壓力鋼管洞內(nèi)運輸錨點研究

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)置壓力鋼管承擔輸水任務(wù)。壓力鋼管的直徑大，重量大，鋼管的洞內(nèi)運輸，大多需要設(shè)置卷揚機系統(tǒng)進行運輸，同時需要設(shè)置各種錨點對卷揚系統(tǒng)各設(shè)施進行固定，以滿足施工需要。

2 錨點的概念

錨點是鋼管運輸卷揚機系統(tǒng)的固定點和受力點，以及滑輪組與土石工程結(jié)合點和錨固點。在鋼管洞內(nèi)運輸系統(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機系統(tǒng)進行鋼管的運輸。

3 錨點簡介

3.1 錨點分類

錨點按設(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，地錨和側(cè)錨則為轉(zhuǎn)向、牽引用滑輪組固定點，以及卷揚機固定插筋。按使用功能不同可分為：卷揚機錨點、軌道錨點、導(dǎo)向錨點、卸車錨點和牽引錨點。

3.2 布置原則

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

3.3 常用布置位置

天錨作為起重滑輪組固定點，其布置位置包括：（1）施工支洞與引水隧洞交叉點洞頂中心，即洞內(nèi)卸車點；（2）施工支洞封堵段外側(cè)洞頂中心，即洞內(nèi)卸車點；（3）豎井、上彎段上游側(cè)洞頂中心，即設(shè)備安裝錨點；（4）斜井軸線延長線與洞頂交匯處，即斜井鋼管溜放錨點；（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，必須進行裝卸、起重作業(yè)的位置。

側(cè)錨通常作為天錨點的輔助錨點，作為鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪固定點，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，不得在鋼絲繩運行過程中有碰巖石情況；（3）錨固點巖石狀況良好。

地錨布置位置通常包括：（1）卷揚機前方迎頭位置，根據(jù)卷揚機卷筒寬度確定與卷揚機的距離確定；（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，通常作為斜井或是豎井鋼管安裝前的臨時固定錨點；（5）卷揚機固定錨點，每臺卷揚機均在卷揚機前后布置地錨，將卷揚機固定牢靠。

4 錨點錨桿強度設(shè)計與計算

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

4.1 受力分析類別

根據(jù)錨點的受力特點，錨點的錨桿需要校核拉力與剪切力。

4.2 校核計算

錨點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，在錨點設(shè)計時其拉力設(shè)計值計算考慮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)計值。

計算公式如下：

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)強度標準值（如堅硬巖1.5～2.5MPa）；f′ms為錨固段注漿體與筋體間極限黏結(jié)強度標準值（如采用M30 水泥砂漿與普通鋼筋的黏結(jié)強度設(shè)計值為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)強度降低系數(shù)（不考慮）；ψ 為錨固段長度對極限黏結(jié)強度的影響系數(shù)（6～3m：1.0～1.3；3～2m：1.3～1.6）；n 為鋼筋計算根數(shù)；fpy為鋼筋抗拉強度設(shè)計值。

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，抗拉力計算直徑按公稱尺寸計算。鋼筋直徑小于或等于36mm 的，取值均比公稱直徑小1mm 計算，大于36mm 的，取值比公稱直徑小2mm 計算。

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

4.3 舉例計算

某工程中的壓力鋼管洞內(nèi)卸車系統(tǒng)，經(jīng)計算天錨的實際負荷為60t，卷揚機采用JM10，校核天錨及卷揚機固定插筋強度。

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，屈服強度標準值：400MPa、抗拉強度極限值：540MPa、斷后伸長率≥16%，抗拉強度設(shè)計值：360MPa，鋼筋直徑按規(guī)范要求內(nèi)徑取整為31mm 為受力范圍進行考慮。

天錨荷載計算如下：

因此，Nd=min（434,1186,1319）=434t。

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

卷揚機固定插筋：選取錨桿材質(zhì)為HRB400、φ28mm 的螺紋鋼，單根插筋抗剪計算：

按5 倍安全系數(shù)計算，抗剪強度為103/5=20.6kN。

計算中省略卷揚機產(chǎn)生的摩擦力等有利因素，可以計算10t 卷揚機需要的插筋數(shù)量不少于100/20.6≈5 根，即可滿足要求。

4.4 載荷試驗

錨桿的最大試驗載荷取桿體極限抗拉強度標準值的75%或屈服強度標準值的85%中得較小值。或者根據(jù)使用需要，按起重機械載荷試驗中，靜載荷試驗最大值，即設(shè)計拉力的1.25倍進行載荷試驗。

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)卷揚系統(tǒng)的錨點，布置及計算校核方法，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，并在實際工作中經(jīng)過了實踐驗證可以保證卷揚系統(tǒng)的安全運行。