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大型钢结构井架整体纠偏复位施工技术探究

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[摘要]针对大屯能源股份有限公司孔庄煤矿混合井井架基础不均匀下沉,造成提升中心线偏离,提升系统安全运行难以保证的现状,进行了大型钢结构井架整体纠偏复位施工技术研究。采用PLC液压同步移位控制系统,通过多台大吨位液压千斤顶集中控制顶升井架,在提升系统设施停运24h期间内完成井架整体纠偏。该纠偏技术具有影响矿井生产时间少、井架顶升复位位置准确、顶升过程中安全可靠、工作量少、设备操作简便、可减少矿井停产时间等特点,对于矿山立井井架纠偏及安全生产具有重要的现实意义。

[关键词]大型钢结构井架;整体纠偏;PLC液压同步移位;控制系统;液压千斤顶

0引言

孔庄煤矿混合立井井筒净直径8100mm,井筒设计深度1088m,井架采用主提中心线与副提中心线垂直布置,总高度64m,总质量871.6t。结构形式为落地式多绳提升双斜撑式钢结构井架,其中斜架为钢框架结构,采用钢板焊接封闭箱型断面。井架基础采用预制混凝土方桩基础,断面4000mm×4000mm,设计入土深度23m,以粉砂、含姜砂粘土层为持力层,单桩竖向承载力特征值600kN,单桩水平承载力特征值600kN,采用锤击法施工。混合立井采用冻结法施工,由于井筒直径大、穿过冲积层特厚、冻结法凿井时所需冻结壁厚、冻土范围大、永久井架4个基础距冻结壁距离各异及4个独立基础由于受土层不均质、冻结壁非均质、土体冻胀融沉差异、主副提(北侧主提、西侧副提)方位垂直、地下水流失影响等原因,造成井架基础沉降不均匀。根据2013-03-30—2014-11-07沉降观测,4个独立基础的累计沉降值分别为:JCA点5mm、JCB点8mm、JCC点16mm、JCD点11mm。其中JCC点的沉降量最大,存在向冻结壁最近点偏移的趋势,导致井架向北、向西倾斜。根据2014年10月的井架位移观测报告,井架50.15m平台南北方向(主提中心)偏西17mm、东西方向(副提中心)偏北18mm,已超过井架安装标准要求,需及时采取措施控制基础沉降对安全使用产生不利影响,故需对井架进行纠偏复位。

1井架纠偏复位施工方案

井架纠偏复位采用PLC液压同步移位控制系统整体顶升[1]。顶升设备采用有效行程14cm配有液压锁的200t液压千斤顶,可防止系统及管路失压问题,保证负载有效支撑。井架顶升竖向利用M80螺杆及钢板垫片定位支撑。复位过程中使用全站仪全程跟踪检查中心线位移情况,使用水准仪测量天轮平台水平度,确保复位的准确性。首先使用全站仪测量井架基础沉降的相关数据,为井架复位提供数据依据。然后在井架4个柱脚底板基础处分别凿出2个矩形凹槽,在凹槽内支设千斤顶;井架底板4个角安装M80竖向定位螺栓,千斤顶通过液压站集中操作控制,井架底板安装电子刻度标尺,便于观测顶升高度,通过千斤顶的伸缩调整井架中心线位置。千斤顶顶升前,先将箱型井架与井口套架的上端连接部位松开,然后松动井架基础的底脚螺栓。井架调整时,地面井筒十字中心的两个方向分别架设全站仪,观测井架中心线偏移,直到中心线尺寸符合设计要求。井架复位完成后,用高强度无收缩灌浆料将井架底脚与基础的间隙灌浆密实,并对套架上端及天轮的中心线位置偏差和水平度进行校验,如偏差超标,则需要进行调整套架和天轮。

