缅甸dapein(ⅰ)水电站岔管优化设计

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1、缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站岔管优化设计　　摘要：根据缅甸DAPEIN（I）水电站压力管道段工程布置及地质条件，选择埋藏式钢岔管和钢筋混凝土岔管两种岔管类型，分别建立三维有限元数值模型，从岔管位置的确定、岔管的体型设计、应力应变等方面进行分析。结果表明：钢岔管围岩类，相对较差、管壳及管壁应力较大，焊接工艺复杂、施工制作困难、造价较高；钢筋混凝土岔管围岩类，采用对称”Y”型结构，岔口附近应力集中，双层配筋，并对围岩进行固结灌浆及回填灌浆等措施。关键词：埋藏式钢岔管；钢筋混凝土岔管；水电站；优化设计中图分类号：TV73

2、2.4文献标识码：A文章编号：岔管是大型水电站引水发电系统中的重要组成部分，按材料可分为钢岔管和钢筋混凝土岔管两种类型。钢岔管防渗性能较好、适应性强，但焊接工艺复杂、施工制作较困难[12]；钢筋混凝土岔管是围岩与钢筋混凝土联合承载的地下结构，因其良好的力学性能和易于施工等原因，被广泛应用于大型水电站地下结构中[3]。本文针对缅甸DAPEIN（I）水电站两种不同结构型式岔管，建立有限元数值分析模型，分别从应力、变形、经济等方面开展研究。1工程概况7缅甸DAPEIN（I）水电站位于缅甸克钦邦境内紧邻中缅边境的太平江上。

3、采用地面式厂房，装机容量4×60MW，共240MW。引水发电系统包括两条隧洞，一洞两机型式布置。引水建筑物由进水口、隧洞、调压室、岔管等组成。隧洞围岩的力学参数见表1。表1围岩材料力学参数2可研阶段岔管设计缅甸DAPEIN（I）水电站可研阶段选择了钢岔管[45]，岔管位于桩号引3+233.166，位于强风化岩体内。围岩覆盖厚度20～30m，岩体完整性差，呈镶嵌碎裂结构。钢岔管HD值为980mm，采用对称“Y”型月牙肋加强结构，分岔角为70°，岔管主管内径6.8m，支管内径4.8m，蜗壳进口处钢管内径4.8m，钢岔管

4、最大内水压力为1.25MPa。2.1计算模型岔管是一个复杂的空间模型，模型在主管和支管端部取固端全约束，为了减小约束端的局部应力影响，主、支管段轴线长度从公切球球心向上、下游分别取最大公切球直径的1.5倍。钢岔管的体型见图1、图2，主要参数见表2。2.2模拟结果及分析管壳和肋板的Mises应力图分别见图3、图4。（1）从图3、图4中可以看出，月牙肋钢岔管管壳部分最大Mises应力为224.607MPa，出现在钝角区母线转折处；肋板最大Mises应力为188.41MPa，都接近钢板允许最大应力值。（2）岔管满足应力、

5、抗外压稳定要求，但钢板（30mm）及肋板（90mm）厚度较大，抗外压临界压力较大，需采用加筋措施，以保证结构安全。表2对称“Y”形月牙肋岔管体形参数（3）工程实践表明，钢岔管施工工艺和质量直接影响到工程进度和安全，对钢岔管焊接质量和焊缝检测严格要求，避免焊接裂纹的产生。3施工图阶段岔管设计工程在施工图阶段，为了节约投资、降低施工难度、缩短工期，根据专家建议转而采用钢筋混凝土岔管型式，将分岔点放在调压井下游，岔管内径8～6m，岔管后接斜井段、直线段及钢衬支管段。钢筋混凝土岔管[6]位于调压室下游弱微风化岩体内，桩号引

6、3+048.072，埋深约60～80m，岩体完整性较好；钢筋混凝土岔管采用对称“Y”型，主管内径8.0m，支管内径6.0m，分岔角为60°，岔管段衬砌厚度为1m，支管衬砌厚度为50cm，钢筋混凝土岔管最大内水压力为0.65MPa。3.1计算模型及混凝土破坏准则7钢筋混凝土岔管结构计算模型：左右边界均取3倍开挖洞径，计算模型详见图5。衬砌混凝土破坏准则采用ANSY中WW五参数准则。缅甸DAPEIN（I）水电站钢筋混凝土岔管结构布置见图5，钢筋混凝土岔管衬砌网格示意见图6，钢筋混凝土岔管混凝土第一主应力等值线图见图7。

7、3.2岔管结构分析在内水压力作用下，衬砌主要承受拉应力，由于调压室最高涌浪水位时，衬砌承受的水压力最大，钢筋混凝土岔管混凝土第一主应力等值线详见图7。对于岔管段上半部分，由于阻抗孔的空洞作用以及分岔管的空间几何不连续性，在阻抗孔附近与岔管锐角区腰部衬砌混凝土中出现了较大的拉应力，其中阻抗孔附近最大主拉应力为4.093MPa，超过了C25混凝土的设计抗拉强度。而对于其它远离阻抗孔位置的岔管段混凝土，最大主应力约在0.99～1.88MPa，在顶拱和底板位置混凝土拉应力较小，两腰位置的混凝土拉应力较大。对于岔管段下半部分

8、，与上半部分相比，由于没有了阻抗孔的影响，因此混凝土拉应力主要出现在岔管的锐角区和钝角区附近，锐角区腰部混凝土最大拉应力最大达到了4.0MPa，钝角区的混凝土拉应力也达到了1.93MPa，因此存在混凝土开裂甚至较大范围开裂的可能。3.3模拟结果及分析7（1）钢筋混凝土岔管开挖后，围岩塑性屈服区的深度和范围均不大，围岩变形不大，因此围岩稳定性基本可以保证。但是