深矿坑三面封闭空间贝雷架支撑体系拆除施工技术
1 工程概况
长沙大王山冰雪世界项目基于一个深度100m、面积约10万m2的矿坑建造,结构体系为钢-混凝土组合结构,在矿坑中部16.000m标高(绝对标高)位置为3万m2的巨型预应力混凝土梁网平台,具有高度高、荷载重、跨度大的特点。根据方案的编制、论证及实施,采用钢管柱+贝雷架的支撑体系顺利地完成了该平台的支撑体系搭设及平台混凝土实施。该支撑体系搭设高度60m,搭设面积3万m2,总用钢量为1.6万t。平台贝雷架支撑体系如图1所示。
2 贝雷架支撑体系拆除介绍
该工程贝雷架支撑体系搭设完成并混凝土浇筑完成达到强度后,需要对整体贝雷架支撑体系进行拆除。由于本工程环境特殊,位于矿坑之中,结构三面岩壁靠岩,顶部楼板完成,只能从一侧向内推进进行拆除,难度非常大。
2.1 拆除条件
1)混凝土强度达到100%,贝雷架在上部碗扣支撑系统拆除完成,填写拆模申请单,经项目技术负责人、监理工程师同意方可拆模。
2)预应力混凝土梁张拉完毕,并经过验收合格。
3)16.000m平台梁验收合格,混凝土缺陷经过修复后达到设计要求。
4)16.000m平台以下马道安装完成。
5)贝雷片上面混凝土块、竹架板拆除完成,且拆除安全防护完成,经验收合格后方可拆除。
2.2 拆除施工难点
1)冰雪世界梁系结构贝雷架,拆除规模大,总用钢量达到1.6万t,且均为高空作业,搭设高度最高达到60m,安全风险高。
2)受起吊能力、作业空间、工序交替的限制,只能按施工进度分区、分组、分段、分片进行拆除。在如此高的环境中空中解体成小单元进行拆除,没有可供借鉴的施工经验,拆除施工难度大。
3)贝雷架支撑体系三面为岩壁且顶部楼板封闭,矿坑内近2.8万m2混凝土浇筑后贝雷架顶部受其遮挡,垂直吊装手段与顶板之间干扰大,大多数贝雷架吊装单元需从顶板底部采用辅助手段配合用手拉葫芦或卷扬机起吊,拆除工序繁杂,拆除难度大。
4)在坑底进行拆除,由于坑底地形复杂,高低不平,大部分拆除位置如不经过地面处理机械设备无法达到。而在岩壁区域坑底即使修建通道也无法覆盖,贝雷片正下方为岩壁,构件无法下放,材料无法运输,不能在坑底用汽车起重机直接拆除。需要对部分分配梁进行切割,贝雷架进行空中分解,通过人工分段拆除、平移后拆除。
5)平台下部马道走向复杂且比较宽,多处拆除预留孔有冲突,距离下部贝雷架净空小,限制贝雷架拆除手段。
3 贝雷架支撑体系拆除施工工艺
3.1 贝雷架拆除构造顺序及质量
贝雷架的主要构造从上到下依次为。
1)分配梁I25b基本长度为12m,质量为42kg/m,单根重约504kg。
2)次贝雷片最大跨度21m,由3×1.5m贝雷片组成,每片贝雷质量约280kg。
3)主贝雷片最大跨度15m,规格与次贝雷片一致。
4)盖梁盖梁由上弦双拼I45b、腹杆I25b及下弦I45b组成的桁架,跨度为柱距,单榀质量约3t。
5)钢立柱规格为609×16,包括法兰盘每米质量约300kg,长度为3~9m。
6)剪刀撑剪刀撑由上下2根I45b平联及2根[20a斜杆组成,每片重约2t。
3.2 拆除工艺流程
封板后拆除区域主要考虑借助卷扬机通过预留孔、坑底便道通过吊车、手拉葫芦等几种方式进行拆除。
拆除流程为:拆除分配梁→拆除次贝雷片→拆除主贝雷片→拆除盖梁→拆除剪刀撑→拆除钢立柱;至整个支撑体系拆除完成。
3.3 贝雷架支撑体系拆除吊装道路布置
坑底拆除区域为配合贝雷架支撑体系拆除需保证覆盖区域有施工通道能够满足汽车式起重机等机械设备通行,故针对坑底地形和钢支撑布置关系需对坑底通道分3类进行处理。
1)第1类道路在坑底-42.000m标高处修建钢栈桥,钢栈桥主要分1个主通道和两侧2个支栈桥,桥宽9m,高度10m,主要是连通道路进入坑内。坑底钢栈桥通道立面如图2所示。
受力分析:考虑汽车起重机行走及吊装荷载加载在钢栈桥上,计算模型及计算结果如图3所示。
