大型钢结构井架整体纠偏复位施工技术探究范文

［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