2井架顶升前准备

顶升前准备:①施工设备及材料、工器具的准备。井架纠偏复位主要施工设备有PLC液压同步移位控制系统(含配套液压站、高压油管及200t千斤顶24台)、基础开凹槽用金刚石圆盘锯1台、施工用电焊机2台、井架测量用全站仪2套和水准仪1套、电子测量尺等。材料有高强度无收缩型基础灌浆料3t、平垫铁、斜垫铁、钢板、井架支撑用全螺纹M80mm×150mm螺栓定位螺栓(含特制螺母)及承压板、铁丝、棕绳、临时动力及控制电缆等。施工工器具有割矩、大锤、手锤、磁力线坠、钢尺、角尺、钢板尺、角磨机、望远镜、对讲机等。②基础上表面装修层铲除。使用大锤、錾子等工具将井架底脚基础板处的装饰层拆除,清理出基础板下垫铁位置。③加工300mm×300mm×20mm钢板16块,作为竖向定位螺栓的承压钢板。④在井架4个底脚的基础板上切割出覬86mm圆孔。⑤加工M80mm×150mm全螺纹六角头螺栓(B级,性能等级4.8)16条和特制螺母16个,将螺母焊接在每个井架底脚基础板覬86mm圆孔上方,并在圆孔附近焊接加强板筋。⑥在井架底脚基础板覬86mm圆孔处安装竖向定位M80mm螺栓,螺栓下端与基础上放置的承压钢板接触并紧固螺栓。⑦凿支放千斤顶的凹槽。在每个井架基础上部分别凿2个450mm×650mm×300mm(高×宽×深)凹槽,用于支放千斤顶。⑧安装千斤顶。将千斤顶安装在凹槽内,每个井架柱脚安放6台200t液压千斤顶(1个凹槽内3台),整个井架共安装24台,顶升时千斤顶分成4组控制。千斤顶上部直接顶在井架底部端板,下部凹槽底面用高标号混凝土(砂浆)找平后放置1块650mm×300mm×40mm钢板,千斤顶下端放置在钢板上。

3井架顶升纠偏复位

(1)施工前测量。测量技术人员利用甲方提供的井筒十字中心线坐标,使用全站仪配合棱镜测量校验井架中心线偏差情况,将井筒十字中心线投放到井架43.65、51.15、56.65m层平台上,通过与原井架中心线的标记对比,确定井架偏移数值;根据实测偏移值计算井架各柱脚的顶升值,考虑井架非绝对刚体,实际顶升量要略小于计算值。以井筒十字中心线为基准测量出罐笼提升中心线、箕斗提升中心线的尺寸偏差,利用水准仪测量井架基础沉降情况,为复位工作提供数据支持。

(2)顶升纠偏作业。①将千斤顶放入井架基础底脚下方凹槽内,千斤顶与井架箱型钢柱底端板垂直安放,在顶升过程中千斤顶需分时段调整角度,确保轴心受压。②千斤顶就位后,确定并设置各千斤顶的准确顶升量,安装好电子刻度标尺和监测系统。③根据竖向定位螺栓及钢板垫块的数量,合理安排作业人员及作业内容。④在千斤顶顶升作业前,将井架基础地脚螺栓的螺母松动,确保在顶升作业时地脚螺栓不受力。⑤井架顶升前,将井架箱体与井口套架上端的连接装置松开,防止井架在顶升作业时对套架产生影响。⑥先调整主提方向中心线偏差,后调整副提方向中心线偏差。顶升时统一发布号令,保证同步操作千斤顶。⑦井架顶升过程中,在地面井筒十字中心线两个方向上分别架设1台全站仪,技术人员利用全站仪观测井架各层平台中心线偏移情况。井架顶升前、顶升过程中及顶升后的沉降监测采用精密水准仪进行观测。⑧在顶升过程中安排足够的人员负责监督、测量工作,并分阶段校正千斤顶的抬升值,若个别千斤顶抬升速度与计划有偏差时,应停止纠偏分析原因,及时调整该千斤顶的顶升速度。⑨利用置于千斤顶和井架箱体底板之间的力传感器,观测井架顶升过程中的力值变化,一方面为控制井架顶升力提供依据,同时为该类型工作积累参数。⑩井架顶升工程中要对井架结构整体姿态变形进行监测,包括井架平动、转动和倾斜。井架顶升过程实际上就是控制井架姿态的过程,对井架的数个特征点进行测量和控制,通过监测各特征点实际到达的位置与预期位置的接近程度,可以判断井架变形特征并控制移位过程。輥輯訛当顶升值达到理论计算值的70%时,暂停纠偏,用全站仪测量井架各层平台中心线位置,对提升绳中心线至井筒中心线的尺寸变化情况进行跟踪测量。根据检查结果,当达到原设计使用要求时,停止纠偏,如达不到原设计要求时需继续纠偏,直到满足设计要求。輥輰訛井架顶升复位过程中,竖向定位螺栓由专人跟踪拧紧,保证螺栓处于受力状态。井架和基础之间的间隙用斜垫铁和钢板(400mm×200mm×10mm)塞入,使井架与基础始终保持接触。輥輱訛井架复位后,连接好地脚螺栓,将地脚螺栓紧固。

