壓力鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸錨點(diǎn)研究

邊潤娃

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧丹東118000）

1 引言

大型的水電工程輸水系統(tǒng)中一般均設(shè)置壓力鋼管承擔(dān)輸水任務(wù)。壓力鋼管的直徑大，重量大，鋼管的洞內(nèi)運(yùn)輸，大多需要設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸，同時需要設(shè)置各種錨點(diǎn)對卷揚(yáng)系統(tǒng)各設(shè)施進(jìn)行固定，以滿足施工需要。

2 錨點(diǎn)的概念

錨點(diǎn)是鋼管運(yùn)輸卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)的固定點(diǎn)和受力點(diǎn)，以及滑輪組與土石工程結(jié)合點(diǎn)和錨固點(diǎn)。在鋼管洞內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)中大體積、大噸位的鋼管受洞室空間限制，在大部分工程中必須采用卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行鋼管的運(yùn)輸。

3 錨點(diǎn)簡介

3.1 錨點(diǎn)分類

錨點(diǎn)按設(shè)置的位置不同可分為：天錨、地錨和側(cè)錨。天錨為卸車滑輪組固定點(diǎn)，地錨和側(cè)錨則為轉(zhuǎn)向、牽引用滑輪組固定點(diǎn)，以及卷揚(yáng)機(jī)固定插筋。按使用功能不同可分為：卷揚(yáng)機(jī)錨點(diǎn)、軌道錨點(diǎn)、導(dǎo)向錨點(diǎn)、卸車錨點(diǎn)和牽引錨點(diǎn)。

3.2 布置原則

錨點(diǎn)的布置位置根據(jù)車輛運(yùn)輸方向、鋼管運(yùn)輸方向、支洞開挖尺寸、洞室結(jié)構(gòu)、洞內(nèi)巖石狀況以及卷揚(yáng)機(jī)具體位置確定。具體施工時，在洞室開挖施工結(jié)束后，開挖施工隊(duì)伍及設(shè)備基本離場，在前期洞室開挖過程中進(jìn)行錨點(diǎn)的施工最為合理，若錨點(diǎn)布置不足則很難補(bǔ)打。

3.3 常用布置位置

天錨作為起重滑輪組固定點(diǎn)，其布置位置包括：（1）施工支洞與引水隧洞交叉點(diǎn)洞頂中心，即洞內(nèi)卸車點(diǎn)；（2）施工支洞封堵段外側(cè)洞頂中心，即洞內(nèi)卸車點(diǎn)；（3）豎井、上彎段上游側(cè)洞頂中心，即設(shè)備安裝錨點(diǎn)；（4）斜井軸線延長線與洞頂交匯處，即斜井鋼管溜放錨點(diǎn)；（5）其他布置位置根據(jù)現(xiàn)場情況確定。在吊車等設(shè)備無法布置到達(dá)，必須進(jìn)行裝卸、起重作業(yè)的位置。

側(cè)錨通常作為天錨點(diǎn)的輔助錨點(diǎn)，作為鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪固定點(diǎn)，布置原則如下：（1）不影響車輛、設(shè)備通行；（2）不影響鋼絲繩通過，不得在鋼絲繩運(yùn)行過程中有碰巖石情況；（3）錨固點(diǎn)巖石狀況良好。

地錨布置位置通常包括：（1）卷揚(yáng)機(jī)前方迎頭位置，根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)卷筒寬度確定與卷揚(yáng)機(jī)的距離確定；（2）鋼絲繩中間轉(zhuǎn)向位置作為洞內(nèi)鋼絲繩導(dǎo)向輔助地錨；（3）牽引滑輪位置主要指鋼管安裝位置前方牽引滑輪的固定地錨；（4）鋼管臨時固定點(diǎn)，通常作為斜井或是豎井鋼管安裝前的臨時固定錨點(diǎn)；（5）卷揚(yáng)機(jī)固定錨點(diǎn)，每臺卷揚(yáng)機(jī)均在卷揚(yáng)機(jī)前后布置地錨，將卷揚(yáng)機(jī)固定牢靠。

4 錨點(diǎn)錨桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)與計(jì)算

錨點(diǎn)設(shè)計(jì)時，必須要對錨點(diǎn)的承載力進(jìn)行計(jì)算校核，包括錨桿強(qiáng)度校核計(jì)算部分以及吊耳板等金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算部分。其中，錨桿強(qiáng)度的計(jì)算在金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用較少且已有的校核計(jì)算方法不太明確。

