申请/专利权人：中国石油天然气集团有限公司;中国石油管道局工程有限公司;中国石油天然气管道工程有限公司

申请日：2019-03-18

公开（公告）日：2024-05-24

公开（公告）号：CN109898414B

主分类号：E01D19/14

分类号：E01D19/14;E01D101/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.24#授权;2024.05.14#专利申请权的转移;2024.05.14#著录事项变更;2019.07.12#实质审查的生效;2019.06.18#公开

摘要：本发明涉及一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，包括：锚塞体，其头部外侧设有主缆锚固座，所述锚塞体的尾部外侧设有整体锚板；所述锚塞体内设有若干根预应力钢绞线，所述预应力钢绞线的一端锚固在所述主缆锚固座上，所述预应力钢绞线的另一端锚固在所述整体锚板上；预应力锚索，其一端锚固锚址区后部围岩，另一端锚固在所述整体锚板上，在所述预应力锚索的作用下，锚址区后部围岩和锚塞体连接为一个整体共同参与受力，抵抗外部主缆的拉力。本发明通过预应力锚索和预应力钢绞线将锚址区围岩和锚塞体连接为一个整体，两者共同参与受力，达到在地质条件差、围岩强度低、结构裂隙发育岩体情况下提高隧道锚安全系数，减小锚塞体开挖尺寸的目的。

主权项：1.一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，包括：外部主缆13，其一端锚固在主塔14上，另一端锚固在锚塞体头部的主缆锚固座2上；所述外部主缆13端部采用双螺杆式调节锚具1；所述主缆锚固座2包括水平板和多个竖直板，所述竖直板垂直于水平板布置，所述水平板与竖直板之间及竖直板与竖直板之间均设置有加劲板；所述水平板上开有预应力钢绞线6所需的通孔，竖直板上分别开有供销轴通过的孔，所述外部主缆13端部的螺杆33通过销轴7固定在所述主缆锚固座2上；在所述主缆锚固座2的下方设置有定位锚板3，用于整体定位所述预应力钢绞线6，保证所述预应力钢绞线6锚固位置的准确性；锚塞体，其位于锚址区围岩15内部，所述锚塞体的头部外侧设有主缆锚固座2，所述锚塞体的尾部外侧设有整体锚板11；所述锚塞体内设有若干根预应力钢绞线6，且所述若干根预应力钢绞线6均与所述锚塞体的中轴线平行布置，所述预应力钢绞线6的一端锚固在所述主缆锚固座2上，所述预应力钢绞线6的另一端锚固在所述整体锚板11上；所述整体锚板11上设置有预应力钢绞线6所需的通孔，且所述整体锚板11上的预应力钢绞线通孔与定位锚板3上的预应力钢绞线通孔一一对应，所述整体锚板11上的预应力钢绞线通孔在整体锚板11的两侧对称分布；所述锚塞体由直线段5和渐变段8组成，其中所述直线段5的横截面呈长条形，所述渐变段8的横截面呈等腰梯形，所述长条形的一侧短边为锚塞体的头部，所述长条形的另一侧短边与所述等腰梯形的上底连接，所述等腰梯形的下底为所述锚塞体的尾部；在所述锚塞体内部，所述预应力钢绞线6的两端分别设置有钢筋网片4进行局部承压；预应力锚索10，其一端锚固锚址区后部围岩，另一端锚固在所述整体锚板11上，所述整体锚板11的中间处设有用于安装预应力锚索10的开孔；在所述预应力锚索10的作用下，锚址区围岩和锚塞体连接为一个整体共同参与受力，抵抗所述外部主缆13的拉力；在完成定位锚板3、钢筋网片4、预应力钢绞线6和整体锚板11的安装后，所述锚塞体内部采用C30混凝土12进行充填。

