間，同時決定著T1轉(zhuǎn)運站結(jié)構(gòu)施工至翻車機基坑底后方能開始翻車機室底板施工，應(yīng)當協(xié)同優(yōu)化設(shè)計施工方案。

一是將軸之間的支護樁移位至軸，支護樁軸線與翻車機室軸重合，如圖3所示。

二是翻車機室底板往T1方向延伸至軸外750mm；翻車機室軸交軸柱按-軸柱以翻車機室底板為基礎(chǔ)，軸交軸柱從T1底板分離；T1底板軸外邊線縮短至翻車機軸支護樁邊線，T1轉(zhuǎn)運站軸外底板寬度由3900mm優(yōu)化為1400mm，翻車機室軸與T1結(jié)構(gòu)分離，兩個單位工程各自形成獨立基礎(chǔ)。

第二，T1與遷車臺結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)同優(yōu)化。遷車臺緊隨翻車機室位于其后，同時位于T1上方，平面尺寸約26.00×35.00m，底標高約-2.50m，以T1側(cè)壁設(shè)計若干根遷車臺支柱；或在T1頂板（-5.00m）設(shè)計轉(zhuǎn)換梁，在側(cè)壁和轉(zhuǎn)換梁上共同設(shè)計遷車臺支柱，承受遷車臺的豎向荷載，消除遷車臺沉降風險。

四、協(xié)同優(yōu)化技術(shù)、工期、經(jīng)濟分析

（一）技術(shù)分析

一是T1轉(zhuǎn)運站軸外底板優(yōu)化技術(shù)分析。T1轉(zhuǎn)運站軸外底板長度由3900mm優(yōu)化為1400mm，翻車機室軸地下結(jié)構(gòu)柱與T1底板分離，兩個單位工程各自形成獨立地下結(jié)構(gòu)，為兩個單位工程獨立施工、協(xié)同施工創(chuàng)造了技術(shù)條件，為T1轉(zhuǎn)運站軸外支護樁移位騰出了平面。同時，T1轉(zhuǎn)運站軸外底板（1300mm）端部以面接觸頂牢T1轉(zhuǎn)運站軸外支護樁，起到鎖腳梁作用，受力更加安全可靠；底板取代鎖腳梁和錨索，實現(xiàn)了T1轉(zhuǎn)運站軸外底板既作T1底板又作鎖腳梁的“一板兩用”。

二是T1轉(zhuǎn)運站軸外支護樁平面優(yōu)化技術(shù)分析。T1轉(zhuǎn)運站軸外22φ1000支護樁（旋挖灌注樁）移位至翻車機室軸后，軸交 工程樁與T1轉(zhuǎn)運站軸外支護樁軸線重合，在施工階段，它是支護樁；T1施工至-13.80m，基坑回填后它是工程樁，實現(xiàn)了“一樁兩用”。

三是翻車機室工程樁與T1支護樁協(xié)同優(yōu)化技術(shù)分析。T1轉(zhuǎn)運站軸外22φ1000支護樁移位至翻車機室軸后，該支護樁可在翻車機室基坑開挖至-14.00m時施工。支護樁施工完畢后，翻車機室和T1轉(zhuǎn)運站持續(xù)開挖。開挖至-15.10m（翻車室基坑底）之后，翻車機室底板開始施工；翻車機室底板施工完畢后，支護樁上部的底板形成了“大冠梁”；同時，底板（重力27.9×47.25×1.20×25=39548kN）與地基之間形成的靜摩擦阻力與翻車機室-軸工程樁抗水平位移形成的合力，以遠遠大于錨索的錨固力拖拽支護樁，可靠的錨住支護樁，翻車室底板充當了結(jié)構(gòu)底板、“大冠梁”和“大錨索”，實現(xiàn)了底板“一板三用”[2] 。

四是翻車機室地下結(jié)構(gòu)與T1基坑協(xié)同施工技術(shù)分析。翻車機室基坑開挖到設(shè)計標高后，翻車機室底板及以上結(jié)構(gòu)將不受T1地下結(jié)構(gòu)施工的限制，創(chuàng)新了《建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范》（GB 51004-2015）4.1.3條的規(guī)定，翻車機室底板及以上結(jié)構(gòu)持續(xù)向上施工。同時，T1基坑開挖可與較自身標高高出10.00m的翻車機室地下結(jié)構(gòu)平行推進[3] 。

