夏春生，路海軍，朱向國

1 項目簡介

1.1 項目概況

某水泥公司有一套礦山破碎與輸送系統(tǒng)，膠帶輸送機輸送角度為19°，1號、2號膠帶輸送機基礎位于箱涵出口下方邊坡上，邊坡原始坡角為45°。輸送系統(tǒng)桁架及基礎建設完成后，邊坡在自然狀態(tài)下基本穩(wěn)定。但受強降雨持續(xù)影響，雨水滲入邊坡巖體，在孔隙水壓力、巖體溫差及基礎傳遞的動荷載等作用下，邊坡坡面附近的破壞程度不斷上升，各節(jié)理面進一步發(fā)展、延伸并逐漸貫通。隨著雨水滲入邊坡的深度增加，破壞范圍逐漸增大，邊坡由局部破壞發(fā)展為整體滑動破壞、失穩(wěn)垮塌，輸送系統(tǒng)1號、2號基礎鋼支架嚴重損壞，桁架發(fā)生垂直和水平方向的位移，僅依靠輸送機膠帶的張力懸掛在空中，輸送系統(tǒng)已無法正常運行。為恢復輸送系統(tǒng)正常運行，亟需對已變形損壞的鋼支架與桁架進行修復。

1.2 項目施工條件

（1）施工區(qū)域地形、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

施工區(qū)域地形陡峻，箱涵出口至5號基礎高差達100m，主要出露地層為上覆第四系全新統(tǒng)崩坡積層碎石。施工區(qū)域北東側(cè)坡腳附近有一條水溝，溝寬約2.5～4.5m，水流較急，流速約1.0m/s，流量較大。施工區(qū)域地下水類型主要為碳酸鹽巖巖溶水，巖溶水主要賦存于石炭系下統(tǒng)鋪門前組灰?guī)r表層節(jié)理裂隙和溶蝕縫隙中，其中，巖溶裂隙中的含巖溶水是施工區(qū)域內(nèi)主要的地下水，巖溶裂隙也是主要的含水層，富含水。根據(jù)鉆探巖芯的完整程度判定，該場地內(nèi)的中風化灰?guī)r巖體屬于“較破碎”巖體，根據(jù)土工試驗報告可知，其飽和抗壓強度標準值為51.1MPa，屬較硬巖。中風化灰?guī)r巖石基本質(zhì)量分級為Ⅳ類。

（2）施工場地設施與運輸條件

施工用電可以利用廊道上的檢修電源。施工區(qū)域外有臨時通道可通往附近的5號基礎，且臨時通道僅可通行小型車輛，大型吊裝設備無法進入施工區(qū)域，材料運輸困難，需多次人工倒運。

2 工程修復方案

根據(jù)現(xiàn)場地形，排除了使用吊裝機械設備的施工方案，原因主要包括：無聯(lián)絡道路可供機械設備通行；已失穩(wěn)垮塌的邊坡尚未穩(wěn)定，應避免擾動導致其二次破壞；受地形限制，施工使用的材料需應用小噸位機械運至現(xiàn)場。

由于該修復工程為高空作業(yè)，施工期正值雨季，經(jīng)反復論證，決定采用“吊橋型懸吊桁架”吊裝修復方案。該方案具體如下：確定可以承受外力的位置，采用吊橋形式為吊裝作業(yè)提供受力點，將桁架及其他構(gòu)配件懸吊至設計位置后，安裝鋼支架，修復此段輸送膠帶廊道。

具體實施時，在箱涵和3號桁架處各設置一座龍門架，以設計的輸送膠帶中心線為基準，在龍門架上對稱布置主吊索，為桁架和鋼支架吊裝提供受力點，以使桁架起吊完成后基本位于設計位置。預計上部桁架的復位與校正工期約為10d，鋼支架的安裝工期約為10d。

3 工程修復重點

1號、2號基礎鋼支架損壞情況如圖1所示。由圖1可以看出，輸送系統(tǒng)上部桁架在水平與垂直方向均有移位，需在兩個方向上進行調(diào)整復位；有兩跨桁架桿件存在變形，需要更換或校正；箱涵出口與1號桁架間的輸送膠帶支架已毀壞，需更換。

圖1 1號、2號基礎鋼支架損壞照片

1號、2號基礎鋼支架損壞嚴重，需鋼結(jié)構(gòu)廠重新分節(jié)加工制作，以便于現(xiàn)場安裝；安裝鋼支架時，需在基礎四周搭設腳手架平臺，隨著鋼支架分節(jié)安裝高度的上升，逐漸提高腳手架平臺高度。

