立井滑模技术在团柏煤矿的应用
摘 要 选用滑膜技术施工立井,具有施工速度快、质量高、效益好等优点,本文详细介绍了滑膜技术在团柏矿圪塔条立井施工中的应用过程和经验。
霍州煤电集团公司团柏煤矿,始建于1973年12月,1980年12月正式投产,原设计生产能力60万t,通过矿井的不断改造,现生产能力已达到120万t,矿井生产重点已由443水平转向400水平,主要大巷长度现已达6000多m,由于井下通风阻力增加,涌水量增大和施工条件差等众多因素的影响,制约了矿井生产能力的继续提高,根据集团公司跨越式发展战略要求,针对团柏煤矿丰厚的煤田地质储量条件,提高该矿井的产量已摆在集团公司领导的首要议事日程上。为此,2004年9月集团公司决定,用最短的工期,高标准、高质量在圪塔条施工一对进回风立井,解决团柏矿井近期和远期在通风、压风、排水、洒水及供电五大系统上存在制约生产的环节问题。
1 立井概况
团柏矿圪塔条进回风立井场地距矿井工业广场场地直线距离为7 km,其中进风立井深282 m,井筒直径为6 m;回风立井深253 m,井筒直径为6 m。井筒表土及基岩风化段均为60 m,采用钢筋砼结构,壁厚700 mm,在井深60~61.6 m处各设一钢筋砼结构壁座,井筒基岩段采用素砼结构,壁厚为500mm,砼设计标号为C25。
2 施工方案确定
根据目前国内普遍采用的立井施工技术和该对立井的概况条件,有两种施工法:一种是短段掘砌的正井施工法,采用此种方法施工时使用设备多、占地面积大、施工速度慢;另一种方法是导孔刷砌反井施工法,采用此种方法施工时,虽井内扩刷和井下出碴工序平行作业所用时间短,但井内扩刷、砌筑工序交错进行,管理难度大,施工安全系数低,浇灌作业时接茬多,影响了混凝土的施工质量。若采用滑模技术施工,将井筒自上而下一次性刷扩到底,围岩部分使用素喷或锚网喷作临时支护,再从下向上进行滑模浇筑施工,具有施工工艺简单、工期短、井壁质量高、安全效益好等优点。
经过技术比较和分析,确定施工方案采用“导孔扩刷,滑模技术浇筑”综合为一体的掘砌单行作业反井施工法。
3 滑模施工工艺
3.1 滑模设计
该立井砼施工采用液压调平内爬式滑升模板,滑模装置为便于施工,采用现场制作,模板设计要有足够的强度、钢度及稳定性,模板设计为钢结构,模板、围圈、操作盘,提升架等构件为焊接连接,整个滑模装置主要由模板、围圈、操作盘、提升架、支撑杆、液压操作系统等部分组成。
1)模板。模板是混凝土成型的模具,其质量的好坏将直接影响所浇混凝土的成型及外观质量。该对立井施工模板采用δ=6 mm的钢板制成,用63×40×7 mm角钢作为肋筋,模板高度为1.5 m。
2)围圈。围圈主要用来支撑和加固模体,按其承受的水平侧压力计算,该对立井施工围圈采用14#槽钢加工,上下各有两道,上围圈距模板上口2cm,下围圈与下口模板平齐;模板与围圈之间采用规格为63×40×7 mm角钢焊接。
3)提升架。提升架是滑升模板与工作盘的联接构件,主要用于支撑模板、围圈、滑模工作盘,并通过安装于其顶部的千斤顶和支撑杆,使整个模板顺利滑升。该对立井施工提升架采用22#工字钢焊接加工而成。
4)操作盘。操作盘是滑模的主要构件之一,也是井下滑模施工的主要工作平台,各构件除满足强度要求外,还应具有足够的钢度。操作盘支撑在提升架的主体竖杆件上,通过提升架与模板连接成一体,并对模板起着纵横向支撑作用。操作盘采用桁架结构,为确保工作盘的强度,经过计算,该对立井施工选用80×80×10 mm角钢制成1200 mm的轻型桁架,利用角钢互相连接工作盘,形成网架,盘面采用50 mm木板铺设,具有密实、防滑等多方面的安全可靠性。
5)辅助盘。为便于施工人员检查脱模砼质量,对局部缺陷进行处理,以及对砼进行洒水养护。该对立井施工,在操作盘下方约2.7 m处悬挂辅助盘,用Φ18 mm圆钢悬挂于桁架和提升架下方。
6)支撑杆。支撑杆的下部埋在混凝土内,上部穿过液压千斤顶的中心孔,承受整个滑模荷载。该对立井选择1.5英寸焊接钢管作为支撑杆,钢管接头采用焊接磨平的对接方法,经施工验证其承载力及稳定性均满足要求。
