水电站地下压力钢管设计

1FJD34170FJD水利水电工程技术设计阶段水电站地下压力钢管设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1997年11月2水电站技术设计阶段水电站地下压力钢管设计大纲主编单位主编单位总工程师参编单位主要编写人员软件开发单位软件编写人员勘测设计研究院年月3目次1引言42设计依据文件和规范43设计基本资料54布置的复核与优化95主体结构分析96异形管的设计与计算117附属设备的设计与计算138构造要求149水压试验1610原型观测1711与设计相关的工艺问题1712应进行的试验项目1813工程量计算与材料订货1914应提供的设计成果20附录A22附录B24附录C27附录D29附录E31附录F32附录G33附录H3541引言11内容本大纲仅涉及地下埋管式压力钢管的布置、材料、结构分析及构造要求等内容。有关水力计算内容，另见专门设计大纲。12工程概况电站位于省市县以约公里的河岸。总装机容量为MW，装设台单机容量为MW的机组，年发电量KWH抽水用电量KWH。电站建成后将联入电网，主要任务是，兼有、功能。本电站采用地下地面、井式厂房，为首中、尾部开发，可利用最大落差为M，单机额定流量为M3/S抽水量为M3/S，采用独立统一、双系统供水。水道系统由引水隧洞、引调、压力管道、尾调、尾水隧洞等组成，水平投影总长度为M。单根压力管道全长约M，拟全部在部分采用钢管。本电站初步设计报告于年月由审查通过。本电站由投资，并利用贷款兴建。2设计依据文件和规范21有关本工程的文件1初步设计报告；2初步设计报告审批文件；3利用外资可行性研究报告；4利用外资可行性研究报告审批文件；5设计任务书；6设计任务书审批文件；7有关的专题报告和试验报告。提示上列1、2两项为必要依据，其它各项视情况删增。22主要设计规范、标准1SDJ1278水利水电枢纽工程等级划分及设计标准山区、丘陵区部分试行及补充规定；2SD14485水电站压力钢管设计规范试行。设计应参照的规范、标准有53DL501793压力钢管制造安装及验收规范；4GB98588手工电弧焊焊接接头的基本形式与尺寸；5GB98688埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸；6GB32488焊缝符号表示法；7GB1085489钢结构焊缝外形尺寸；8SDJ5785水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范；9SDJ20782水工混凝土施工规范；10SL6294水工建筑物水泥灌浆施工技术规范；11GB15089钢制压力容器；12GB332387钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级；13GB1134589钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级；14GB892388涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级；15GB/T1328891涂装前钢材粗糙度等级的评定；16GB70088碳素结构钢；17GB327488普通碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带；18GB66541996压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板；19GB51171995碳钢焊条；20GB51181995低合金焊条；21GB130077焊接用钢丝；22GB529385碳素钢埋弧焊用焊剂；23JB396585钢制压力容器磁粉探伤；24ZBJ0400587浸透探伤方法。提示1上列规范凡有更新版本者，应以新版本为准；2凡参数超过SD14485规范适用范围或引用国外技术、材料、部件时，可参照国际通用标准执行。3设计基本资料提示设计基本资料需在设计过程中，逐步充实、完善。初期难以具备的数据，可用工程类比法拟定。31水文、气象资料311气温与湿度、见表1。6312隧洞内的温度与湿度，见表2。