4 龍門架主吊索荷載和安全系數(shù)驗算

制作龍門架，懸吊2根主吊索，膠帶輸送機工藝布置及龍門架吊索位置如圖2所示。主吊索鋼絲繩根據(jù)龍門架移位段的桁架、構(gòu)配件總質(zhì)量進行選型，本工程施工荷載的總質(zhì)量約8t，因此選用的鋼絲繩型號為：6*19-26.0mm-1570MPa。主吊索荷載和安全系數(shù)的驗算如下。

圖2 膠帶輸送機工藝布置及龍門架吊索位置布置圖

4.1 確定鋼絲繩跨度和工作垂度

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，確定鋼絲繩跨度L=50m，外荷載作用下，工作垂度f=L/20=2.5m。

4.2 計算單位跨度施工總荷載

（1）鋼絲繩荷載

單條鋼絲繩單位質(zhì)量2.49kg/m，g=10m/s2，2條鋼絲繩單位荷載為：

（2）桁架及構(gòu)配件荷載

（3）施工人員荷載

取6人在廊道上同時作業(yè)，按每人75kg計，6名施工人員荷載為:

（4）單位跨度施工總荷載

4.3 驗算鋼絲繩安全系數(shù)

鋼絲繩公稱抗拉強度為1 570MPa，破斷拉力T破=777kN。

單根主吊索最大水平拉應力

其中:

最大力矩

單根鋼絲最大水平拉應力

單根鋼絲最大軸向拉應力

安全系數(shù)K=0.8T破/Tmax=0.8×777/206=3.02，安全系數(shù)≥3～4，符合要求。

5 修復工程施工過程

5.1 安裝架設龍門架及主吊索

（1）安裝架設龍門架

在箱涵端部及桁架端部各安裝架設一座龍門架[2]，在距箱涵端部2m的頂板上安裝架設一座龍門架；在桁架端部上弦加設節(jié)點板，節(jié)點板下部的立桿用同型號的槽鋼加固，在節(jié)點板上架設另一座龍門架，此龍門架與節(jié)點板間采用絞接方式連接。龍門架吊索布置見圖3，龍門架架設實景見圖4。

圖3 龍門架吊索布置圖

圖4 龍門架架設實景

（2）對稱布置主吊索

以設計的輸送膠帶中心線為基準，在龍門架上對稱布置主吊索，以使桁架起吊完成后基本上處于設計位置。

（3）布置垂直吊索

主吊索張緊前，在對應位置安裝垂直吊索。根據(jù)桁架及兩個龍門架的間距，在兩根主吊索（1號桁架靠箱涵端、兩跨桁架連接處的垂直上方）設置吊點，同時，需考慮主吊索張緊后的伸長量。

（4）張拉主吊索

箱涵端吊索通過箱涵頂板穿孔螺栓固定后，沿廊道施放主吊索，并在主吊索上預設垂直吊索與提升用葫蘆（4個5t葫蘆，1根主吊索上安裝2個）。先將3號桁架端部的龍門架朝箱涵方向放倒，測量長度后，將主吊索與龍門架頂部的箱涵側(cè)吊耳固定，另一側(cè)的吊耳通過10t葫蘆對2根主吊索同時進行張緊，達到設計位置后，再用鋼絲繩在3號、4號桁架上多點固定，將3號、4號桁架間的上下弦用槽鋼焊接，使3號、4號桁架形成一個整體。主吊索張拉施工現(xiàn)場見圖5。

圖5 主吊索張拉施工現(xiàn)場

5.2 穩(wěn)定桁架

（1）利用吊索、葫蘆等工具懸吊移位鋼桁架端部下弦至受力狀態(tài)。

（2）移位鋼桁架的兩側(cè)設攬風繩，將攬風繩用地錨固定。在鋼桁架移位方向，攬風繩采用“鋼絲繩+葫蘆”的形式，以便歸位時能緩慢調(diào)整位置。

5.3 拆除2號支架

（1）將葫蘆系在桁架上，吊住2號支架并拉緊，割開支架頂部的桁架支座。如此一來，在拆除支架時，不論支架承受拉力還是承受壓力，均不會失穩(wěn)。

（2）拆除支架，設置攬風繩，控制支架下落方向，避免碰撞3號支架。

5.4 桁架歸位

（1）緩慢調(diào)整桁架右側(cè)攬風繩上的葫蘆，使桁架先水平方向歸位。

（2）同時調(diào)整主吊索與桁架間的4個葫蘆，使桁架垂直方向歸位。

（3）桁架就位后，檢查所有桁架受損情況并進行修復。

5.5 安裝及校正鋼支架

鋼支架的安裝需與1號、2號基礎及邊坡治理工程協(xié)同進行。待基礎與上部邊坡治理完成后，開始安裝鋼支架。用挖掘機將鋼支架分節(jié)運至現(xiàn)場。受地形限制，鋼支架不能采取“先組對、后整體吊裝”的方式，只能在基礎上逐節(jié)（＜1t重）向上架設，邊吊裝邊組對。鋼支架利用桁架上弦進行起吊，同時支架四周的腳手架作為組對平臺同步向上搭設。安裝最后一節(jié)支架時，需同時利用平臺與桁架。

