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小型水电站压力钢管道稳定设计与施工控制 - 水利施工

文章作者:科技资讯 上传时间:2019-12-14

1引水管道工程概略拉西瓦水力发电厂高压引水管道按单管单机布署,共有6条,选取隧洞和私下埋管,设计管径9.5m,单机援用流量380m3/s,管内流速5.36m/s。设计静水头234.7m,最大水头257.63m。引水管道分为上平段、上弯段、竖井段、下弯段、下水平段。此中上平段、上弯段和竖井段按隧洞设计,下弯段和下水平段按违法埋管设计。隧洞段钢筋水泥衬砌厚度1.0m,地下埋管段钢板衬砌厚度为30~40mm。2#~6#管上平段包涵水平转弯段,转弯半径30m,转角24.8°。上平段轴线高程分别为:1#新蒲京线上娱乐场 ,和2#管2344.75m;3#和4#管2364.75m;5#新萄京娱乐网址 ,和5#xpj网址导航奥门新匍京72807.com ,管2384.75m。下水平段轴线高程为2222.30m。1#澳门葡京网址 ,管上弯段盘曲半径26m,转角90°,2#~6#澳门葡京现金游戏开户 ,上弯段屈曲半径30m,转角90°;下弯段盘曲半径26m,转角90°。1#管下水平段满含水平转弯段,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 钢混衬砌段 管道长度共计 渐变段 上平段 上弯段 竖井段 合计 下弯段 下平段 合计 1 20 0 40.84 70.45 111.29 40.84 44.83 85.67 216.962 20 38.41 47.12 66.45 151.98 40.84 24.80 65.64 237.623 20 53.37 47.12 86.45 186.94 40.84 26.19 67.03 273.974 20 68.33 47.12 86.45 201.90 40.84 27.58 68.42 290.325 20 83.29 47.12 106.45 236.86 40.84 28.96 69.80 326.666 20 98.25 47.12 106.45 251.82 40.84 30.35 71.19 343.01合计 120.0 341.65 276.44 522.70 1140.79 245.04 182.71 427.75 1688.54引水管道垂直埋深130~440m,岩性均为花岗岩。岩体风化稍稍、无卸荷,嵌合紧凑、完整性好,归属Ⅰ~Ⅱ类围岩,局地地方与断层交汇处有Ⅲ类围岩布满。布局节理主要有NNW、NE两组,倾角大于50°,相向倾斜,可产生不平稳楔形体。断层在引水管道处布满稀少,切入上平段、竖井段的重大是豆蔻梢头组缓倾角断层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,地下水以构造裂隙网络情势渗流。2对脚下引水管道设计的几点意见2.1竖井段的分化渗水难点竖井段钢混衬砌按水工隧洞限裂设计,安顿了大气的钢骨,可是,独有水泥开裂后钢筋本事起功效,水泥开裂前,大量的内水压力由水泥担任,而钢筋应力十分小。拉西瓦工程引水管道的特点是管径大,内水压力高,尽管围岩承载力较高,混凝土的拉应力依旧超级高,水泥衬砌的裂口不可制止。近来,化解隧洞开裂难点至关主要思路是对水泥衬砌施加预压应力,使隧洞充水时混凝土衬砌现身环向预压应力或拉应力小于水泥允许拉应力,使衬砌运维中的专门的学问情景能够大大获得订正。常用的横加预应力的章程有三种,生龙活虎种是对围岩按必定必要开展镇压固结灌浆,使水泥衬砌处于受压状态,浆液凝固后,衬砌还可以保留一定的压应力,这种方式称为灌浆式预应力水泥衬砌;另风华正茂种施加预应力的格局是机械式张拉预应力锚索,使其对衬砌发生预压应力,称为机械式预应力水泥衬砌。