全文数据：一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统技术领域本发明涉及一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，属于油气管道跨越工程设计领域。背景技术悬索式跨越是油气长输管道跨越河流、湖泊、峡谷等障碍物的常用方法之一，也是长距离、大跨径跨越的首选和最主要型式。作为悬索跨越的四大主要结构，锚碇是锚固主缆，传递巨大拉力给地基的关键构件，主要分为自锚式和地锚式，已建成的油气管道悬索桥全部采用地锚式锚碇。根据锚体与地基连接方式的区别，地锚式锚碇又分为重力式和隧道式，重力式锚碇通过开挖基坑，浇筑大体积混凝土形成锚碇，依靠自身重力来抵抗主缆拉力，因此体量大、造价高，大体积基坑对周边环境扰动较大；隧道式锚碇则是通过在岩体重开挖隧洞，在隧道内浇筑混凝土与围岩共同作用形成锚塞体，借此承受主缆拉力，与重力式锚碇相比，体量仅为重力锚的20％～25％，且对周边环境影响较小。隧道锚要求岩体节理较少、完整性好，在一些地质条件较差、围岩强度较低、结构裂隙发育的岩体中，目前常规的隧道锚锚固主缆方式则不能满足设计要求。发明内容为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，通过设置预应力锚索、整体锚板、预应力钢绞线、定位锚板及主缆锚固座，实现了管道悬索跨越结构主缆锚固，提高隧道式锚碇安全系数以及降低锚址区周围环境扰动的目的，为复杂地质和限制地形地貌条件下，解决管道跨越结构隧道式锚碇安全和主缆锚固问题提供了一种新的方式。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，包括：外部主缆，其一端锚固在主塔上，另一端锚固在锚塞体头部的主缆锚固座上；锚塞体，其位于锚址区围岩内部，所述锚塞体的头部外侧设有主缆锚固座，所述锚塞体的尾部外侧设有整体锚板；所述锚塞体内设有若干根预应力钢绞线，且所述若干根预应力钢绞线均与所述锚塞体的中轴线平行布置，所述预应力钢绞线的一端锚固在所述主缆锚固座上，所述预应力钢绞线的另一端锚固在所述整体锚板上；预应力锚索，其一端锚固锚址区后部围岩，另一端锚固在所述整体锚板上，在所述预应力锚索的作用下，锚址区围岩和锚塞体连接为一个整体共同参与受力，抵抗所述外部主缆的拉力。进一步的，所述锚塞体与水平面的倾斜角度跟外部主缆与水平面的夹角相同。进一步的，所述锚塞体由直线段和渐变段组成，其中所述直线段的横截面呈长条形，所述渐变段的横截面呈等腰梯形，所述长条形的一侧短边为锚塞体的头部，所述长条形的另一侧短边与所述等腰梯形的上底连接，所述等腰梯形的下底为所述锚塞体的尾部；所述锚塞体的断面呈马蹄形。进一步的，在所述锚塞体内部，所述预应力钢绞线的两端分别设置有钢筋网片进行局部承压。进一步的，在所述主缆锚固座的下方设置有定位锚板，用于整体定位所述预应力钢绞线，保证所述预应力钢绞线锚固位置的准确性。进一步的，在完成定位锚板、钢筋网片、预应力钢绞线和整体锚板的安装后，所述锚塞体内部采用C30混凝土进行充填。进一步的，所述整体锚板上设置有预应力钢绞线所需的通孔，且所述整体锚板上的预应力钢绞线通孔与定位锚板上的预应力钢绞线通孔一一对应，所述整体锚板上的预应力钢绞线通孔在整体锚板的两侧对称分布，所述整体锚板的中间处设有用于安装预应力锚索的开孔。进一步的，在通过所述整体锚板连接预应力钢绞线和预应力锚索时，设置一根试验索，经锚固力检测所述试验索达到设计锚固力的1.5倍后，再进行预应力锚索的施工。