计算结果表明杆件位移达到规范要求,最大位移为6.88mm,满足要求。
计算结果表明杆件梁应力达到规范要求,最大应力为201.23MP,出现在贝雷片的腹杆上,小于容许应力[σ]=315MPa,满足要求。
2)第2类道路在坑底-32.000m区域连通钢栈桥两个方向通车便道还需进行平整处理,部分堆放的构件清理,保证-32.000m区域连通通道宽度≥8m。
3)第3类道路在钢栈桥两侧对应正下方区域,为满足贝雷架拆除机械设备通行要求需针对主要行车位置处进行回填处理,回填高度为10m左右,确保便道宽度在8m以上,满足起重设备施工要求。
最终形成的总体坑底通道布置如图4所示。
3.4 贝雷架支撑体系拆除工艺
1)工字钢横梁平移集中
采用手拉葫芦及卷扬机进行平移集中,依据工字钢质量,单根12m长I25b质量为504kg,工字钢平移集中时最多一次进行5根共2 520kg,故选用5t手拉葫芦配合施工。工字钢平移集中时将手拉葫芦固定在次贝雷架上或马道型钢上,将马道正下方的工字钢及主贝雷正上方的工字钢平移到马道及主贝雷之间能够满足汽车式起重机吊装的区域,每5根一堆,并保证工字钢中心在2组次贝雷梁中间部位。
依据工字钢质量,最多一次进行5根,共2 520kg,可选用5t卷扬机配合施工。工字钢平移集中时首先将定向滑轮固定在预留孔内,定向滑轮焊接固定在[16框架上。然后将卷扬机固定在定向滑轮正上方通过钢丝绳将马道正下方的工字钢及主贝雷梁正上方的工字钢平移到马道及主贝雷梁之间能够满足汽车起重机吊装的区域,每5根一堆,并保证工字钢中心在2组次贝雷梁中间部位。
2)工字钢横梁拆除到坑底
依据工字钢标高+9.370m及坑底通道面标高-30.000m,高差为39.37m,单次工字钢最大吊重1.45t,故选用100 t汽车式起重机配合吊装,主臂长度可达到45m,工字钢的顶标高为+9.370m,距离+16.000m平台的板底高度为6.63m,距离次梁底部高度为3.63m,满足起吊净空要求。将选定汽车式起重机在坑底平整通道处进行打腿伸臂,并避让坑底中间-17.000m梁位置处,将吊臂由次贝雷梁中间空隙处伸到需要调离的工字钢正上方,将工字钢缓缓吊起后一头用牵引绳对其转换方向后落到坑底,由此依次进行拆除工字钢横梁,如图5所示。
3)次贝雷梁分解拆除到坑底
依据次贝雷梁标高+9.190m及坑底通道面标高-30.000m,高差为39.19m,单组贝雷架最长21m,吊重4.2t,选用100t汽车式起重机配合吊装,将选定汽车式起重机在坑底平整通道处进行打腿伸臂,并避让坑底中间-17.000m梁位置处,将吊臂由主贝雷组中间空隙处且避让开马道构件伸到需要调离的次贝雷梁正上方,将次贝雷组采用两点固定在吊车上后进行贝雷销敲除分解贝雷组。贝雷销拆除时需防止掉落,待敲出一定长度后先用绳子将贝雷销尾端拴住,然后再通过接力杆将贝雷销继续敲出。贝雷组分解后采用汽车式起重机垂直缓缓落到坑底地面上,然后就近用25t汽车式起重机进行分解,如图6所示。
4)主贝雷梁分解拆除到坑底
依据主贝雷梁标高+7.690m及坑底通道面标高-30.000m,高差为37.69m,单组贝雷架最长24m,吊重4.8t,选用100t汽车起重机配合吊装,将选定汽车起重机在坑底平整通道处进行打腿伸臂,并避让坑底中间-17.000m梁位置处,将吊臂避让开马道构件伸到需要调离的主贝雷梁正上方(中间组主贝雷梁吊装前先用手拉葫芦拉到距离盖梁边缘0.5~1m处),主贝雷梁拆除前需先拆除贝雷组与组之间的斜撑和贝雷组与盖梁间的小龙门起重机,然后将主贝雷组采用两点固定在起重机上后进行贝雷销敲除分解贝雷组且拆除贝雷组与组之间斜撑。贝雷销拆除时需防止掉落,待敲出一定长度后先用绳子将贝雷销尾端拴住,然后再通过接力杆将贝雷销继续敲出。贝雷组分解后采用汽车式起重机缓缓吊到坑底地面上,然后就近用25t汽车式起重机进行分解打散,如图7所示。
5)工字钢盖梁拆除到坑底
