立井井塔建安工程綜合施工新技術

楊益明，黃家貧，諶喜華，曹月芹，馬智民

(中煤第五建設有限公司，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，主體為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，屋面為空間網架結構。

井筒有效直徑5．5 m，井深854．8 m，井口標高+44．8 m，有玻璃鋼罐道4趟，罐道梁132層，三趟排水管，一趟壓風管，5根動力電纜，5根信號控制電纜，標準層間距6 m。

井塔+63．8 m標高的絞車大廳內安裝瑞典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)，機械設備安裝與電氣設備安裝平行作業(yè)，井口設備安裝與井底設備安裝平行作業(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施工以及井筒裝備構件的加工。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(標高+23．5 m)上的提升孔、設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層東、西兩側塔壁預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，再安裝井塔屋面網架。

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

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

6)提升機安裝調試完成后，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。

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］?；C具在-1．65 m基礎頂面進行組裝，先滑升塔壁及壁柱，預留梁窩、板槽，模板空滑到上一層板頂標高時停歇，施工完該層平臺再繼續(xù)滑升，依次循環(huán)施工。正?；┕ろ樞驗?綁扎鋼筋、預埋鐵件→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留板槽及現(xiàn)場植筋等方法。門窗洞口過梁側模同井塔壁一起滑升，底模采用支模施工。

3)滑升過程中，內框架柱鋼筋綁扎成型與井塔同時滑升。

4)屋面網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、卡基準線→井底裝備安裝→井筒標準段安裝。標準段安裝時，1層盤作為保護盤，盤上設信號室，擺放風包、防爆開關和氧氣瓶;2層盤為主作業(yè)盤，放置乙炔瓶、風錘、風動扳手等，負責號眼、打眼和裝錨桿;3層盤也是主作業(yè)盤，負責安裝托架、罐道梁和平臺板等構件;3～6層盤負責安裝罐道、管路、梯子間欄網等。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、復核→設備開箱驗收→設備基礎板找平→提升機設備安裝(與井塔裝飾工程交叉平行作業(yè))。提升機設備安裝時，先安裝主軸裝置，然后以主軸裝置為基準安裝電動機，最后安裝制動盤、液壓站等輔助設備。安裝時，機械設備和電氣設備同時進行，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，吊盤上設備及構件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，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)《混凝土結構設計規(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 施工技術特點

1)井塔土建工程和井筒裝備、提升機設備安裝平行作業(yè)，提升機、機電設備安裝平行作業(yè)，井上下裝、卸載設備安裝平行作業(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，質量好，安全也有保證。

4)該項技術井塔先行施工，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，需在塔壁上預留提升鋼絲繩孔洞，對塔壁的結構有一定影響。

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格，安全施工管理難度較大。

5 結語

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，充分利用井塔建筑和井筒裝備、提升機設備安裝之間不同專業(yè)施工的技術特點，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、高效、安全施工。該工程于2008年榮獲山東省優(yōu)質工程，該礦井于2010年榮獲中國建設工程“魯班獎”。

［1］中國建筑科學研究院．JGJ 3—2002 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［2］中國建筑科學研究院．GB 50204—2002 混凝土結構工程施工質量驗收規(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部．GB 50113—2005 滑動模板工程技術規(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部．JGJ 65—1989 液壓滑動模板施工安全技術規(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部．GB 50010—2002 混凝土結構設計規(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］．能源技術與管理，2008(5):102-115．