进一步的，所述外部主缆端部采用双螺杆式调节锚具；主缆锚固座包括水平板和4个平行布置的竖直板，所述竖直板垂直于水平板布置，且所述竖直板与水平板一体成型，所述水平板与竖直板之间及竖直板与竖直板之间均设置有加劲板；所述水平板的两侧对称设置有预应力钢绞线所需的通孔，且所述水平板上的预应力钢绞线通孔与定位锚板上的预应力钢绞线通孔一一对应；所述4个竖直板上分别开有供销轴通过的孔，所述外部主缆端部的螺杆通过销轴固定在所述主缆锚固座上。进一步的，所述定位锚板、整体锚板和主缆锚固座的水平板均垂直于所述锚塞体的断面设置。本发明的有益效果为：本发明通过设置预应力锚索、整体锚板、预应力钢绞线、定位锚板及主缆锚固座，实现了管道悬索跨越结构主缆锚固，提高隧道式锚碇安全系数以及降低锚址区周围环境扰动的目的，为复杂地质和限制地形地貌条件下，解决管道跨越结构隧道式锚碇主缆锚固问题提供了一种新的方式。同时，当锚址区受到地质条件较差、围岩强度较低、结构裂隙发育的岩体地形条件限制时，使锚塞体和锚址区围岩共同参与受力，极大地提高隧道式锚碇的安全系数，并有效减小隧洞开挖尺寸，降低锚址区周围环境的扰动。附图说明图1为本发明所述悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统截面示意图；图2为本发明所述悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统整体结构示意图；图3为本发明实施例外部主缆端部结构示意图；图4为本发明所述主缆锚固座结构示意图；图5为本发明实施例整体锚板结构示意图；图6为本发明实施例预应力锚索结构示意图；其中，1-双螺杆调节锚具，2-主缆锚固座，3-定位锚板，4-钢筋网片，5-锚塞体直线段，6-预应力钢绞线，7-销轴，8-锚塞体渐变段，9-试验索，10-预应力锚索，11-整体锚板，12-C30混凝土，13-外部主缆，14-主塔，15-锚址区围岩，16-双螺杆热铸锚锚杯，17-锌铜合金，18-密封料，19-预应力钢绞线通孔，20-预应力锚索开孔，21-环氧喷涂钢绞线单层无粘接筋，22-导向帽，23-锚索波纹管，24-隔离架，25-对中架，26-锚索，27-注浆管，28-预埋钢管，29-环氧砂浆，30-螺旋筋，31-工作夹片，32-工作锚板，33-螺杆。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参考图1～2，一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，包括：外部主缆13，其一端锚固在主塔14上，另一端通过所述外部主缆13端部的螺杆33插入主缆锚固座2锚固在锚址区围岩15上。所述外部主缆13连接主缆锚固座2的端部采用所述外部主缆13端部采用双螺杆式调节锚具，如图3所示。锚塞体，其位于锚址区围岩15内部，所述锚塞体的头部外侧设有主缆锚固座2，所述锚塞体的尾部外侧设有整体锚板11；所述锚塞体内设有若干根预应力钢绞线6，且所述若干根预应力钢绞线6均与所述锚塞体的中轴线平行布置，所述预应力钢绞线6的一端锚固在所述主缆锚固座2上，所述预应力钢绞线6的另一端锚固在所述整体锚板11上。通过预应力钢绞线6的连接和传力，实现主缆锚固座2与整个锚塞体的连接，将外部主缆拉力传递至整个锚塞体。所述锚塞体由直线段5和渐变段8组成，其中所述直线段5的横截面呈长条形，所述渐变段8的横截面呈等腰梯形，所述长条形的一侧短边为锚塞体的头部，所述长条形的另一侧短边与所述等腰梯形的上底连接，所述等腰梯形的下底为所述锚塞体的尾部。渐变段的设计可增强锚塞体的抗拔力，加强锚塞效应。如图4所示，主缆锚固座2包括水平板和4个平行布置的竖直板，所述竖直板垂直于水平板布置，且所述竖直板与水平板一体成型，所述水平板与竖直板之间及竖直板与竖直板之间均设置有加劲板；所述水平板上开有预应力钢绞线6所需的通孔，且所述水平板上的预应力钢绞线通孔与定位锚板3上的预应力钢绞线通孔一一对应；所述4个竖直板上分别开有供销轴通过的孔，所述外部主缆13端部的螺杆1通过销轴7固定在所述主缆锚固座2上。