5.5.1 進行安裝前準備

（1）平整吊裝場地。

（2）復驗安裝定位所使用的軸線控制點，測量標高使用的水準點。

（3）標出標高控制線和坐標軸線。

（4）復驗預埋件軸線、標高、水平度、預埋螺栓位置及伸出長度，超過允許偏差時，作技術處理。

（5）核對鋼支架幾何尺寸與現(xiàn)場基礎或預埋件的尺寸。

（6）充分考慮運輸便利性，避免構(gòu)件變形，根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點和使用順序，合理放置構(gòu)件。

（7）對構(gòu)件外觀、制作質(zhì)量、是否存在搬遷變形等環(huán)節(jié)進行檢查、記錄。

（8）修復或調(diào)換不符合安裝要求的構(gòu)件、材料，構(gòu)件、材料符合安裝要求后方可投入現(xiàn)場施工。

5.5.2 實施鋼支架安裝

安裝順序由下至上，安裝時應特別注意誤差的累加。每一獨立桿件安裝完成后，應具有足夠的空間剛度和可靠的穩(wěn)定性。

（1）主柱安裝

清潔基礎，調(diào)整基礎標高后，進行安裝。主柱的安裝包括基礎放線、綁扎、吊裝、校正、固定等。

（2）鋼支架單節(jié)吊裝

確定綁扎點，在柱底上部將單節(jié)鋼支架用麻繩綁好，作為牽制溜繩的調(diào)整方向。吊裝前的準備工作就緒后，先進行試吊，吊至100～200mm高度時停吊，檢查索具是否牢固和穩(wěn)定。吊裝組對后，擰緊全部螺栓螺母并加固桿件，達到安全要求后，方可摘除吊鉤，依此繼續(xù)吊裝其余桿件。

（3）立柱校正

立柱的校正一般包括平面位置、標高及垂直度的校正。

鋼支架吊裝柱腳穿入基礎螺栓就位后，對支架標高和垂直度進行校正調(diào)整；校正工具可選用纜風繩、千斤頂、正反螺紋撐桿、大型撬杠等。對鋼支架施加拉、頂、撐或撬的垂直力和側(cè)向力，同時采用不等厚墊鐵，在柱底板與基礎之間調(diào)整校正后，用螺栓固定，并加雙重螺母防松。

5.6 連接和固定構(gòu)件

（1）各類構(gòu)件連接的接頭，須檢查合格后，方可進行緊固和焊接。

（2）安裝高強度螺栓時，構(gòu)件的摩擦面應保持干燥，不得在雨中作業(yè)。

（3）高強度螺栓應順暢穿入孔內(nèi)，不得強行敲打；為便于操作，螺栓穿入方向宜一致，并不得作臨時安裝螺栓用。

（4）不得隨意對安裝螺栓孔進行氣割擴孔。

（5）在同一包裝箱中，高強度螺栓均有配套的螺母和墊圈。當施工過程中，螺栓有剩余時，必須按批號分別存放，不得混放混用。在儲存運輸和施工過程中應防止高強螺栓受潮生銹、沾污和碰傷。

（6）每組高強螺栓應從節(jié)點中心向邊緣緊固。當天安裝的螺栓應在當天緊固完畢，其外露絲扣不得少于2扣。

6 主要施工資源投入

主要施工機械設備見表1，主要材料配置見表2，上部桁架復位與校正施工階段投入勞動力共計15人，鋼支架安裝施工階段投入勞動力共計21人。

表1 主要施工機械設備

表2 主要材料配置

7 結(jié)語

本工程在未使用大型吊裝設備和在對環(huán)境影響最小的前提下，采用吊橋形式為吊裝作業(yè)提供受力點，懸吊桁架及其他構(gòu)配件至設計位置后，安裝鋼支架，順利完成了礦山膠帶輸送機廊道的修復工作。該操作方法簡單、適應性強、所需機具簡單，供類似吊裝作業(yè)時參考。