卢森堡市抽水蓄能发电站曾耗费资金数百万元,对水泥衬砌的管道打开实地试验,表明,对围岩选择高压灌浆技巧,并不能够在衬砌上发各个学子平均匀的预压应力,有的部位根本就从未有过发出预应力。所以这种预应力灌浆技艺并不要命保证。一九七七年国内第一次使用预应力灌浆技能的云南黄岭水库引水管道(管径1.8m,水头310m)实际运转539天后就应时而生了管道爆裂事故,其最大灌浆压力为2.55MPa。而其后在罗北辰山,广蓄和天荒坪等大型工程中,由于围岩本人条件较好,所以也赢得了成功。拉西瓦的引水管道布署参照他事他说加以考察了二滩工程,据掌握二滩工程的竖井段运维中就应时而生过渗水事故,后来又开展了高压灌浆管理。拉西瓦厂房导洞开挖中现身的塌方意况阐明,缓倾角构造裂隙和陡倾角构造裂隙均较为发育。而竖井隧洞段的水平固结灌浆对缓倾角风化裂隙的成效兴许不好。风度翩翩旦现身竖井水泥衬砌开裂,高压水就能直逼帷幔,即便帷幙存在虚亏环节,就可以对地下厂房的平安运维爆发耳濡目染,因为从竖井到地下厂房只有55m,渗径非常短。2.2下弯段的抗外压牢固难点竖井水泥衬砌开裂渗水,会变成地下水位升高,对下弯断和下平段的钢管的防城港运行发生威慑,管道放空时有望现身外压失稳难点。原规划对此负有考虑,在钢管外设置了加劲环。不过,由于管径太大,设置加劲环将会大批量扩大钢板工程量。现对加劲环和管壁的临界外水压力复核总计如下:加劲环的围拢外水压力计算管径r=4.75m,若是取管壁厚度t=40mm,加劲环间隔l=2m,加劲环高度h=30cm,厚度a=40mm。16Mn钢板 =295N/mm2,总括公式如下: 上式中加劲环有效截面积A奇骏总计公式如下: 将有关参数带入式中,求得ALAND=40799.529mm2,将其带入式中,求得 =1.26 N/mm2,根据标准供给,取安全周详为1.8,则规划的临界外水压力 =0.71 N/mm2,也正是71m水头。加劲环间管壁的围拢外水压力总结加劲环间管壁的临界外水压力计算公式如下: 式中:n——最小临界压力的波数,由 推测,取相像的偏分头。经测算,取n=14。将关于参数代入式,可求得临界外压 。安全周详为1.8,则规划的加劲环间管壁的临界外水压力为1.84N/mm2,也就是184m水头。上述计算证明,如若构思到所采用的排水措施的可信程度,对外水压力予以折减,则加劲环间管壁的抗外压难题能满足供给,但是,加劲环抗外压尚不满意供给,必要对上述加劲环尺寸进行调治。调解后加劲环的间距为100cm,加劲环中度h=40cm,厚度a=5cm,总结的临界外水压力 =2.9 N/mm2,考虑1.8的安全全面,则安插的靠拢外水压力 =1.61 N/mm2,则一定于161m水源。那样 ,仅加劲环大器晚成项须求的用钢量为2087t,假若在累计管壁的用钢量4008t,则总用钢量将直达6095t,将比原初设报告中的钢材量4147t充实1949t,投资扩大2254.9万元。3引水管道设计的改革提出拉西瓦高压引水管道规划面对的两大标题是钢混衬砌段的裂口渗水难题和钢衬段的抗外压稳固难点。这两大主题材料消除倒霉,将对压力管道和地下厂房的平安运维流下祸患。要很好地解决这两大难题,又不能够扩展工程投资,独有勇于采纳新技巧。其实,压力隧洞开裂渗水和野鸡埋管抗外压牢固是时下水力发电厂压力管道所直面的一块难题。为了杀绝高水头大直径地下高压引水管道规划中的难点,我们建议了双层混凝土钢板防渗地下高压输水管道本事,将价值观的洞穴技艺和非法埋管本领构成起来,既保障了工程运维的安全可靠,又能大幅裁减工程投资,达到经济合理的目标。3.1双层管的基本原理近年来,地下输水管道发展中遇见了豆蔻梢头部分期盼解决的难题。在水泥衬砌的山洞段,其防渗难点很难消除,在高水头内压功能下,水泥衬砌必然开裂而产生内水外渗,使外水压力上升,当隧洞放空时,使水泥衬砌遭到破坏。同有时候,内水外渗还恐怕导致围岩抗剪参数减少、软化及边坡失稳等风姿洒脱多重难点,相通的工程实例超级多。有个别工程为了幸免现身过大外水压力,设置内外水相符的排水孔,但其渗水量难以决定,且外压减少也不可相信。