埋藏式内加强月牙肋岔管已建工程围岩分担内水压力分析

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1、埋藏式内加强月牙肋岔管已建工程围岩分担内水压力分析-水文＆水资源简介：埋藏式岔管国内外基本按明管设计，围岩分担内水压力仅作为一种安全储备。以往有些工程也不同程度地考虑围岩分担内水压力的潜力，但仅处于经验阶段。本文通过对我国已建的十三陵、日本的奥美浓、奥矢作第一等抽水蓄能电站的内加强月牙肋岔管原型观测资料分析，探讨岔管围岩分担力水压力的规律。关键字：埋藏式内加强月牙肋岔管原型观测围岩分担内水压力埋藏式岔管通常是按明管设计，不考虑围岩的约束作用，围岩分担内水压力仅作为一种安全储备，以往我国有些工程也不同

2、程度地考虑围岩分担内水压力的潜力，如以礼河三级电站斜井式调压井的分岔结构、渔子溪一级电站三梁岔管等。由于日本大型抽水蓄能电站比较多，80年代末开始研究大PD值岔管围岩分担内水压力的设计。首先是在奥美浓电站的内加强月牙肋岔管进行尝试，奥美浓电站的1#岔管最大PD=4108.5m2，主管内径5.5m。这种尝试在世界上也属首例。由于是首次尝试，缺乏经验，设计时围岩分担率限制在15%以下，而原型观测结果远大于15%。在实际运行中，围岩与岔管是联合受力的。埋藏式岔管围岩作用主要体现在两方面：一是在受到内水压力

3、作用时，同地下埋藏式园管一样，围岩分担部分内水压力，减少钢岔管所承担的荷载；二是由于岔管结构变形是不均匀的，受到围岩的约束作用，限制了岔管变位，使其变形均匀化，消减岔管折角点的峰值应力，使岔管应力分布均匀化，便于材料强度的充分发挥。为进一步分析实际工程中，岔管与围岩联合作用的规律，对我国的十三陵抽水蓄能电站的内加强月牙肋岔管原形观测资料进行了分析，并通过三维有限元模拟岔管实际工况与观测成果进行对比分析，同时也对日本的奥美浓抽水蓄能电站、奥矢作第一电站岔管观测成果进行分析，探讨岔管围岩分担内水压力的规

4、律。1十三陵抽水蓄能电站岔管观测资料分析1.1工程概况十三陵抽水蓄能电站位于北京著名的十三陵风景区，十三陵水库的左岸，电站最大水头481m，安装4台200MW单级混流可逆式水泵水轮机组，总装机容量为800MW。第一台机组于1995年末投产，第四台机组于1997年7月1日前并网发电。电站由上水库进／出水口、闸门井、引水隧洞、引水调压井、高压管道、尾水支管、尾水调压井、尾水隧洞、下游进／出水口、闸门井等组成，电站枢纽布置详见图1。引水系统采用一管两机的布置方式，高压管道采用斜井布置，坡度为48°，主管直

5、径为5.2～3.8m，长约为850m，在距地下厂房上游边墙约30m处，布置高压岔管，高压岔管采用内加强月牙肋岔管，设计内水压力为684m。主管直径3.8m，高压支管直径2.7m，公切球直径4.2m。岔管壳体采用日本进口的SHY685NS－F钢板，最大厚度为62mm，肋板采用和SUMITEN780Z钢板制造，厚度为124mm。图1十三陵抽水抽能电站枢纽布置示意图1.2岔管设计(1)地形、地质条件压力管道上覆岩体厚度60～300m，岔管部位覆盖岩体较厚约300m左右。压力管道下斜段下部至厂房上游边墙间，

6、除下弯段为安山岩外，主要为复成分砾岩，围岩以Ⅲ类为主，岩石呈微风化至新鲜状态,但因受断层及不同岩层接触带的影响，局部岩体较破碎，属Ⅳ～Ⅴ类围岩。埋设有原型观测仪器的2＃岔管位于Ⅲ类围岩中。根据平板载荷试验和原位模型水压试验确定的物理力学特性和设计采用值见表1。表1十三陵钢管围岩物理力学特性试验成果及设计取值试验洞编号ⅠⅡ位置电站厂房上游探洞内压力管道中部支洞内岩性安山岩（块状构造）复成分砾岩（f2张裂带内、平行设置）围岩类别ⅢaⅢb、Ⅳ、Ⅴ弹性模量（Gpa）测试结果平板载荷试验31.7平板载荷试验8

7、.6～16.70.4～0.65（破碎带）平硐水压试验14.4～18.2平硐水压试验3～8.9设计采用值6Ⅲb5、Ⅳ2、Ⅴ0塑性变形系数测试结果平板载荷试验0.36平板载荷试验0.458～0.61.24（破碎带）平硐水压试验平硐水压试验0.49～0.52设计采用值0.50.5经在地下厂房探洞（埋深250m）实测表明，厂区地应力以自重应力为主，构造残余应力较小。实测最大应力为6～10Mpa，近水平，方向NW300°～310°（厂房轴线方向为NW280°）。(2)岔管型式与体形结合十三陵抽水蓄能电站输水系

8、统总体布置，高压岔管采用对称“Y”形内加强月牙肋岔管，分岔角为74°。岔管采用多锥拼焊结构，主管直径3.8m，支管直径2.7m，主支锥腰线折角12°。具体体形及尺寸详见图7-2和表2。表2岔管体形尺寸项目数值项目管壳主管内径(m)支管内径(m)公切球直径(m)分岔角(°)主锥半锥顶角(°)支锥半锥顶角(°)壳板厚度（mm）3.82.74.2749、4.516、862肋板肋板高度（mm）肋板总宽度（mm）断面最大宽度（mm）肋宽比肋板厚度（mm）4427.4268186