1　概述
1.1　工程概况
　　右江百色水利枢纽工程电站装机540MW，4台机组，单机容量135MW，地下式厂房位于左岸，根据国家《防洪标准》GB50201-94确定枢纽为Ⅰ等工程，枢纽建筑物中电站进水口为Ⅰ级建筑物，发电引水及厂房为Ⅱ级建筑物，以主厂房洞室为中心，其上下游分别有引水洞、尾水洞、母线洞、交通洞、通风洞等等，形成了一个纵横交错的地下洞室群。厂房等洞室位于D₃L³和D₃L⁴两地层之间的华力西期顺层侵入的辉绿岩(βμ4^-1)。岩体中厂区岩层走向较稳定，倾向SW，倾角约为50°～55°，辉绿岩岩质坚硬，强度高，岩体为块状结构，裂隙较为发育，完整性较差。岩体风化较浅，风化深度全、强风化8m～12m，弱风化16m～20m。微风化～新鲜的辉绿岩其抗压强度196MPa，容重2.8g/cm³～3.0g/cm³，静弹性模量32GPa～38GPa，变形模量23GPa～24GPa，软化系数0.99，坚固系数7～8，弹性抗力系数1000kg/cm³～1200kg/cm³。围岩分类属于基本稳定—稳定性较差的Ⅱ～Ⅲ类围岩。经过有限元分析方法对百色地下厂房沿洞群围岩进行稳定分析后认为：采用设计推荐的地下厂房洞室支护系统及施工工序能有效地限制了洞室的围岩变形，可以保证洞室围岩稳定满足要求。这为采用岩壁吊车梁提供了较良好的围岩条件。
1.2　岩壁吊车梁的特点
　　岩壁吊车梁采用锚杆将钢筋混凝土吊车梁锚固在地下厂房两侧岩壁上，吊车荷载通过吊车梁传到岩壁。岩壁吊车梁的优点是利于施工。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混凝土作业都能用吊车起吊，为施工创造了有利条件。它具有受力情况好、结构构造简单，经济节省，不需要设吊车柱，从而可减少厂房的跨度，减少工程量等一系列优点。因此，岩壁吊车梁在水电站地下厂房中越来越被广泛地采用。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、广州抽水蓄能电站、东风水电站等工程均较为成功的采用了岩壁吊车梁这一新技术。国内岩壁吊车梁工程实例见表1。

表1　国内岩壁式吊车梁工程实例表

2　岩壁吊车梁的设计
2.1　设计原则
　　百色水利枢纽地下厂房采用一台2×250t/50t双小车电动桥式起重机，轮距18.50m，最大轮压68t。吊车梁全长为2×123.0m，下游侧横跨进厂交通洞。比较表1可以看出，百色地下厂房吊车轮压在国内同类结构的吊车梁中属较大的，加上围岩的地质条件较为复杂，使得岩壁吊车梁的设计和施工条件难度较大。因此，岩壁吊车梁的设计采用常规设计方法进行，主要是参考已建类似工程岩壁吊车梁来拟定断面尺寸并按牛腿理论试验式核算，然后进行受力钢筋、固定锚杆、抗剪滑稳定计算。设计原则是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粘结力，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；下部锚杆不考虑承受外荷，只作附加固定用。围岩稳定所需的支护另由系统喷锚支护考虑承担。
2.2　设计计算
2.2.1　拟定断面尺寸
　　首先根据下列公式复核初拟的岩壁吊车梁断面尺寸。

　　　　　　　　　　　　　(1)

式中：Q——梁上的压力(包括吊车荷载、梁及轨道自重等)；
　　　T——梁上水平拉力(即吊车最大横向水平制动力)；
　　　f_tk——混凝土标准抗拉强度；
　　　β——裂缝控制系数，取0.65；
　　　b——岩壁吊车梁单位长度；
　　其它符号意义见图1。

图1　岩壁吊车梁计算简图

　　百色水利枢纽地下厂房岩壁吊车梁顶宽1.65m，总高h=2.40m，岩壁与铅垂面的夹角β=25°，轨道型号QU120，轨道自重118kg/m。考虑动力系数：竖向采用1.1，水平向采用1.0，经验算其断面尺寸满足要求。且满足了细部构造要求：h_k≥h/3、h_k20cm，c₂7cm局部挤压应力σ=Q/A≤0.6fc。
2.2.2　配筋计算
　　受力钢筋断面面积按牛腿公式计算，不再详述。
2.2.3　固定锚杆计算
　　由于目前有限元法和模型试验尚不能对锚杆应力提供可靠的数据，解析法仍是必要的设计手段。建立脱离体的平衡方程：

