对于三道湾水电站压力管道衬砌支护方案优化分析

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1、第48卷第7期甘肃水利水电技术V01．48．No．72012年7月GANSUWATERRESOURCESANDIP／DROP0WERTECHNOLOGYJu1．，2012·设计与研究·三道湾水电站压力管道衬砌支护方案优化分析龙岗(甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730000)摘要：三道湾水电站压力管道设计水头达372．72m，根据工程实际情况，建立压力管道及其围岩的二维有限元模型，计算分析设计内水压力作用下，不同衬砌方案的应力状态。论证初步衬砌方案时，参考工程实例，提出优化的衬砌方案，并通过各种工况下衬砌应力状态的计算分

2、析，验证优化方案的合理性。建议本工程压力管道可采用部分钢筋砼、部分钢板混凝土的衬砌方案，成果可供工程设计参考。关键词：压力管道；钢板砼衬砌；钢筋砼衬砌；结构应力中图分类号：TV732~．4文献标志码：B文章编号：2095—0144(2012)07—0045—031前言进行计算分析，对多种衬砌方案进行论证和比较，提三道湾水电站位于甘肃省讨赖河上．是冰沟以出合理的衬砌方案。上98km河道梯级开发的倒数第二级。水电站装机2材料本构模型容量90MW，正常蓄水位2356．00111，设计洪水位2．1本构模型2356．00in，校核洪水位

3、2357．60in，最低运行水位假设钢筋及钢衬为线弹性体，其应力应变呈线2348．90m。调压井最高涌浪水位为2387．07In。最性关系，即满足：低涌浪水位为2305．58in，正常高水位为2325．79m。o'=Eo工程规模为中型Ⅲ等工程。电站设计引水流量36m3／s。式中：应力：卜主要建筑物抗震按5O年基准期超越概率10％的基占——应变；岩水平峰值加速度0．220g设防。E一弹性模量。叫高压管道为地下埋管，穿过的地层岩性为砂质混凝土及围岩为弹塑性体．E1．2]其应力应变关系板岩夹粉砂泥质板岩．岩性软硬相间，以局部稳定性满

4、足：差的Ⅲ类围岩为主，无大的断裂发育，上平段有F28断层通过。竖直段在高程2140～2180In处穿过监叫F16、F17断层，下平段穿越4组条断层。分别为F27、F18、F88、F92，这几组条断层不会对工程施工和安全运行产生大的影响．断层通过附近有不稳定的Ⅳ式中：[D]——弹性矩阵；类围岩。屈服函数：调压井流道段后接方圆渐变段，方圆渐变段后在理想弹塑性时A=0。接高压管道，高压管道由上平段、上弯段、竖井段、下弯段、下平段和岔管段组成，主管和叉管之间用三梁2．2岩土材料屈服准则肋叉管相连。高压管道上平段长15m，洞径3．8in

5、．岩石、混凝土等材料都属于颗粒状材料。其受压其后接长10in的渐变管，洞径由3．8m变为3．3m。屈服强度远大于受拉屈服强度，并在受剪切作用下，上弯段洞径3．3m，弯道半径12．0in。竖井段起点高材料会发生剪胀现象。对于这类材料，通常在有限程2282．40Ill，终点高程2028．00m，高度254．35m，元分析中采用Drucker-Prager屈服准则。该准则考洞径3．3m。下弯段洞径3．3m．弯道半径12．0in，下虑了由于屈服而引起的体积膨胀，但不考虑温度变平段洞径3．3In。化的影响，其塑性行为被假定为理想弹塑性。

6、[31采用二维有限元方法对三道湾水电站压力管道Drucker-Prager准则表达式为：收稿日期：2012—06—11作者简介：龙岗(1971一)，男，甘肃临洮人，工程师，主要从事水利水电工程勘测、设计。·45·2012年第7期甘肃水利水电技术第48卷f(，1，)=+、／一k=0．然状况下，这种钢材的抗力限值分别为230．77式中：，l——应力张量的第一不变量，11=0-l++仍；MPa、256．41MPa、288．46MPa。外包混凝土强度等级为C20，弹性模量E。=25．5GPa，泊松比／x=0．167，拉．，l——应力张

7、量的第二不变量，=[()二压强度设计值分别为1．10MPa和10．0MPa。钢十(2一3)+(3—1)]；其中，0【、k是D—P筋砼衬砌采用C30，弹性模量E．=25．5GPa，泊松比／x=0．167，拉压强度设计值分别为=1．5MPa和=准则参数，其中，=—=—一，k=、／3(3-sin)15．0MPa。钢筋采用Ⅱ级钢筋，弹性模量E=206GPa，泊松比／x=0．3，抗拉(压)强度设计值310．0MPa。围尘、／一3(3-sin西)o岩为D—P材料。弹性模量E=10．0GPa．泊松比／x=3有限元模型和衬砌材料参数0．25，

8、黏聚力C--0．85MPa，内摩擦角4,=38。。3．1模型4衬砌方案与计算结果根据讨赖河三道湾水电站的实际情况和特点，4．1衬砌方案为了简化计算，对高压管道采用平面应变的二维有高压管道衬砌采用以下两种衬砌方案比较：限元模型。由于该高压管道围岩可视为各向同性材方案一：全段钢衬