预应力锚索10，其一端锚固锚址区后部围岩，另一端锚固在所述整体锚板11上，在所述预应力锚索10的作用下，锚址区后部围岩和锚塞体连接为一个整体共同参与受力，抵抗所述外部主缆13的拉力。整个锚塞体与水平面的倾斜角度跟外部主缆13与水平面的夹角相同，为外部主缆13矢跨比的反正切函数。优选的，在所述锚塞体内部，所述预应力钢绞线6的两端分别设置有钢筋网片4进行局部承压。在所述主缆锚固座2的下方设置有定位锚板3，用于整体定位所述预应力钢绞线6，保证所述预应力钢绞线6锚固位置的准确性。进一步的，在完成定位锚板3、钢筋网片4、预应力钢绞线6和整体锚板11的安装后，所述锚塞体内部采用C30混凝土12进行充填。进一步的，如图5所示，所述整体锚板11上设置有预应力钢绞线6所需的通孔，且所述整体锚板11上的预应力钢绞线通孔与定位锚板3上的预应力钢绞线通孔一一对应。所述整体锚板11上还设有用于安装预应力锚索10的开孔。在通过所述整体锚板11连接预应力钢绞线6和预应力锚索10时，设置一根试验索9，经锚固力检测所述试验索9达到设计锚固力的1.5倍后，再进行预应力锚索10的施工。所述预应力锚索10的具体结构如图6所示。实施例本发明应用在主跨长度为355m，主缆矢跨比为110的悬索管道桥上，运输一根直径Ф1016mm输气管道和一根D150mm输水管道。该悬索管道桥共包括2组主缆，每组间距为3m；每组主缆由2根PES5×265型双螺杆主缆构成，每根主缆间距550mm。管道桥东岸主缆采用重力式锚固墩，西岸主缆锚固位置处坡面较陡，采用隧道锚锚固方式，隧道锚固段长度为35m，马蹄形断面，隧道前端断面为7.8×6m，底部断面为7.8×9.1m，断面宽度7.5m，上拱直径7.8m，直线段高度6m，渐变段底部高度9.1m。在隧道锚后侧设置预应力岩，设置8束预应力锚索，锚索型号为CPS15-24。隧道锚内预应力钢绞线通过整体锚板锚固在锚塞体渐变段的锚面上，每个锚板长1400mm，宽2230mm，应用实例共设计四块整体锚板，整体锚板两侧分别设置预应力钢绞线所需的通孔，与定位锚板开孔一一对应，每块整体锚板安装2根预应力锚索。距离整体锚板上方100mm分别设置第一层HRB400φ16mm钢筋网片，第一层钢筋网片距离整体锚板为100mm，每层钢筋网片间距80mm，钢筋间距为100×100mm，共配备20层钢筋网片。如图6所示，应用实例共设计8根预应力锚索，预应力锚索采用CPS15-24型低松弛环氧喷涂无粘结钢绞线，采用波纹管+环氧树脂防护。预应力锚索应当在开挖到洞底先进行试验，即首先安装锚索试验索后进行锚固力检测，达到预定锚固力的1.5倍以上合格方可施工预应力锚索。在锚塞体直线段前部的接触面上，外部主缆端部的双螺杆调节锚具锚固在主缆锚固座上，应用实例共四根主缆，即四个主缆锚固座。每根主缆的锚固座底部长2130mm，宽1360mm，每个锚固座底部两侧分别设置预应力钢绞线所需的通孔，每根主缆配备16根φ15.2mm×4预应力钢绞线。主缆锚固座下方依次为定位锚板、HRB400φ16mm钢筋网片，第一层钢筋网片距离定位锚板为100mm，每层钢筋网片间距为80mm，钢筋间距为100×100mm，共配备20层钢筋网片。完成定位锚板、钢筋网片、预应力钢绞线、钢筋网片和整体锚板安装后，锚塞体直线段、渐变段采用C30混凝土填实。