【41页】地下高压钢筋混凝土岔管设计文档

提示般来说，对称的形岔管流量分配对称，均匀，但结构复杂，且水头损失大于不对称的卜形岔管。

对于卜形岔管，主支管的分岔角度宜在的范围内选取，在满足布置和结构要求的条件下，应尽量采用较小的分岔角度。

水力设计及岔管内体形尺寸决定提示岔管是水电站管路系统的个重要组成部钢筋混凝土岔管位置选择合理选择高压钢筋混凝土岔管的位置，是关系到围岩和整体稳定工程造价施工工的最小地应力，应大于其最大静水头。

经过充分论证后，围岩的最小地应力，可以小于但应接近其最大静水头。

上述的论证应确认高压钢筋混凝土岔管所在处的围岩的地应力，足以防止由内水压力所引起的围岩水力致裂。

围岩的变形模数宜接近高压钢筋混凝土岔管混凝土的弹性模数值。

若能等于或大于混凝土弹性模数更好。

高压钢筋混凝土岔管所在处的围岩渗透性微弱。

高压止由内水压力所引起的围岩水力致裂。

围岩的变形模数宜接近高压钢筋混凝土岔管混凝土的弹性模数值。

部分内容简介凝土岔管所在处的围岩的最小地应力，应大于其最大静水头。

经过充分论证后，围岩的最小地应力，可以小于但应接近其最大静水头。

上述的论证应确认高压钢筋混凝土岔管所在处的围岩的地应力，足以防止由内水压力所引起的围岩水力致裂。

围岩的变形模数宜接近高压钢筋混凝土岔管混凝土的弹性模数值。

若能等于或大于混凝土弹性模数更好。

高压钢筋混凝土岔管所在处的围岩渗透性微弱。

高压钢筋混凝土岔管位置选择合理选择高压钢筋混凝土岔管的位置，是关系到围岩和整体稳定工程造价施工工期和运行安全等问题，是岔管设计的关键。

在满足工程枢纽总体布置要求的条件下，洞线宜选在ⅠⅡ类围岩地段，地质构造简单岩体完整稳定岩石坚硬上覆岩层厚度大水文地质条件好及便于施工的区域。

高压钢筋混凝土岔管的上覆岩层厚度，应满足第条的要求。

高压钢筋混凝土岔管所在位置的围岩地应力，应满足第条的要求。

对于地应力以自重应力为主的围岩，岔管的平面位置宜位于山峰之下。

对于高地应力地区的高压钢筋混凝土岔管，从围岩稳定考虑，宜减小最大水平地应力与岔管的主管轴线夹角。

当高压钢筋混凝土岔管无法避开些小的地质构造断裂面或软弱破碎带时，岔管的主管轴线与构造断裂面或软弱带应尽量有较大的夹角。

在整体块状结构的岩体中，其夹角般不宜小于。

地下高压钢筋混凝土岔管基本布置及其选择高压钢筋混凝土岔管的布置，应综合考虑地形地质水力条件枢纽布置特别是厂房布置施工运行检修等各种因素，通过可能方案的技术经济比较选定。

高压钢筋混凝土岔管的基本布置，可分成对称的形岔管和不对称的卜形岔管两大类。

此外，按岔管内底拱高程沿纵向轴线是否变化可分成平底岔管和非平底岔管按高压岔管主管直径变化与否可分成等直径主管及收缩锥管主管两类。

提示般来说，对称的形岔管流量分配对称，均匀，但结构复杂，且水头损失大于不对称的卜形岔管。

对于卜形岔管，主支管的分岔角度宜在的范围内选取，在满足布置和结构要求的条件下，应尽量采用较小的分岔角度。

水力设计及岔管内体形尺寸决定提示岔管是水电站管路系统的个重要组成部分，当管道的末端设置多台机组时，管道必须设置分岔管，甚至形成管群。

抽水蓄能电站与常规水电站不同，它不仅有发电工况，还有抽水工况，因此其岔管的水力特性和体型设计等问题，往往比常规电站复杂。

水力计算原则水力计算是岔管设计的重要环节之，应予以足够的重视。

水力计算的内容有过流能力水头损失等。

此外还应研究流态等水力现象。

高压岔管的过流能力，按管流计算。

高压岔管的水头损失分成局部水头损失和沿程水头损失。

岔管段的沿程水头损失比局部水头损失小得多，在水工模型试验的水头损失计算中，可归入岔管的局部水头损失之中。

水工模型试验的水头损失计算，为便于与有关文献资料比较，宜采用伯努利能量方程计算各岔支管的水头损失。

发电工况水头损失水头损失系数抽水工况水头损失水头损失系数式中分别为设置在岔管段主管设置在主管分岔之前的断面支管测量断面的压力分别为主管支管相应测量断面的流速。

在水头损失中，包含了岔管段的局部水头损失和沿程水头损失。

卜形岔管内体形尺寸的决定岔管内体形尺寸设计的主要参数为图分岔角主管锥角支管锥角管壁顺流转角和岔裆角等。

图卜形岔管布置示意图提示采用较小的分岔角对岔管的水流条件是有利的，但这必然会增加在分岔区主管与支管壁互相切割的岔口面积，在内水压力作用下存在较大的不平衡力，因此，往往与结构要求有矛盾。

通常，是根据管道布置的要求型式功能和地质条件等因素预先确定。

角宜在范围内选取。

当选定后，和与密切相关。

在发电分流工况下，宜采用较小的顺流转角，过大的在岔口转折点后极易产生涡流。

通常改善涡流问题的方法是当角已确定和满足结构条件的情况下，稍增大支管的锥角，或者采用增加岔口上游侧管壁转折次数的方法，减小转角同理，采用较小的角有利于分流，若过大，则岔裆会和水流发生顶撞，但对水流的影响不如显著。

