水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１２年第３１卷第３期 引黄工程北干线平鲁地下泵房岩锚吊车梁设计 程晓鸣 摘赵国杰 要 岩壁吊车梁是地下厂房中常用的一种水工结构，设计的重点在于其在吊车荷载等外力作用下的自身稳定计 算分析。对万家寨引黄工程北干线平鲁地下泵站岩壁吊车梁的设计做了简明的论述．着重介绍了岩壁吊车梁的锚固 设计。 关键词 地下泵站岩壁吊车梁极限平衡锚杆锚固力引黄工程北干线 中图分类号ＴＶ３１４ 文献标识码Ｂ 文章编号１００７—６９８０（２０１２）０３—０００４—０３ 岩壁吊车梁是采用锚杆将现浇的钢筋混凝土 吊车梁锚固在地下厂房两侧的岩壁上，吊车荷载 通过吊车梁传到岩壁上的一种结构型式。这种结 构具有受力条件好、结构简单、不需设吊车柱等 优点，从而减少厂房跨度，减少工程量，节省工 广州抽水蓄能电站、东风水电站等Ｔ程均较为成 功地采用了岩壁吊车梁这一新技术。 万家寨引黄入晋工程北干线平鲁地下泵站主 厂房开挖尺寸为７７ ｍｘｌ４．４ ｍｘ２１．２８ ｍ（长×宽×高）。 设１台３２／５ ｔ单小车变频桥式起重机。轨距为 １３．５ ｉｎ，轮距为５ ｍ，最大轮压为２７０ ｋＮ，吊车小 程投资。岩壁吊车梁结构利于施工，当地下厂房 开挖至中部时即可作岩壁吊车梁，安装吊车，开 挖厂房下部以及浇筑７昆凝土作业都能用吊车起吊， 为施工创造了有利条件。近年来，岩壁吊车梁在 车水平刹车力为３０．８ ｋＮ．吊车梁顶高程 为１ ２７０．２６０ ｉｎ．轨道高度为１４ ｅｍ。轨道顶高程为 １ ２７０．４００ ｉｎ。 国内外水电站以及其它工业地下厂房中得到较多 的应用。２Ｏ世纪８０年代，挪威首先成功地采用了 这种结构，国内已建的鲁布革水电站地下厂房、 平鲁地下泵房岩壁吊车梁拟定的断面体形见 图１。其主要指标见表１，主要特性见表２。平鲁 地下泵房岩壁吊车梁特性指标见表２。 图１岩壁吊车梁典型断面图 程晓鸣等．引黄工程北干线平鲁地下泵房岩锚吊车梁设计 ‘５・ 锚杆不考虑承受外荷．只作附加支撑、固定用。 表１吊车梁断面结构主要指标表 项目 ｂｌ ｍｍ 数值 ６３ｌ 围岩稳定所需的支护另由系统喷锚支护考虑承担。 ２－２岩壁吊车梁设计 数值 ２００ 项目 ２ ｂ２ ５００ ｈ３ １ ０９９ 拟定吊车梁断面尺寸。认为吊车梁为一壁式 连续牛腿．岩壁吊车梁的破坏受其内出现的斜裂 缝控制，参照相关规范拟定断面尺寸，这里不再 赘述，具体尺寸见图１、表１。以下着重阐述岩壁 ６３ ｂ４ ｌ００ ７００ ｈａ ｈｓ １ ３５０ ４５０ ｂｓ ４５０ ｋ １ ８００ ｂ６ ４０Ｏ ｈ７ ３５ ｂ７ ９００ ｈｓ １ ０９９ ｂ８ ４００ ｈ０ １０Ｏ ｂ９ ３７２ ｈｌｏ １ ０５７ 梁顶二期混凝土厚度 ５０ ｈｉ１ ６８ ｈｉ １７０ ｈｉ２ ６５ 表２吊车梁主要特性表 岩壁吊车梁 上、下游梁长Ｌ／ｍ ５７．７ 断面宽度ｂ／ｍ ｌ－３ 断面高度ｈ／ｍ 断面底部倾斜角ｒ／（ ） 断面壁角ａ／（ １ 吊车粱混凝土与接触岩壁摩擦系数 ０．４５ １工程地质条件 地下泵房吊车梁布置在较坚硬完整的奥陶系 灰岩上。 混凝土与岩体的抗剪断强度：广＝１．２～１，Ｃ ＝ １．１—０．９ ＭＰａ，饱和抗压强度为６０～７０ ＭＰａ。岩石 的抗拉强度为４－５ ＭＰａ。 ２岩壁吊车梁设计 ２．１ 设计原则 岩壁吊车梁按岩面上的钢筋混凝土牛腿进行 结构分析，混凝土与岩面间不计黏结力，只考虑 由正压力引起的摩擦力。上部锚杆按轴心受拉构 件考虑，只承受轴向拉力，不承受剪切力；下部 吊车梁的稳定计算。 ２．２．１抗倾极限平衡 岩壁吊车梁受力如图１所示： 吊车梁所受外力对Ｏ点的合力矩为：加 ∑Ｍ外＝Ｇ１×￡１＋…＋Ｇ８× ８＋尸＞（ Ｚ —－ Ｐ１ｘＬ．