五是T1與遷車臺結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)同優(yōu)化技術(shù)分析。T1轉(zhuǎn)站底板標高為-25.00m，地基足以承受T1、遷車臺和T1上方回填土的全部荷載；T1側(cè)壁較厚，可作遷車臺的受力構(gòu)件或在側(cè)壁設(shè)計暗柱作為受力構(gòu)件。同時，遷車臺以T1轉(zhuǎn)站為“基礎(chǔ)”，通過支柱與T1連結(jié)，當?shù)叵滤怀^遷車臺底板一定高度并對遷車臺形成浮力時，T1將通過支柱“拽住”遷車臺，阻止遷車臺上浮。當然，由于T1地下砼結(jié)構(gòu)自重較大，且其頂板面（-5.00m）至遷車臺底部（-2.50m）填土厚度2.50m，T1自重及其上方填土重力之和W大于浮力時F，T1是不可能上浮的。當設(shè)計驗算最不利地下水位情況下F≧W 時，可在T1底板地基設(shè)計抗拔錨桿防止T1上浮。

（二）工期分析

翻車機室地下結(jié)構(gòu)復雜，工期至少100天；T1雖然地下結(jié)構(gòu)簡單，但基坑工程技術(shù)復雜、工期長，制約著翻車機室地下結(jié)構(gòu)施工的開始時間。按常規(guī)施工流程，T1轉(zhuǎn)運站先施工，其側(cè)壁施工至翻車機室底板底標高且回填完畢后，才能開始翻車機室地下結(jié)構(gòu)施工。一般情況下，T1基坑-15.00m開挖至-25.00m，共有冠梁錨索施工（6d）→砼冠梁施工（3d）→（注漿養(yǎng)護5d）→錨索張拉（3d）→土方開挖（7d）→腰梁錨索施工（6d）→腰梁施工（3d）→（注漿養(yǎng)護5d）→錨索張拉（3d）→土方開挖（9d）8個施工流程，工期至少50d；T1結(jié)構(gòu)自-25.00m施工至-15.00m共5個砼結(jié)構(gòu)施工層，工期（含防水和回填）至少40天；合計90d。也就是說，協(xié)同優(yōu)化使翻車機室地下結(jié)構(gòu)開工時間提前了寶貴的90d。

（三）經(jīng)濟分析

一是T1轉(zhuǎn)運站軸外底板長度由3900mm縮短至1000mm，減少如下工程量：

土方開挖：2.90×（26.30+22.00）×10.00=

820.70m3。

C35砼：2.90×26.30×1.30=99.15m3。

HRB400鋼筋：含筋率按180kg/m3計，節(jié)省鋼筋17.85t。

二是T1轉(zhuǎn)運站軸支護樁位置優(yōu)化，減少如下工程量：

工程樁（3φ1000灌注樁）：33.14×0.50×0.50×20=47.10m3。

支護樁冠梁和腰梁C35砼：（1.0×1.0+0.8×0.8）×28.30=46.41m3。

冠梁和腰梁錨索（3×7φ5預應(yīng)力錨索）：20×（22+21）=860m。

三是遷車臺通過支柱連接T1工程量變化：

增加8根支柱砼：8×0.60×0.60×2.50=7.20m3。

增加支柱鋼筋：7.20×0.20=1.40t。

減少石屑回填：（26+6）×（35+6）×2.50=3280m3

四是節(jié)省成本估算。

結(jié)束語

翻車機室（地下結(jié)構(gòu)）是燃煤火電工程燃料供應(yīng)系統(tǒng)最復雜的單位工程，技術(shù)要求高、施工難度大、施工工期長，緊隨其后的T1基坑深度大，安全威脅高。實施翻車機室地下結(jié)構(gòu)及其T1結(jié)構(gòu)和深基坑支護設(shè)計方案協(xié)同優(yōu)化，能夠更好地保障施工安全、降低工程成本、加快工程進度，對于燃煤火電工程建設(shè)具有重要意義。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ120-2012建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]國家能源局.DL/T5190.9-2022" 電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范（第1部分：土建結(jié)構(gòu)工程）[S].北京：中國電力工業(yè)出版社，2012.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB51004-2015建筑地基基礎(chǔ)工程施工規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.