4.1 受力分析類別

根據(jù)錨點(diǎn)的受力特點(diǎn)，錨點(diǎn)的錨桿需要校核拉力與剪切力。

4.2 校核計(jì)算

錨點(diǎn)的錨桿型式為水泥砂漿錨桿，即黏結(jié)型錨桿。錨桿材料選用熱軋帶肋鋼筋，在錨點(diǎn)設(shè)計(jì)時其拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算考慮3 個部分：（1）錨桿的抗拉承載力；（2）錨桿與周圍灌漿料（砂漿錨固體）之間的黏結(jié)力；（3）孔道灌漿料（砂漿錨固體）與巖體之間的黏結(jié)力。取其中的最小值作為錨桿抗拉力的設(shè)計(jì)值。

計(jì)算公式如下：

錨桿的抗拉承載力：

錨桿與周圍灌漿料（砂漿）之間的黏結(jié)力：

孔道灌漿體（砂漿錨固體）與巖體之間的黏結(jié)力：

式中，Nd為錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值；La為錨固段長度；fmg為錨固段注漿體與地層間極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（如堅(jiān)硬巖1.5～2.5MPa）；f′ms為錨固段注漿體與筋體間極限黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（如采用M30 水泥砂漿與普通鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.35MPa）；D 為錨桿錨固段鉆孔直徑；d 為鋼筋直徑；K 為錨桿錨固段注漿體與地層間的黏結(jié)抗拔安全系數(shù)（如Ⅱ級臨時錨桿1.6）；ξ 為多根鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)（不考慮）；ψ 為錨固段長度對極限黏結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)（6～3m：1.0～1.3；3～2m：1.3～1.6）；n 為鋼筋計(jì)算根數(shù)；fpy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

其中，螺紋鋼筋錨桿直徑根據(jù)GB/T 1499.2—2018《鋼筋混凝土用鋼第2 部分：熱軋帶肋鋼筋》規(guī)定，抗拉力計(jì)算直徑按公稱尺寸計(jì)算。鋼筋直徑小于或等于36mm 的，取值均比公稱直徑小1mm 計(jì)算，大于36mm 的，取值比公稱直徑小2mm 計(jì)算。

由于剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取0.5 倍設(shè)計(jì)屈服強(qiáng)度，一般情況下，若剪切強(qiáng)度校核滿足施工要求，則該錨桿即可使用，實(shí)際施工中錨桿受純剪切力情況較少，校核驗(yàn)算中通常也要根據(jù)上述過程驗(yàn)算抗拉強(qiáng)度以保證安全。

4.3 舉例計(jì)算

某工程中的壓力鋼管洞內(nèi)卸車系統(tǒng)，經(jīng)計(jì)算天錨的實(shí)際負(fù)荷為60t，卷揚(yáng)機(jī)采用JM10，校核天錨及卷揚(yáng)機(jī)固定插筋強(qiáng)度。

天錨型式為：φ32mm 的螺紋鋼16 根，5.5m 長，打入巖體5.0m 長并用砂漿加固。錨桿材質(zhì)為HRB400 螺紋鋼，屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：400MPa、抗拉強(qiáng)度極限值：540MPa、斷后伸長率≥16%，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：360MPa，鋼筋直徑按規(guī)范要求內(nèi)徑取整為31mm 為受力范圍進(jìn)行考慮。

天錨荷載計(jì)算如下：

因此，Nd=min（434,1186,1319）=434t。

其中，n=16，fmg=1.5MPa，ψ=1.0，d=35mm、La=5.0m。

卷揚(yáng)機(jī)固定插筋：選取錨桿材質(zhì)為HRB400、φ28mm 的螺紋鋼，單根插筋抗剪計(jì)算：

按5 倍安全系數(shù)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度為103/5=20.6kN。

計(jì)算中省略卷揚(yáng)機(jī)產(chǎn)生的摩擦力等有利因素，可以計(jì)算10t 卷揚(yáng)機(jī)需要的插筋數(shù)量不少于100/20.6≈5 根，即可滿足要求。

4.4 載荷試驗(yàn)

錨桿的最大試驗(yàn)載荷取桿體極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%或屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的85%中得較小值。或者根據(jù)使用需要，按起重機(jī)械載荷試驗(yàn)中，靜載荷試驗(yàn)最大值，即設(shè)計(jì)拉力的1.25倍進(jìn)行載荷試驗(yàn)。

5 結(jié)語

本文研究總結(jié)了在水電施工中，洞內(nèi)有限空間內(nèi)卷揚(yáng)系統(tǒng)的錨點(diǎn)，布置及計(jì)算校核方法，可以解決金屬結(jié)構(gòu)施工人員在工作中遇到的部分問題，并在實(shí)際工作中經(jīng)過了實(shí)踐驗(yàn)證可以保證卷揚(yáng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。