而对此钢板衬砌的私下埋管段,就算防渗难点一下子就解决了了,不过,钢管的抗外压难点却分外杰出,如米利坚的Bath康蒂抽水蓄能发电站,本国的绿水河发电站和哈密响水力发电厂等工程,均产生了外压失稳的严重事故,产生了宏大的经济损失。地下埋管的管壁厚度经常由外水压力调整,由于钢管是薄壁布局,其抗外压才能相当差,所以按抗外压设计时,其管壁往往较厚。不时还要选用加劲环,不止影响了水泥的浇筑质量,并且还加大了钻井洞径。管壁加大后不仅有材质用量扩张,况且焊接工艺需要升高,因此扩张了工程投资。遵照工程实例,在内水压力功用下的钢管的骨子里应力并不高,表达钢管的功力未能足够发挥。双层管就是在此种背景下建议来的,其优点是能客观地揭橥种种材料的优点,制止了其劣势。钢管的长处是防渗质量好,劣势是抗外压才具差,而水泥的抗外压技巧较好,但其防渗性能差,平时景色下,地下引水管道的围岩较好,超过一半内水压力通过水泥衬砌传给围岩承当。双层管由二种材料组成,分别为:内层钢混、钢管、外层水泥、围岩。能承当三种力和满意生机勃勃种必要的多样功用,分别为:内水压力、山岩压力、外水压力、防渗必要。所以钢板主要用来起防渗作用,由此其厚度可大大减薄,内层钢筋水泥首要起抗外水压力功用,外层水泥和钢管,内层水泥一同负责山岩压力,围岩重要担负内水压力。双层管布局正式剖面见图3-1。钢管和内层钢筋水泥选用预制办法施工,在钢管加工厂制作。预制管在洞内组装,然后用泵管浇筑外圈水泥。3.2双层管的策动承当内水压力设计内水压力超过八分之四由围岩负担,小片段由钢管承当。钢管担任内压比 按下是式总结:当钢管工作在弹性状态时, 当钢管职业在塑性状态时, 令钢管工作在弹性阶段时围岩的最低的单位抗力周详为 ,钢管在塑性屈服平台职业时的围岩最低弹性抗力全面为 ,总计公式如下: 式中: ——钢管应力; ——钢管壁厚; ——设计内水压力; ——钢管内半径;——钢板屈服点; ——围岩承受内压比;——钢管与外面水泥之间的缝隙值当实际工程 时,钢管工作在弹性状态,环向应力: 围岩分担内压比率: 当实际工程 时,钢管应力处于塑性屈性格很顽强在艰难险阻或巨大压力面前不屈平台,钢管应力等于钢材屈性格很顽强在艰苦勤奋或巨大压力面前不屈点。围岩分担内压比率: 当实际工程 ,表明围岩地质条件太差,须要通过固结灌浆来增长值。上述总计中未考虑预制管钢筋承受内水压力的效果与利益,实际上即使承当内水压力时预制管水泥要开裂,但钢筋仍是可以担当部分内水压力。上述总结公式中未酌量,是将其视作风流浪漫种安全储备。3.2.2抗外压设计就算外圈现浇灌泥已经裂穿,外水压力平素效果在钢板上,外水压力完全由内层预制管担任。预制管按布局供给配筋,管壁水泥厚度和钢板厚度依照抗外压稳固总计明确,预制管水泥标号采纳C50?C60。对于光面管可接纳构造力学公式总括临界外水压力,按拱顶和两腰水泥裂穿后变成的三鉸拱计算,弹性失稳的总计公式如下: 如若总计中不思虑钢管和钢筋抗外压的效果,则总括公式为: 式中: ——临界外水压力;——水泥弹性模量;——钢板和钢混组合截面前遭遇形心惯性距;——钢管外半径;L——沿管轴方向单位长度;——预制管水泥厚度。在外水压力效用下,预制管管壁受压,外水压力由钢板、钢筋水泥组合截面承当,当压应力超越水泥抗压强度时,将时有发生塑性失稳,总结公式如下: 式中: ——混凝土抗压强度设计值;——预制管内半径。设计时,先起来设定预制管的水泥壁厚 和钢管壁厚t, 平常为15~25cm左右,管径很大时可接受大值。t平时取6~10cm,选取Q235,C、D级钢。若抗总括结果不满意须求,则调节和t,直至满足抗外压须求。由于双层管抗渗性较好,所以,外水压力可按考虑水库绕渗后的地下水位线鲜明,为了保险构造安全,总结时可酌量一定的安全全面。4拉西瓦发电站引水管道接收双层管方案设计拉西瓦水力发电站引水管道规划水头高,管径大,管道抗外压牢固难点优异,可是围岩承载力高,所以使用双层管技艺是适度的。