7)液压系统。液压系统采用YKT-36型液压控制台、HM-100型液压千斤顶、高压油管及附件组成。
8)洒水养护装置。为使脱模后混凝土得到及时养护,该对立井施工,在辅助盘的周围布置一周Φ50mm塑料管,在管壁外侧均匀钻孔,使水柱均匀喷向井壁,直至滑模结束,使脱模后的混凝土得到良好的养护。
3.3 滑模施工
1)滑模制作组装:模体按设计要求制作后,进行组装调试,并且按质量标准进行检查调试,见表1。
2)千斤顶进行试验编组:
a)耐压:加压至120 kg/cm2,5 min不卸不漏。
b)空载爬升,调整所有千斤顶行程为30 mm。
c)吊荷爬升,记录加荷至5 t,将所有的千斤顶行程调整一致,安装后进行分组。
3)滑模调试。模体组装经验收合格后,安装千斤顶,液压系统,插入爬杆并进行加固,然后进行试滑3~5个行程,对提升系统、液压控制系统及其它辅助系统进行全面检查。在回风立井施工时,滑模组装好,试滑了两个班滑升高度达2 m,停模检查加固时间为8小时,且在停模期间,每隔20 min提升一次(一次提升3~5 cm),以防模板与井壁黏接。
4)滑模施工。滑模施工的特点是钢筋安装、混凝土浇筑、滑模滑升及施工所需的预埋件和梁窝等多种综合性为一体的快捷施工方式,其施工速度可达6~12 m/日,施工精度为±0.002 mm%。该对立井浇灌作业时,采用12小时两班作业制,平均每班浇灌混凝土量为100 m³,最高时达120 m³。施工过程中,影响停模的主要原因是因混凝土凝固慢而不能提模,解决办法是提高井内温度或在料中适当添加速凝剂,以加快混凝土的初凝时间来提高模板的提升率。另外在施工过程中,由于中线在框架中心孔穿过,可随时观察模体的偏移情况,采用千斤顶提升高差进行纠正,从而保证了模体的垂直滑升。
5)混凝土运输。滑模施工用混凝土,由地面拌合站拌制,运输至井口,从井口至井底工作盘铺设一趟Φ150×6 m下料管输料入仓,为减少骨料分离,在管路的每10~20 m处增设一道缓冲器,用以保证砼施工质量,该对立井施工缓冲器采用200×Φ20 mm钢筋钳焊在下料管的连接头内侧,钢筋密度根据碎石粒径20~40 mm确定为每个接头五根。
6)模板滑升。施工进入正常浇筑和滑升阶段,应严格保持施工的连续性,要随时观察和分析混凝土表面和模体内部情况,根据现场环境温度、湿度、风速等气候条件,确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度,并对掌握的数据要及时总结和分析,在该对立井施工过程中,分层厚度一般控制在300~600 mm内,若井内温度高、风速大有利于混凝土凝固时,可适当增加分层厚度,同时在滑升过程中,还要随时观察支撑杆的受力状态是否正常以及整个模体运行情况,发现问题及时进行解决。
7)其它措施。滑模施工过程中还需制定如下质量保证措施:停滑及施工缝的处理措施、滑模控制措施、滑模纠偏措施、支撑杆弯曲处理措施、滑模拆除措施等。
4 结 论
1)采用滑模技术浇筑施工,回风立井253 m滑模时间30天,进风立井282 m滑模时间40天,总工期比以往采用的普通法施工少2个月;井壁混凝土施工质量实现了连续作业的标准,混凝土表面更光滑无板痕,井筒规格标准一致,施工过程中中线偏差最大不超50 mm,其两个井筒的浇灌混凝土质量在集团公司内是首屈一指的。
2)采用滑模技术施工,由于工艺简单、使用人员少、占用设备少等优点,减少了井筒单位成本,根据统计平均每米井筒造价为16246元,与普通法施工比较每米少6000元,两个井筒535 m共节约投资321万元,且矿井提前实现了五大系统改造,确保了安全生产,为团柏矿增加了巨大的经济效益和社会效益。
3)该技术的成功应用,对同类型立井施工具有较好的借鉴意义。
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