(3)基础二次灌浆。架复位后,在井架底脚与基础连接部位清除杂物,并用水冲洗后,进行基础的二次灌浆。②二次灌浆使用高强度无收缩灌浆料[2],在灌浆料浇筑后24h强度即可达到C20~C35,3d强度可达C50。③灌浆前,先将井架底脚两侧及下边封堵,然后从上边灌入灌浆料。灌浆料流动性强,可凭自重流淌至所有空隙,不需要进行振捣即可达到密实效果。④待灌浆料强度达到设计要求时,撤掉千斤顶。

(4)井口套架的复位。因井架进行复位处理时将井口套架上端与井架连接装置松开,对井口套架上端会产生位移影响,在井架找正复位后,需对套架上部位置进行校验。利用井架箱体上的中心线挂垂线对套架上部位置校验,如尺寸有偏差,则用手拉葫芦进行调整,调整后再固定牢靠。

(5)天轮的位置校验。因井架在复位时的移动,可能对天轮产生影响,根据地面投放的井筒十字中心线,校验天轮中心线位置,如位置偏差超标,则需对天轮调整。用水准仪对天轮的水平度进行校验,如偏差超标,也需要调整。调整时先将所有提升绳锁在井口套架上,使各天轮不受力,然后松动天轮地脚螺栓,用千斤顶配合大锤等进行调整,通过十字中心线和标高控制,使天轮的位置及水平度满足设计及规范要求。

(6)试运行。井架复位后,基础灌浆强度达到C30以上后,才可以进行试运转,前期试运转中尽量避免急刹车等容易使井架加剧晃动的情况发生,待灌浆层强度稳定后可恢复到设计工况运行。

(7)施工组织。井架顶升纠偏复位施工采用白班工作制,除去施工准备及复位后的缮后工作时间,复位顶升在影响矿井正常提升1d内完成。

4井架顶升过程中应急保障措施

保证措施:①成立以项目经理和建筑、安装、液压、计算机等方面的专家及经验丰富的技术人员组成的应急领导小组,领导小组在紧急情况下可启动应急程序。②监测项目超出预警值时,立即停止工作,检查原因,迅速采取措施进行加固,并继续跟踪监测。③顶升过程中倾斜处理。方案采用了计算机控制的同步连续顶升系统,并由电子测量尺精测各点位移,当发生偏向并超出允许范围时,应检查测距系统的工作情况,电线及信号线是否连通,并由另一套位移测量系统进行复核[3]。④顶升系统发生故障时立即由专业工程师对系统进行检查,尽快排除故障,现场应有足够的备品、备件。⑤系统断电故障处理。电脑程序备有UPS不间断电源可防止突然断电;如果液压油站发生断电,液压千斤顶具有自锁功能,液压千斤顶截止阀将关闭,液压千斤顶压力不变。

5施工过程中注意事项

注意事项:①施工前应对井架进行抗倾覆和抗滑移安全验算,无问题后方可进行施工。②现场应设置施工区临时警戒线,各个路口要有专人把守。防止外界人员进入施工现场发生意外。③施工人员进入现场必须戴安全帽,高空作业必须系安全带,严禁高空抛物。④井架顶升过程中要严格监测有关参数,合理评价井架结构受外力作用的影响,及时、主动采取措施降低或消除不利因素的影响,以确保结构的安全。⑤井架复位前应准确掌握天气情况,5级以上风力禁止复位井架。⑥夜间施工场所应有足够的灯光照明。

6结论

大型钢结构井架纠偏复位有稳车牵引、平行移位等多个施工方法,但采用PLC控制液压顶升调整有较强的施工优势。其施工准备期和后续处理期均不占用矿井生产时间,只在具体的顶升时才影响矿井停产1d时间,施工费用较少,高处作业少,安全生产保障性高,顶升过程位移和受力监测可靠性强,施工质量有保证,为以后同类钢井架的纠偏和复位提供了一种快捷、高效的施工实践经验。

[参考文献]

[1]周科,陈柏金,冯仪,等.基于PLC控制的液压同步顶升系统[J].机床与液压,2007,35(12):149-150.

[2]李鸿博.高强无收缩灌浆料在工程施工中的应用[J].科技信息,2014(6):229-229.

[3]汪学谦,汪晓岚,蓝戊己.PLC控制液压同步顶升系统在连续钢箱梁悬臂架设施工中的应用[J].世界桥梁,2005(2):33-35.

作者:马智民1;谌喜华1;付红2 单位:1.中煤第五建设有限公司,2.江苏建筑职业技术学院

大型钢结构井架整体纠偏复位施工技术探究责任编辑:张雨    阅读:人次