特大直径竖井滑模设计与施工

特大直径竖井滑模设计与施工 王宗敏 周二平 （郑煤集团工程有限公司） 摘要：本文介绍了吉林丰满（ 19m 直径）调压井的滑模施工技术，对于特大直径筒仓混凝土施工有一定的参考价值。 关键词：立井 特大直径 滑模施工 重量轻 强度高 一、 滑模施工概况 竖井滑模施工以其施工速度快、质量高、成本低、成形好、接缝少等显著优点，在煤炭系统有较广泛的应用，所有复合井壁的内壁，包括冻结法施工的内壁，全部推广滑模施工，井底煤仓、以及地面大直径煤仓、井塔、现浇筑水塔等都大量采用滑模施工工艺，取得了较好的效益，在告成矿 井一期工程施工中，我公司于 1992 年成功在完成了竖井 375m滑模施工任务。 九四年度，进入十三陵抽水蓄能电站施工，首次将煤炭施工技术应用于水电工程施工，先后完成了九要竖井的滑模施工（一条出线竖井、两条尾水调压井、两条引水闸门井、四条事故闸门井 ）。滑模施工工艺也由小直径圆形断面到较大直径圆形断面（尾调井），到圆形分体断面（闸门井），到长方形不规则断面（事故闸门井），等到了较大的发展和提高。同时，在这些工程施工中，得以向水电系统施工单位学习，使我公司的滑模施工技术得以完成，施工能力有了很大的提高。 二、特大直 径（ 19m）竖井滑模施工介绍 吉林丰满电站三期扩建工程，调压井为圆形断面，开挖直径 21m、设计砼衬砌厚度 1m、井筒深度 D+217 D+286计 69m，其中地面以下 55m，地面以上 14m。工程量砼 5100m3，平均消耗钢筋量为 4.9t/m。 九六年五月 七月份，利用我公司自行设计的滑模，成功地完成了调压井滑模施工，这次的滑模施工对我公司是一个较好的锻炼和提高，也填补了我公司对特大直径竖井滑模施工的空白。也为今后同类工程施工积累了丰富的施工经验。 三、 大直径竖井滑模施工特点 竖井滑模施工技术，已在十三陵抽水蓄能电 站竖井工程的扩挖与砼衬砌滑模施工中做了介绍，特大直径竖井滑模施工同普通竖井滑模施工有许多相近之处，也有其自身许多特点： 1、由于井筒直径大，滑模盘面积特别大，该井筒滑模盘面积为 258m2，采用钢结构制做，其自身重量就很大，由于滑模施工的特殊性，即其自身是模板的一部分，又是工作人员操作平台和施工作业场地，其自身的强调、刚度、稳定性直接关系到人身安全和施工质量。 2、对于滑模设计在满足安全和质量的前提下，如何减 轻自重，以减少组装、拆卸强度和时间，节约材料和动力，降低成本，实现优质高效，也是滑模设计所必须考虑 的。 3、由于滑模结构庞大，所使用千斤顶台数也很多，如何解决千斤顶同步运动，防止偏斜、扭转，也是在滑模设计和施工中必须重点解决的。 4、在煤矿矿井滑模施工中，一般井筒直径小，正常设计滑升速度为 6 7m/d，而对于特大型竖井滑模施工，由于其下料强度要求巨大，一般很难保证，如何控制凝固时间，达到连续施工，也是设计的关键。 5、在特大直径竖井滑模施工中，事故的危害性也特别大，一旦出现粘模事故，后果将不堪设想，同时，鉴于竖井施工特点，片邦、坠物等事故的防范也必须严格把关。 四、 19m 直径调压井滑模的设计与施工 基于以下 特大直径竖井滑模的特点，我公司在吉林丰满电站调压井的滑模设计与施工中采取了优化方案，精心设计，严格组织，确保了滑模竖井的顺利施工。 （一）、优化方案、精心设计 对于这种特大直径断面，我们也是第一次接触，在方案选择时，我们借鉴煤炭系统地面大直径煤仓的滑模特点以及水电系统大直径滑模的优点进行了分析比较，将方案的优化工作重点放在滑模盘的选择上，即滑模操作盘的选择。通过精确计算，反复比较，我们选择了桁架梁、辐射形布置的操作盘。 1、滑模操作盘： 操作盘是滑模的主要爱力构件，也是施工中的重要场所，在滑模操作盘设计中， 在保证其强度、刚度和稳定性前提下，尽可能减轻其重量。因此我们采取用轻型桁架梁，辐 射布置。中间加工一直径 4m，高 3m 的鼓圈作为联接体，桁架梁长 7.4m、高 0.8m，桁架梁采用 75mm角钢，连接筋为直径 35mm 螺纹钢。