QC₁+GC₃+Th=SL　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　由锚杆内力和外力的平衡条件(见图1)：
　　可求得：

　　　　　　　　　　　(3)

　　　　　　　　　　　　　　　　　(4)

式中：G——梁自重；
　　　L——锚杆力臂。
2.2.4　抗剪滑稳定计算
　　抗剪滑稳定即校核岩壁吊车梁不计与岩壁面的凝聚力C时沿岩壁面的稳定性。由解析法可得

抗剪滑力=(Qsinβ+Gsinβ-Tcosβ+Scosαcosβ)tgφ　　　　　　　(5)

滑移力=Qcosβ+Tsinβ+Gcosβ　　　　　　　　　　　　(6)

　　因此抗剪滑稳定全系数K=

　　　　　　　　　　(7)

　　tgφ为梁与岩壁面的抗剪摩擦系数，本工程以试验资料选用。
　　参照《混凝土重力坝设计规范，SDJ21-78》规定，不考虑C时K应不小于1.0。百色岩壁吊车梁由于所受的轮压较大，经计算上部要设置两排锚杆，因此将梁顶面内侧部分做成斜面，以便将一排锚杆位上抬，增大力臂L₁，并能和梁内水平受力钢筋交叉搭接一定长度。一排α₁=25°；一排α₂=20°，由两排锚杆共同承担轴向拉力。因此在求解(3)式时要先确定两排锚杆受力之比值。参照一些工程实例，通常假定吊车梁为刚体，且上下两排受拉锚杆的受力与其对O点的力臂成正比。百色岩壁吊车梁采用上述设计方法计算出上部两排锚杆均选用φ36@750；下部锚杆因不承受外荷只起附加固定岩壁吊车梁作用，故只选用φ30@1000。经用(7)式验算抗滑稳定安全系数满足要求。对照国内同类型已建工程后认为本工程岩壁吊车梁设计是合适的，在下阶段设计工作中还将进一步进行多方案比选优化和采用模型实验验证设计。

3　认识与探讨
3.1　设计计算方法
　　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，采用有限元法分析存在一定困难，因此只采用平面力系平衡的方法来分析。而从一些工程的观测资料来看，吊运重件时锚杆应力增值不大，而围岩边墙变位影响产生的应力是主要的，以常规方法计算无法反映，因此看来计算方法有待于完善和改进。但从几个已建的工程岩壁吊车梁的运行情况看，采用常规分析方法的设计，安全是保证的。
3.2　锚杆的布置
　　地下厂房设计系统支护锚杆确定深度时已综合考虑和分析了影响围岩稳定的各种因素，采取了系统支护锚杆等项措施将保证围岩的稳定，系统支护锚杆的深度已含了足够的安全长度。岩壁吊车梁是建立在边墙岩是稳定的基础上的，其设计不包括对不稳定岩体和断层破碎带的处理。从边墙围岩稳定的角度来研究，吊车的载荷是很小的。百色地下厂房岩壁吊车梁上部锚杆锚入岩石深度为8m，可以认为其深度采用等于或略大于该部位的系统支护锚杆的深度是合适的，这样才能实现锚杆设计的负载力较好地传递到深部围岩。从一些工程观测资料来看，受拉锚杆最大应力产生在长度方向中部偏外。因此本工程拟采用在锚杆孔口约2m长左右内涂沥青的措施，这样可避免孔口附近出现高局部应力。这一方法还能减小施工期因下部岩石开挖边墙围岩变形加大而引起的锚杆表层局部应力的增大。
3.3　施工技术
　　岩壁吊车梁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β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技术，以保证设计开挖线。不允许欠挖，超挖则会引起岩壁吊车梁固定锚杆应力增加。当施工中出现大于允许的超挖或β角有所变化的时，必须进行专门验算和采取措施。岩壁吊车梁锚杆孔位、方向和深度应准确并注意防止塌孔和堵塞，孔内注浆应饱满，否则锚杆受力将达不到预期的效果。

4　结语
　　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。通过工程实践，虽然积累了很多经验和宝贵的资料，但是感到由于岩壁吊车梁的影响因素较多，常规设计方法虽然是安全可行的，但仍需要进一步完善优化。

参考文献
　1.水利水电地下建筑物情报网编.《水利水电工程地下建筑物设计手册》成都：四川科学技术出版社，1993.471～478.
　2.吴新邦.岩锚式吊车梁的设计.水力发电.1995；(5).