对拉西瓦水电站高压引水管道设计的意见和建议

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1、对拉西瓦水电站高压引水管道设计的意见和建议1引水管道工程概况拉西瓦水电站高压引水管道按单管单机布置，共有6条，采用隧洞和地下埋管，设计管径，单机引用流量380m3/s，管内流速/s。设计静水头，最大水头。引水管道分为上平段、上弯段、竖井段、下弯段、下水平段。其中上平段、上弯段和竖井段按隧洞设计，下弯段和下水平段按地下埋管设计。隧洞段钢筋混凝土衬砌厚度，地下埋管段钢板衬砌厚度为30～40mm。2#～6#管上平段包含水平转弯段，转弯半径30m，转角°。上平段轴线高程分别为：1#和2#管；3#和4#管；

2、5#和5#管。下水平段轴线高程为。1#管上弯段弯曲半径26m，转角90°，2#～6#上弯段弯曲半径30m，转角90°；下弯段弯曲半径26m，转角90°。1#管下水平段包含水平转弯段,转弯半径26m,转角25°。引水管道长度见表1-1。表1-1引水管道轴线长度管号刚衬钢筋混凝土衬砌段刚衬段管道长度总计渐变段上平段上弯段竖井段合计下弯段下平段合计1200220320420520620合计引水管道垂直埋深130～440m，岩性均为花岗岩。岩体风化轻微、无卸荷，嵌合紧密、完整性好，属于Ⅰ～Ⅱ类围岩，局部地

3、段与断层交汇处有Ⅲ类围岩分布。构造节理主要有NNW、NE两组，倾角大于50°，相向倾斜，可形成不稳定楔形体。断层在引水管道处分布稀少，切入上平段、竖井段的主要是一组缓倾角断层Hf8、HL32、Hf10等。原始地下水位高程2280m左右，由于岩体完整，透水性差，地下水以裂隙网络形式渗流。2对目前引水管道设计的几点意见竖井段的开裂渗水问题竖井段钢筋混凝土衬砌按水工隧洞限裂设计，布置了大量的钢筋，但是，只有混凝土开裂后钢筋才能起作用，混凝土开裂前，大量的内水压力由混凝土承担，而钢筋应力很小。拉西瓦工程引

4、水管道的特点是管径大，内水压力高，尽管围岩承载力较高，混凝土的拉应力仍然很高，混凝土衬砌的开裂不可避免。目前，解决隧洞开裂问题主要思路是对混凝土衬砌施加预压应力，使隧洞充水时混凝土衬砌出现环向预压应力或拉应力小于混凝土允许拉应力，使衬砌运行中的工作状态可以大大得到改善。常用的施加预应力的方法有两种，一种是对围岩按特定要求进行高压固结灌浆，使混凝土衬砌处于受压状态，浆液凝固后，衬砌仍能保存一定的压应力，这种方法称为灌浆式预应力混凝土衬砌；另一种施加预应力的方法是机械式张拉预应力锚索，使其对衬砌产生预

5、压应力，称为机械式预应力混凝土衬砌。广州抽水蓄能电站曾耗资数百万元，对混凝土衬砌的管道进行现场试验，表明，对围岩采用高压灌浆技术，并不能在衬砌上产生均匀的预压应力，有的部位根本就没有产生预应力。所以这种预应力灌浆技术并不十分可靠。1978年我国首次采用预应力灌浆技术的湖南黄岭水库引水管道实际运行539天后就出现了管道爆裂事故，其最大灌浆压力为。而其后在白山，广蓄和天荒坪等大型工程中，由于围岩本身条件较好，所以也取得了成功。拉西瓦的引水管道布置参考了二滩工程，据了解二滩工程的竖井段运行中就出现过渗水

6、事故，后来又进行了高压灌浆处理。拉西瓦厂房导洞开挖中出现的塌方情况表明，缓倾角裂隙和陡倾角裂隙均较为发育。而竖井隧洞段的水平固结灌浆对缓倾角裂隙的效果可能不好。一旦出现竖井混凝土衬砌开裂，高压水就会直逼帷幕，如果帷幕存在薄弱环节，就会对地下厂房的安全运行产生影响，因为从竖井到地下厂房仅有55m，渗径很短。下弯段的抗外压稳定问题竖井混凝土衬砌开裂渗水，会导致地下水位升高，对下弯断和下平段的钢管的安全运行产生威胁，管道放空时有可能出现外压失稳问题。原设计对此有所考虑，在钢管外设置了加劲环。但是，由于管

7、径太大，设置加劲环将会大量增加钢板工程量。现对加劲环和管壁的临界外水压力复核计算如下：加劲环的临界外水压力计算管径r＝，如果取管壁厚度t＝40mm，加劲环间距l＝2m，加劲环高度h＝30cm，厚度a＝40mm。16Mn钢板＝295N/mm2，计算公式如下：上式中加劲环有效截面积AR计算公式如下：将有关参数带入式中，求得AR＝，将其带入式中，求得＝N/mm2，根据规范要求，取安全系数为，则设计的临界外水压力＝N/mm2，相当于71m水头。加劲环间管壁的临界外水压力计算加劲环间管壁的临界外水压力计算公

8、式如下：式中：n——最小临界压力的波数，由估算，取近似的整数。经计算，取n=14。将有关参数代入式，可求得临界外压。安全系数为，则设计的加劲环间管壁的临界外水压力为/mm2，相当于184m水头。上述计算表明，如果考虑到所采取的排水措施的可靠程度，对外水压力予以折减，则加劲环间管壁的抗外压问题能满足要求，但是，加劲环抗外压尚不满足要求，需要对上述加劲环尺寸进行调整。调整后加劲环的间距为100cm，加劲环高度h=40cm，厚度a=5cm，计算的临界外水压力＝N/mm2，考虑的安全系数，