圆心角为 7.5度。为了保证桁架梁的稳定性，用 4 圈 75mm角钢做为加固圈。在验算时取载荷 200kg/ m，可以满足施工要求，同时为保证滑模盘整体刚度稳定性，又布置直径 25mm钢筋做为斜位索，共计 48 条。滑模盘辅盘用不 1500 300 55 2.5mm定型钢模盘，全部重量为 17187.8 kg。 2、辅助盘： 辅助盘位于操作盘下 2.7m。主要是检查砼壁质量，处理局部缺陷、洒水养护等工作。为减少其重量，采用 1.2m宽悬挂式脚手架，铺设木踩板，其外侧挂安全网的形式，活荷载按150kg/m2计算，用直径 18mm圆钢挂于桁架梁上。辅助盘总重量为 410kg。 3、提升架、围圈、模板、液压系统、支撑杆： 按常规进行设计，并分别按偏心采拉构件和水平侧压力进行了验算，模板根据现场提供材料，选用 1200 300 55mm定型模板，背面用 50 5角钢做加劲肋。选用 HQ-30 型千斤顶，设计承载能力 30KN， 行程 30mm，计 算承载能力按 15 KN 计。 4、滑模载荷分析计算及千斤顶数量选择； （ 1）滑升磨擦阻力 G1： 根据经验公式 G1 fs kf0s k 附加影响系数 取 k 1.5 f0磨擦阻力，一般对钢模板 2KN/m2 s 整圈模板的圆柱面积 s 1.2 3.14 19 71.59m2 则 G1 1.2 2 71.59 214.776KN 21916kg （ 2）滑模结构自重 G2 工作盘 P1 17187.8kg 辅助盘 P2 410kg 提升架 P3 5665.92kg 模 板 P4 3670kg 围 圈 P5 1533kg G2 P1+P2+P3+P4+P5 32162.7kg （ 3）施工荷载 G3 人员 T1 20 人 70kg/人 1400kg 设备 取 T2 2000kg 材料、工具 T3 4000kg 并取 1.3 不均匀系数和 2 倍动力载荷系数，即 G3（ T1+T2+T3） 1.3 2 19240kg （ 4）支撑杆的荷载： 允许承载能力： p 3.142 EJ/k（ ml） 2 E：支撑杆的弹性模量： E 2.1 106kg/cm2 J：支撑杆的截面惯性矩： J 1.981cm4 K：安全系数：取 K 2 Ml：计算长度：按 0.6 1.8 1.08m 计 则 p 3.142 2.1 106 1.981/2（ 0.6 180） 2 1758 kg/cm2 因此支撑杆的数量（千斤顶的数量） n w/cp w：操作平台承载 w G1+G31.3 2+G3 124779kg p：支撑杆的允许承载力 p 1759kg/cm2 c：载荷不均匀系数 取 0.8 n 124779/0.8 1759 88.7（台） 设计中取千斤顶 96 台，支撑杆 96 根，可满足要求。 （二）、严格组织施工 在特大直径竖井滑模的施工中，除严格按照滑模施工规范要求外，我们重点做了以下工作，以确保井筒质 量和安全施工。 1、严格检查滑模的制作和组装质量，并对初次滑升进行了认真的检查总结，确认各部分在受力状态下，强度、刚度和稳定性均能符合要求，方转入正式滑升工作。 2、由于井筒直径大，因此对滑模盘的平整度要求更高，除采用中心垂心控制其几何尺寸外，更采用了水准管的操平工作，密切观察模盘的水平状况，分析千斤顶运行情况，及时更换不合格千斤顶，并对滑模盘进行纠偏处理。 3、在闸门井的施工中，由于地面部分超过一半位于山体边缘，输送管无法沿直径布置，在周长五分之二位置布置两趟料管，六台拌合车进行供料，其供料强度仍远小于煤 矿规范中 67m/d的滑升速度较低，在此情况下，我们重点对坍落度、初凝时间、终凝时间、滑升速度、脱模强度进行了系统的对比分析，达到了规范要求的脱模，保证了混凝土的质量。 五、总结 1、特大直径调压井滑模施工的成功，填补了我公司滑模施工的一项空白，使我公司对于滑模施工积累了更加丰富的经验。 2、对于特大型竖井的滑模设计，其重点工作放在操作盘的设计上