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，包括：外部主缆13，其一端锚固在主塔14上，另一端锚固在锚塞体头部的主缆锚固座2上；锚塞体，其位于锚址区围岩15内部，所述锚塞体的头部外侧设有主缆锚固座2，所述锚塞体的尾部外侧设有整体锚板11；所述锚塞体内设有若干根预应力钢绞线6，且所述若干根预应力钢绞线6均与所述锚塞体的中轴线平行布置，所述预应力钢绞线6的一端锚固在所述主缆锚固座2上，所述预应力钢绞线6的另一端锚固在所述整体锚板11上；预应力锚索10，其一端锚固锚址区后部围岩，另一端锚固在所述整体锚板11上，在所述预应力锚索10的作用下，锚址区围岩和锚塞体连接为一个整体共同参与受力，抵抗所述外部主缆13的拉力。2.根据权利要求1所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，所述锚塞体与水平面的倾斜角度跟外部主缆13与水平面的夹角相同。3.根据权利要求2所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，所述锚塞体由直线段5和渐变段8组成，其中所述直线段5的横截面呈长条形，所述渐变段8的横截面呈等腰梯形，所述长条形的一侧短边为锚塞体的头部，所述长条形的另一侧短边与所述等腰梯形的上底连接，所述等腰梯形的下底为所述锚塞体的尾部；所述锚塞体的断面呈马蹄形。4.根据权利要求1所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，在所述锚塞体内部，所述预应力钢绞线6的两端分别设置有钢筋网片4进行局部承压。5.根据权利要求2所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，在所述主缆锚固座2的下方设置有定位锚板3，用于整体定位所述预应力钢绞线6，保证所述预应力钢绞线6锚固位置的准确性。6.根据权利要求1所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，在完成定位锚板3、钢筋网片4、预应力钢绞线6和整体锚板11的安装后，所述锚塞体内部采用C30混凝土12进行充填。7.根据权利要求5所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，所述整体锚板11上设置有预应力钢绞线6所需的通孔，且所述整体锚板11上的预应力钢绞线通孔与定位锚板3上的预应力钢绞线通孔一一对应，所述整体锚板11上的预应力钢绞线通孔在整体锚板11的两侧对称分布，所述整体锚板11的中间处设有用于安装预应力锚索10的开孔。8.根据权利要求1所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，在通过所述整体锚板11连接预应力钢绞线6和预应力锚索10时，设置一根试验索9，经锚固力检测所述试验索9达到设计锚固力的1.5倍后，再进行预应力锚索10的施工。9.根据权利要求5所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，所述外部主缆13端部采用双螺杆式调节锚具1；主缆锚固座2包括水平板和4个平行布置的竖直板，所述竖直板垂直于水平板布置，且所述竖直板与水平板一体成型，所述水平板与竖直板之间及竖直板与竖直板之间均设置有加劲板；所述水平板的两侧对称设置有预应力钢绞线6所需的通孔，且所述水平板上的预应力钢绞线通孔与定位锚板3上的预应力钢绞线通孔一一对应；所述4个竖直板上分别开有供销轴7通过的孔，所述外部主缆13端部的螺杆33通过销轴7固定在所述主缆锚固座2上。10.根据权利要求9所述的悬索管道桥隧道式锚碇主缆锚固系统，其特征在于，所述定位锚板3、整体锚板11和主缆锚固座2的水平板均垂直于所述锚塞体的断面设置。

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