口１＋Ｐ２ｘＬｎ 式中 Ｇ 、…、Ｇ —＿岩壁吊车梁每米分块自重： Ｐ－岩壁吊车梁吊车设计轮压： 卜岩壁吊车梁吊车设计刹车力； Ｐ１——岩壁吊车梁梁顶找平砂浆自重； 一岩壁吊车梁埋件自重； …、、 、 、￡ 、 、 厂—与各荷载 对应的至 Ｏ向 。 由于上、下排采用同一型号的锚杆，即上、 下排锚杆等面积，则有： ＳｖｘＬ￡＝ＳＬｘＬ 式中５ ——下排受拉锚杆内力： Ｊｓ 广一上排受拉锚杆内力： ——下排受拉锚杆力臂： 厂上排受拉锚杆力臂。 岩壁吊车梁合内力矩，即锚杆内力合力矩为： ∑ 内＝Ｓ ￡ × 根据抗倾极限平衡条件，有： ∑Ｍ外＝∑Ｍ内 可以求解得到．ｓ 、Ｊｓ 。 ２＿２．２抗滑稳定核算。 根据刚体极限平衡原理，在刚体满足抗倾稳 定的前提下，应同时满足在给定的摩擦系数前提 下的抗滑稳定要求。见图２岩壁吊车。 垂直力总和： Ｑ＝Ｇｌ＋…Ｇ８＋Ｐ＋Ｐ１＋Ｐ２ 外力合力： ・６・ 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１２年第３１卷第３期 螺纹钢筋与水泥结石之间的黏结强度标准值 为２ ＭＰａ，ｑ 设计值为０．８倍标准值，即１．６ ＭＰａ。 要求水泥结石体抗压强度标准值不低于Ｍ３０。 考虑围岩开挖松动的影响，锚杆人岩深度为 Ｏ ７．０ ｉｎ。 ３施工技术要求 岩壁吊车粱对施工技术要求很高，岩壁的开 挖要采用少药量小炮，特别是岩壁倾斜角｜８施工 时，要采用光面预裂爆破及转角区围岩预设防裂 支护锚杆等措施，以保证按设计开挖线开挖，同 时不允许欠挖。严格控制超挖，超挖会引起岩壁 图２岩壁吊车梁合力图 吊车梁同定锚杆应力增加。当施工中出现大于允 许的超挖或 角有所变化时，必须进行专门验算 和采取措施。岩壁吊车梁锚杆孑Ｌ位、方向和深度 应准确并注意防止塌孔和堵塞，孑Ｌ内注浆应饱满， 否则锚杆受力将达不到预期的效果。 ｈ＝４０ ＋Ｔ 内力（锚杆拉力）合力： Ｎｓ＝４ｓＤ＋ 一２ ｕ× ×ＣＯＳ Ｃ 在内力合力三角形中： Ｎｊｓｉｎ／３＝Ｓｖｓｉｎ Ｃ ４结语 岩壁吊车梁是空间整体结构．影响因素很多。 在计算上，由于连接混凝土梁和岩石两种不同介 质的锚杆的数学模型很难模拟，采用有限元法分 在外力合力三角形中： ｔａｎＡ＝Ｑ／Ｔ 内、外力合力： Ｒ＝ 析存在一定困难，因此只采用平面力系平衡的方 法来分析。但从几个已建的工程岩壁吊车梁（含引 黄工程总干线一、二级泵站岩壁吊车梁）的运行情 况看．采用常规分析方法的设计．运行安全是有 保证的。 岩壁吊车梁是一项在地下厂房中越来越被广 泛采用的新技术，具有公认的优越性。通过丁程 在内、外力合力三角形中： Ｒｓｉｎ ＝ ，ｓｉｎ ０９ 根据上式可以求解得到在抗倾极限平衡条件 下，同时满足抗滑极限平衡所需的摩擦系数值。 若此时求得的摩擦系数小于或等于给定的摩擦系 数值，则满足稳定要求。 实践，常规设计方法虽然是安全可行的，但仍需 要进一步优化完善。 作者简介 程晓鸣 男 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责 任公司 天津３００２２２ ２＿２＿３岩壁吊车梁锚杆选取 根据上述计算，平鲁地下泵房岩壁吊车梁１ １／１隔 离体所配锚杆，上排为２ ４，２８＠７５０ｍｍ：上部第２排 为１ ４，２８ｍｍ，且居中：第３排为２．，４２８＠７５０ｍｍ。 ２．３锚杆黏结长度核算 按ＧＢ５００８６－－２００１《锚杆喷射混凝土支护技术 赵国杰男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ 规范》规定，岩石与水泥之间的黏结强度标准值为 １．５ ＭＰａ，ｑ 设计值为０．８倍标准值，即１．２ ＭＰａ。 （收稿日期２０１２－０４—２３） ＋一一＋一＋一＋一＋－＋－＋－＋”＋一＋‘。＋一＋一＋“＋‘。＋‘‘＋’。＋‘。＋“＋” 。卜”＋” ＋ 欢迎订阅 欢迎刊登广告 ＋ ＋．．＋．．＋ ＋．．＋．．＋÷ ＋ ．．