摘要:举世有名,Mini水力发电厂压力钢管的下平段和下斜段,由于内水压力超高,普通高强钢难以知足较

厚钢板对焊接均生机勃勃性和焊接低敏感性的供给。本文为此首先从三个地点研究了小型水力发电厂埋藏式压力管道的安定,在健康情势的底蕴上,提出了生龙活虎雨后春笋的稳固计划与施工调节。

入眼词:小型水力发电厂;压力钢管;设计;施工

微型水力发电厂压力钢管道是水利工程建筑的基点构造之意气风发[1]。压力管道根据钢管是不是直接和多量接触的口径,钢管可以分成明敷钢管与埋管。前面一个能够埋设在水泥中、岩石中或在泥土中。明管平常支承在分手的支座上[2]。由于压力钢管承重压力不小,承载荷性也正如强,为此切磋小型水电厂压力钢管道牢固陈设与施工调控意义重大。

1 埋藏式压力管道的牢固性剖析

1.1 内水效率下的承先启后深入分析

内水压力是压力管道的重中之重荷载,钢衬和钢混衬砌的参数首要通过决定。平常的话,钢衬和钢混衬砌能作为全体结构可信赖地联合工作,即便钢衬与水泥衬砌的结缘遭到破坏,也不影响压力管道的应力状态[3];布局损坏前,混凝图衬砌内发出有限的向阳裂缝,寻常运营时允许水泥衬砌中爆发疏裂;内水压力引起的钢衬和水泥衬砌内钢筋内的应力取值同样,与环的半径非亲非故;极限状态进行强度计算,在健康荷载功能下,钢衬和钢筋的应力不得高出正式所规定的极限值。

1.2 外压功效下的失稳剖析

埋藏式压力钢管抗外压失稳的设计步骤为:首先遵照已定的光面管管壁厚度计算其临界外压;若是不满足牢固供给,可思虑设置加劲环,当时先根据钢管临界外压总计加劲环的间距,然后根据加劲环抗外压失稳需要测算出加劲环的尺码[4]。而埋藏式带加劲环的压力钢管的外医稳固包涵加劲环的水静无波和环间管壁的波平浪静。压力钢管的外压失稳与其尺寸、钢材的投降强度、伊始缺陷、外压遍布形态有直接挂钩,是二个复杂的几何非线性难点。

2小型水力发电站压力钢管道牢固安顿与施工调整措施

近十几年来,国内外水电厂的发展趋势是单机体积越来越大,压力管道的荷载值也持续拉长。假若外压荷载非常的大,则作为薄壳布局的钢管壁极易产生属曲失稳破坏。上面具体切磋了连带设计与施工调节措施。

2.1 常规方法

例市场价格势是加厚钢衬或加大水泥衬砌配筋量,个中钢板厚度猛增大大当先了现存的最大滚压技艺,那给压力管道的规划、创建、安装、焊接带给了超大困难,加大水泥衬砌配筋量则给水泥衬砌的铸造带给好些个不便且不能作保浇筑品质。如若使用高强合金钢,但高强合金钢高昂、缺少,比较经济实用的仍然钢衬钢混联合承载构造[5]。

2.2 组合套管

整合套管式引水管道是由上下钢管及两管之间的水泥地管理结合,三者合作担当内水压力,内层钢管可先进入塑性状态专门的学业,外层管在弹性范围内职业,那样,不仅仅钢管厚度能够减去,何况对于坝内管道,水泥中形成的裂缝不会增至坝体,同临时间也惠及增加外压效能下的平稳,对于坝后背管,外管也起到了迟早的防患效能,与此同期,这种管道有不小可能率发展成为预制零件,以加快施工进程。相同这种管道在国外已具备尝试,如法图罗丝兰水电站使用双层管比较成功。

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