宋 濤,朱 琳,劉天政
山東省水利勘測設(shè)計院
懸吊式供水管道的設(shè)計
宋濤,朱琳,劉天政
山東省水利勘測設(shè)計院
本文論述了在巖石隧洞內(nèi)設(shè)置大口徑懸吊供水管道的設(shè)計思路,并對其中的關(guān)鍵點和設(shè)計難點進(jìn)行了分析和探討。
隧道;管道;懸吊;錨桿
在某水電站供水管道設(shè)計中,管內(nèi)徑D=1.6m的有壓供水管道需要穿越已有隧洞,該隧洞現(xiàn)為灌溉供水洞,斷面為倒梨形孔,正常非滿流過水。若將供水管道敷設(shè)在洞底,必然會抬高現(xiàn)有水位,也會對現(xiàn)有灌溉水流產(chǎn)生較大阻力,為了不影響現(xiàn)有灌溉用水?dāng)嗝妫媱澙美嫘慰咨喜坎贿^水空隙設(shè)置懸吊式供水管道。為了保證整體剛度和強度,懸吊管材采用壁厚為18mm的螺旋鋼管。
該隧洞巖石為結(jié)構(gòu)密實、強度極高的花崗石,非常適合錨固,因此,擬采用在隧洞內(nèi)錨桿懸吊鋼管的敷設(shè)方案,進(jìn)一步計算確定錨桿的直徑、長度和錨固體的直徑、長度等參數(shù),計算條件及結(jié)果如下:
①每根錨桿軸向拉力設(shè)計值Nt計算
計算條件:
輸水鋼管管徑為D=1.6m
每隔2米設(shè)1對錨桿
載荷分項系數(shù)1.3
計算結(jié)果:
長度2米的管重、水重之和約為60kN,則每根錨桿軸向拉力設(shè)計值Nt=1.3×(60/2)=39kN。
②錨桿直徑d計算
計算條件:
錨桿工作條件系數(shù)0.7
工程結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1
使用年限50年
錨桿鋼材年銹蝕量0.04mm
計算結(jié)果:
d不小于16mm,為安全起見,選用d=25mm的螺紋鋼。
③錨固體與巖石間(花崗巖)的錨固長度L1計算
計算條件:
錨固體與地層粘結(jié)工作條件系數(shù)1.0
錨固體直徑40mm
巖石與錨固體粘結(jié)強度特征值900kPa(注漿標(biāo)號M30)
計算結(jié)果:
L1不小于0.35m,安全起見,取L1=1.0m。
④錨固鋼筋與錨固砂漿間的錨固長度L2計算
計算條件:
錨桿與砂漿粘結(jié)強度工作系數(shù)0.9
錨桿鋼筋直徑0.25mm
鋼筋與錨固砂漿粘結(jié)強度設(shè)計值2400MPa
計算結(jié)果:
L2不小于0.25m,安全起見,取L2=1.0m。
供水鋼管在實際運行時,由于各種原因而產(chǎn)生的管道振動是經(jīng)常發(fā)生的,管道振動原因分析如下:
①每段懸吊管道由于自身柔性而產(chǎn)生重力方向的撓度變形,并影響管內(nèi)介質(zhì)上下起伏和波動。②管道內(nèi)部積有氣體或管道上的閥門操作速度太快,引起管道內(nèi)部介質(zhì)流速的急劇變化,形成水錘而造成管道振動。③與管道連接的設(shè)備或泵工作不正常,泵出口壓力波動過大。
以上動力影響因素均可引發(fā)管道自身振動,這種長期的振動會嚴(yán)重削弱錨固性能,使錨固體或錨桿因產(chǎn)生松動或脫落而失去固定和懸吊作用,嚴(yán)重影響管道長期運行的可靠性。
圖1
考慮到懸吊管道供水時可能會因自身振動而造成錨固體或錨桿失穩(wěn),因此有必要對管道采取可靠的加固措施,經(jīng)反復(fù)研究,認(rèn)為在懸吊管道下方增設(shè)托架和支腳可有效防范此類極端情況的發(fā)生。具體如下:
隧洞內(nèi)懸吊管道每隔2米設(shè)置1副托架,管道固定在托架上;洞壁兩側(cè)設(shè)支座,支座必須與支座錨筋焊接牢固,支座錨筋深300mm;支臂由螺栓定位后分別與托架和支座焊接牢固(詳見圖1)。
在管軸線方向,通過角鋼將相鄰支腳牢固地焊接為一體,進(jìn)一步增強了托架、支腳和管道之間的整體剛度和穩(wěn)定性。
該懸吊管道施工后經(jīng)過多年實際運行從未發(fā)生過任何安全事故,驗證了在結(jié)構(gòu)密實、強度極高的花崗石上通過該錨固方案進(jìn)行懸吊的供水管道在設(shè)計上是安全可靠的。
采用懸吊式供水管道須考慮動力影響因素,采取增設(shè)托架、支腳和焊連等加固措施后,可有效消除懸吊管道供水時因自身振動造成錨固體或錨桿產(chǎn)生松動或脫落的隱患,確保管道長期運行的安全性和可靠性。
[1]《抽水機與抽水站》,揚州水利學(xué)校主編,水利出版社出版(北京德勝門外六鋪炕),1979年12月第一版,1982年10月新一版,第206~213頁,書號15047·4196
[2]《全國通用給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集》S3合訂本,中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究所出版,1991年北京,第265~438頁
[3]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》,重慶市建設(shè)委員會主編,中國建筑工業(yè)出版社出版(北京西郊百萬莊),2002年6月第一版,第33~40頁,書號15112-10618
[4]《給水排水設(shè)計手冊》第三冊·城鎮(zhèn)給水·第二版,上海市政工程設(shè)計研究院主編,責(zé)任編輯魏秉華,中國建筑工業(yè)出版社出版,2004.4第二版,第70~75頁,版號ISBN 7-112-04146-5
[5]《AWWA M9手冊》混凝土壓力管·第二版,美國供水工程協(xié)會主編,2000.8第二版,第9-1~9-5頁
宋濤(1968-),男,漢,山東省濟南人,工程師,學(xué)士,金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)。