依据工字钢盖梁标高+6.190m及坑底通道面标高-30.000m,高差为36.19m,单根双拼工字钢盖梁最长12m,吊重2.1t,故选用50t汽车式起重机配合吊装,主臂长度可达到40.2m,将吊臂挂好事先绑定的钢丝绳伸到需要调离的工字钢盖梁正上方,将工字钢盖梁吊装至坑底,如图8所示。
6)剪刀撑拆除到坑底
依据最高剪刀撑标高+5.000m及坑底通道面标高-30.000m,高差为35m,单个最大剪刀撑吊重2.64t,故选用50t汽车式起重机配合吊装。
选用2台起重机配合方式,1台起重机端部安装吊篮割除剪刀撑与钢支撑外缘及牛腿连接处焊缝,同时采用另外一台选定汽车式起重机用钢丝绳将剪刀撑栓紧。待剪刀撑同钢支撑连接部位焊缝全部割除后采用起重机将剪刀撑缓缓掉落到坑底地面上,然后就近用25t汽车式起重机配合进行割除分解,如图9所示。
7)钢立柱拆除到坑底
依据最高钢立柱标高+5.740m及坑底通道面标高-30.000m,高差为35.74m,最长分解钢立柱控制在15m以内,最大吊重为4.5t,故选用QY50K型汽车式起重机配合吊装(如受场地限制汽车式起重机打腿位置距离吊装处距离太大时需采用更大的汽车式起重机配合施工)。
选用2台起重机配合方式,一台起重机端部安装吊篮在指定分解拆除节点处进行拆拧螺栓,同时采用另外一台选定起重机用钢丝绳将要拆除段钢立柱栓紧。待钢立柱拆除节点螺栓全部拧掉后采用起重机将剪刀撑缓缓降落到坑底地面上,注意拧螺栓人员吊篮方向须避开钢立柱吊离倾斜面。然后就近用25t汽车起重机配合进行割除分解,如图10所示。
3.5 贝雷架支撑体系拆除安全风险控制
本工程贝雷架支撑体系拆除风险高,在拆除过程中需要做好一切安全保障。
1)拆除过程中,吊车臂架下和工作半径范围内不得站人。吊装用的钢丝绳、吊具等必须满足受力要求,安全系数于>10;钢丝绳使用前一定要经过检查,合格后方可投入使用。钢丝绳吊点部位要保证所吊构件具有足够的强度和刚度。为保证钢丝绳使用寿命和使用安全,应在吊点处加垫木板、麻片或采取其他措施使吊点处钢丝绳受力均匀,不产生应力集中,避免割绳、断绳等安全事故发生。钢丝绳安装好后要进行全面检查,确保安全牢固后方可指挥起吊。起吊时要缓慢提升吊钩,先收紧吊绳使之受力,然后进行试吊,确认安全后才能正式起吊提升。
2)支架体系上部贝雷架工字钢拆除时需借助马道和贝雷架拉设生命线,施工人员在上行走时需将安全带挂在上面。
3)贝雷架、钢立柱等大构件拆除吊落时在一端采用牵引绳控制其掉落方向,以免撞击到别的构件。
4)悬空贝雷销拆除分解时需用绳栓紧贝雷销一端,防止贝雷销直接掉落。
5)做好贝雷架拆除周边的临边防护,拆一个区域将一个区域进行封闭,并做好禁止通行的标识。
6)为了保障拆除施工过程中操作人员的安全,需在每个拆除区域拆除前拉设14mm的非油性钢丝绳生命线,以便在实际拆除施工中人员在贝雷架支撑体系上行走和操作时能够将安全带挂在上面。当不能借助马道拉设生命线时,需单独在施工区域两头做1个型钢立杆固定在贝雷片上,然后将生命线固定在上面。同样钢丝绳栓接2个头部至少固定2个卡扣且需要将其基本拉紧。
4 现场实施
现场实施过程中严格按照方案进行控制,确保过程安全。克服多重困难,顺利地将1.6万t贝雷架支撑体系拆除完成,有效地推进工程顺利进行。
5 结语
长沙冰雪世界工程建立于百米深矿坑当中,其-36.000m重型、大跨、高墩混凝土平台采用贝雷架支撑体系,搭设面积约3万m2,用钢量达到1.6万t。-36.000m标高混凝土梁及楼板浇筑完成后,由于深矿坑三面封闭且坑底地形复杂,对该贝雷架支撑体系的拆除难度很大。为解决贝雷架支撑体系的拆除难题,顺利推进项目开展,通过多次论证与实地勘察形成了一个切实可行的施工方案,并结合现场合的理组织与精心部署,有效解决了该项目贝雷架拆除的难题,为封闭空间大型支撑体系拆除积累了丰富的经验。
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