绳拉滑模在休城主井筒施工中的应用
朱怀志,张均仿,王立英
(滕州市金达煤炭有限责任公司,山东滕州277514)
摘 要:采用薄壳式金属结构模板,用3台凿井绞车,通过3根钢丝绳悬挂牵引,通过井下测量控制和地面动作联合控制,利用井筒中心线对模板滑升过程进行纠偏,从而在滑模间断性地上升过程中进行扎筋、浇灌等工序。
关键词:井筒施工;绳拉滑模;模板;拉模
中图分类号:TD26 文献标识码:B 文章编号:1008-8725(2005)01-0058-03
前言
休城煤矿主井净直径4 m,全深347.826 m,表土及基岩含水层采用冻结法施工。冻结段井壁结构如下:垂深6~160 m,为双层钢筋混凝土井壁,内外壁厚均为300 mm,内壁混凝土标号为C33,外壁混凝土标号为C28,钢筋及布置Φ16@300 mm;160~263m外壁为网喷混凝土,喷厚150 mm,混凝土标号C18,网格Φ6@150 mm,内壁为350~400 mm厚素混凝土,混凝土标号C38。基岩非冻结段井壁为300mm厚C23素混凝土。
施工中,160 m以上外壁采用整体下行金属模板短段掘砌施工,内壁采用凿井绞车牵引钢丝绳拉滑模自下而上滑升施工。160~225.4 m外壁采用短段掘喷施工,内壁仍复用原绳拉滑模自下而上施工,其余井筒采用组装模板施工,现就内壁施工所用拉模介绍如下。
1 模板结构
模板采用薄壳式金属结构,上口直径Φ4 060mm,下口直径Φ4 040 mm,高1.4 m。整体由10块模块装配而成,螺栓联接。模块由薄钢板、等边角钢及扁钢焊接而成。模块及滑架如图1、图2所示。
 为方便施工,参照液压滑模设计了两层工作盘,均为平面型钢结构。上盘为操作盘,是扎筋、浇灌等施工作业盘,利用模板的上骨架圈作为上盘的圈梁;下盘是辅助盘,为控制模板动作、测量几何尺寸而设计,下盘圈径比井筒净径小200 mm。下盘在模板下口以下1.4 m处,上、下盘之间采用刚性立柱联接,并卡上保险钢丝绳,为方便人员上下,设刚性行人梯。盘面铺设木板或钢板。上、下盘梁结构见图3、图4。
2 模板牵引吊挂与控制
2.1 牵引吊挂系统
模板采用3根6×19—18.5 mm钢丝绳悬吊,由3台JZ2—10/600型凿井绞车牵引,为降低模板滑升时运动速度,采用滑轮组穿绳,如图5、图6所示,160m以下采用动滑轮单点悬吊,160~225 m采用滑轮组裤叉绳双点悬吊。
2.2 控制系统
(1)井下测量控制,包括井筒几何尺寸(半径)控制、滑升时间间隔控制和一次滑升量控制。
井筒几何尺寸由井筒中心线控制,在模板上盘中心开一个直径50~100 mm的小孔,井筒中心线自封口盘或保护盘下放,通过操作盘孔直至辅助盘,中线下挂一配重,配重距辅助盘约500 mm。通过实测井筒半径尺寸,控制模板偏移和倾斜。
滑升时间和一次滑升量由混凝土的凝固时间和强度增长曲线来确定,初凝时间越短、强度增长曲线越陡,一次滑升量越大,滑升时间间隔越短。对于41.7 MPa和51.5 MPa硅酸盐水泥配制的混凝土,一次滑升量一般为300 mm,相邻两次滑升时间间隔约为1 h。
(2)地面动作控制。为方便操作,3台凿井绞车集中控制,操作台设在井中信号室。对凿井绞车操作要求既能同时动作,又能分开动作,并能做到点动。
井上、下控制通过信号和电话相联系,井下测量后,通过电话发出预备命令,地面做好相应准备工作;通过信号发出执行命令,地面启动或停止设备。
3 对拉模滑升特点的分析
(1)拉模滑动是跳跃式上升过程,其跳跃幅度与钢丝绳的长度、钢丝绳的弹性模量和滑升阻力有关,即和井深、井径有关,井筒越深,井径越大,跳跃幅度越大。当井深超过100m时,还需考虑在凿井绞车停止运转时模板自动上升的滑移量,它是模板跳跃过程的延续,是由于钢丝绳的弹性引起的(凿井绞车停止动作后,钢丝绳仍储存一定的弹性势能,以张力的形式缓慢释放而引起的)。滑移量和滑移时间影响新浇混凝土的初凝时间和一次滑升量。
(2)滑模滑动是间断的、摆动性的上升过程。由于扎筋、浇灌的速度和混凝土初凝时间等因素的限制,使模板不能连续滑升,中间必须留有足够的作业时间。由于凿井绞车缠绳不均匀,启动或停止不同步,混凝土凝固程度不均一,都会造成滑升过程中模板偏斜,因此必须纠偏。如果使用同向旋转钢丝绳,滑模也会产生一定量的旋转。所以模板上升是以井筒中线为标准,空间上不断摆动的上升过程。
4 注意事项
(1)从施工中使用情况看,设备选型需考虑以下几个方面:①模板滑升时的阻力,包括滑动摩擦力、模板及辅助设施重量、施工人员和材料的重量;②钢丝绳的抗拉强度;③凿井绞车的牵引能力、缠绳速度、容绳量;④足够的安全系数。
(2)为防止因停电而造成粘模,在模板与钢丝绳连接处设手拉胡芦,当停电时进行人工微动滑升。
(3)为防止凿井绞车制动失灵,在操作台上必须设置紧急停电开关。
(4)由于拉模滑动是跳跃式上升过程,跳跃幅度与凿井绞车运行速度和一次滑升量有关,跳跃幅度过大,容易造成滑偏、滑塌等事故,因此,滑升时必须限制凿井绞车运行速度和一次滑升量。
(5)由于滑模滑动是间断的上升过程,相邻两次滑升之间有时间间隔,相邻两次滑升时间间隔不能太长,在混凝土初凝后,当混凝土的强度能够承载自身重量时必须滑动,否则滑升阻力太大,易拉裂井壁,或滑不动;但相邻两次滑升时间间隔不能太短,否则,会因混凝土流淌而滑塌。
5 应用体会
(1)在第一段施工过程中,18 d共滑升154 m,平均每天滑升8.55 m;在第二段施工过程中,10 d共滑升65.4 m,平均每天滑升6.54 m。由此可见,随着井筒深度增加,滑升速度降低,分析其原因,主要是随着井筒深度增加,钢丝绳的长度增长过大,钢丝绳的伸缩量增大,模板跳跃幅度和滑移量增大,造成一次滑升量减少所至。建议应用深度以200 m为宜。
(2)绳拉滑模可在编制施工组织设计时同时考虑。当井壁为双层井壁结构,外壁采用凿井绞车钢丝绳悬吊或吊盘下悬吊下行模板筑壁时,内壁可考虑采用拉模施工,既能充分利用设备,又能提高工程质量,降低工程造价。
(3)绳拉滑模同液压滑模相比,节省材料、制作简单,充分利用原有设备,从而降低模板造价,井下动力单一,便于施工管理;同组装块模、绳捆模板相比,不仅提高了工程施工质量,而且减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产率。因此,在中小型井筒施工中具有一定的推广价值。
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