故此，对于岔管群的各岔管，当分岔角已确定时，在满足结构要求的条件下，可适当选用稍大的支管锥角当选定后，在结构允许的条件下，若主管段选用等直径的直管段或主管锥角较小的渐变收缩锥管段，对改善岔口附近区域的流态是有利的。

抽水蓄能电站的工作水头般较高，对于高水头电站而言，岔管内的动水压力较大，岔管段的局部水头损失占电站总水头的比例较小，在进行岔管内体型设计时，宜多考虑些结构方面的问题。

结构设计设计原则和假定对岔管群，宜取内侧体型最大的个岔口进行结构分析。

岔管的内水压力值，应按水力水力过渡过程计算的岔管最大内水压力静水头水锤压力增值作为设计值。

岔管承受的外压力值，应为岔管承受的外水压力与高压用有关数据代入围岩承受内水压力计算式，求出。

求出沿管道中心线方向每米长配筋面积，则可求出参见图由图的力的平衡条件，可求出满足混凝土衬砌裂缝宽度所需的有效灌浆预压应力值。

当值为或负值，表明不需要灌浆预压应力亦能满足对混凝土衬砌缝宽的要求。

式中符号与式相同。

有限元计算有限元计算的数学模型可取岔管群中几何断面最大的个岔口计算。

有限元模型包括二维有限元模型和三维有限元模型两种，其中二维有限元模型可分别采用标准圆断面和岔管断面两种情况。

在采用三维模型时，对于分岔区主支管相交部位的混凝土及邻近围岩的模拟，应采用四面体五面体单元作为过渡，以减少由于六面体厚壳单元的扭曲所引起的过大计算误差。

岔管承受内水压力时的有限元模拟二维有限元模型，均用平面应变单元。

由于岔管深埋在良好的岩体之中，围岩的刚度远大于混凝土衬砌的刚度，围岩将承受绝大部分的内水压力。

故此，岔管衬砌的几何不连续性的影响是次要的，二维数学模型可满足内水压力作用下的岔管结构分析。

三维有限元模型，用厚壳等参单元。

用包括山体围岩的岔管三维有限元模型，既可分析在内水压力作用下岔管的应力应变，亦可分析在外压作用及局部灌浆压力作用下岔管应力与应变。

不论用二维或者三维有限元模型进行岔管承受内水压力工况的结构分析，均应计算当混凝土衬砌未开裂时，在内水压力作用下混凝土衬砌单元的主拉应力及方向。

当混凝土单元的主拉应力大于混凝土衬砌的极限抗拉强度时，认为该单元已开裂，开裂方向与该单元主拉应力方向垂直，此单元开裂方向的混凝土弹模用个较小的值般为千分之的原弹模值代入，即用各向异性材料单元输入开裂后的混凝土单元中，以模拟混凝土开裂。

用模拟混凝土开裂的模型计算在内水压力作用下的围岩混凝土衬砌应力。

计算地应力场在围岩单元的地应力。

内水压力在围岩单元所产生的应力与地应力叠加，确认叠加后的结果仍为压应力，即图不会出现围岩水力致裂现象。

必要时可用钢筋桁架单元杆单元模拟岔管配筋，以计算出钢筋在内水压力作用下的工作应力，再用混凝土缝宽公式推求混凝土的缝宽。

岔管承受外压时的有限元模拟当岔管放空时，它将承受外压作用。

岔管衬砌的几何形状的不连续性使岔管在外压作用下的设计显得极为重要。

该情况宜用三维有限元模型模拟。

三维有限元模型模拟岔管承受外压，可以用中所述及的三维模型，其中混凝土单元与围岩单元之间应设缝隙单元，或者将邻近混凝土单元的围岩单元之弹模值取小值，以模拟混凝土与围岩之间不完全的固结。

外压力作用在混凝土衬砌上。

根据国外钢筋混凝土岔管的设计经验，亦可以用下述的三维模型模拟岔管抗外压。

除了混凝土衬砌外，考虑与衬砌等厚的岩体起参加抵抗外压。

为模拟围岩的约束，每外部结点附加沿径向弹簧约束。

外压力作用在与混凝土衬砌等厚的围岩单元外表面上。

当模型承受外压时，如果弹簧受拉则表明有限元模型外表面与围岩分离。

所以，弹簧受拉则除去，而弹簧受压则将其保留弹簧约束。

上述两个模型，均需通过多次迭代计算。

每次迭代计算，均要通过调整混凝土衬砌单元的几何形状，改善衬砌的应力分布。

最终确定混凝土衬砌厚度后所进行岔管抗外压计算，对其计算结果中主压应力较大的单元应绘出单元主应力沿厚度分布曲线，超过混凝土极限抗压强度的部分应由钢筋承担，并按建筑物等级考虑相应的安全系数，计算该处的配筋。

提示高压岔管的有限元网格，可参阅附录。

工程措施开挖开挖程序要求严格控制开挖光面爆破岩石支护的程序，以便将岩石爆破松动圈范围减小到最低的程度。

般情况下，应先开挖支管到主管直墙处，应预先在该处岩面打岩石超前锚杆，使松动圈之岩块与岩体相连，再开挖主管。

如果先开挖主管，岩石荷载与应力将沿将来开挖的支管开口处重新分布。

虽然可以从主管处用岩石锚杆加固支管处岩块，但其效果不如先开挖支管，然后从支管方向加固更有效。

爆破应采用光面爆破技术，严格控制装药量，短进尺，多循环。

岩石支护每