313河道冰情1流冰期月月；2封冻期月月；3冰盖最大厚度。表1气温与湿度月份项目123456789101112年平均气温最高气温最低气温平均湿度最高湿度最低湿度露点范围表2隧洞内的温度与湿度季节项目春夏秋冬年平均温度最高温度最低温度最大湿度32水库调节池条件321取水口前的库水温度，见表3。表3取水口前的库水温度单位月份水深M123456789101112水面5101520322泥沙特性1多年平均入库含沙量KG/M3；72最大入库含沙量KG/M3；3泥沙颗粒级配曲线及组成成分。33地形资料1地形图，比尺1/10001/500；2沿管道轴线纵剖面图，比尺1/10001/500。34地质及水文地质资料1工程地质平面图，比尺，1/10001/500；2沿管道轴线工程地质剖面图，比尺1/10001/500；3围岩分类及物理力学指标；4勘测期地下水位等势线图；5施工期涌水量预测值。35相关设计资料1水道及厂房系统控制点座标；2工程总体布置图；3水道系统总布置图；4厂房布置图；5调压井体形图；6压力钢管施工程序、方法、布置及进度安排。36水道水力学计算成果1水头损失；2最高压力线；3最低压力线；4调压井最高涌浪；5调压井最低涌浪。提示抽水蓄能电站应获得水力过渡过程分析成果。37水轮机水泵及主阀资料371水轮机水泵主要参数，见表4。8表4水轮机水泵主要参数水轮机工况水泵工况型号水头M额定水头最优交率扬程过机流量M3/S出入力，MW吸出高度，M安装高程，M372主阀1型号；2轮廓尺寸；3松套法兰位置上游侧下游侧；4容许轴向位移量；5关闭时间曲线。373与压力钢管的连接1位置距机组中心线MM；2连接截面内径MM；管壁厚度MM；3管段锥顶角；4使用钢种；5连接施工责任方。提示最终连接有关事项，应在设备采购合同及钢管制造安装合同中分别明确提出。38材料及供货条件提示应及早对钢材、焊材等主要材料货源条件进行调查，诸如可能获得的适用钢种、产品规格、技术标准等，都应在设计前切实掌握，以便正确选择。39国内外设计、施工技术水平提示1应调查国际上压力钢管的设计、施工先进技术，当条件许可时，宜引进采用。2对可能担负本工程施工任务的承包单位的资质，应先期加以调查，诸如工程经验、人员素质，能投入本工程的大型设备切割机、压头机、卷板机等的规格、容量、数量均应予了解。9310场内外运输条件提示1应对场内外运输条件进行调查，了解对运输尺寸和重量的限制，以限定管段尺寸和订货材料规格。2我国沿海地区，公路运输钢板,尺寸一般可达长宽120003000MM4布置的复核与优化41布置原则本阶段应依据补充获得的资料及相关建筑物设计变更情况，按照下列原则，对初步设计布置方案进行复核与优化。411钢管轴线布置应服从工程总体布置要求。在充分考虑地形、地质条件下，以直线布置为宜；钢管的竖向布置，应保证在任何工况下，钢管顶部始终保持在动水坡降线以下至少2米。412大型地下压力钢管的施工，有时会成为控制整个电站施工进度的重要因素。为此，在布置轴线时，必须考虑到隧洞的开挖方法、施工支洞的位置走向等因素。提示1斜井坡度的选择与开挖方法密切相关。一般坡度不宜大于51，否则宜选用竖井。2设置施工支洞可缩短工期，但涉及钢管轴线布置、人孔位置及通道，以及管壁受力状态，应统筹考虑。3管段的洞内运输，涉及到转弯段及辅助洞室扩挖问题。413钢管根数应根据围岩地质条件、管线长短、机组安装分期、使用材料强度极限等因素经技术经济比较确定。提示1压力钢管的造价，通常随条数的增加而加大。当管道较长时，一般宜采用一管多机供水方式，并根据所使用材料的强度极限等因素，在适当位置设置岔管；2相邻两管的间距，要考虑分期充水的要求。一般不应出现一管施工另一根充水的状况，否则，应视围岩情况加大间距。42管径认定本阶段应从钢管的制造与安装条件出发，对初步设计所推荐的管径进行认定。提示1宜尽量减少管径变化系数，以避免洞内运输复杂化。2要综合考虑管径、壁厚、加工条件间的相互关系、优选尺寸，以利施工控制因素见82。5主体结构分析1051荷载组合与设计条件511荷载1内水压力2温度变化3外压提示1设计采用的内水压力，必须是静水压力加上由调压井和水锺作用引起的水压上升值后的可能最大值。对于大型抽水蓄能电站，还应考虑由高周波压力脉动形成的附加压力以及模型机与原型机的特性差别等因素，为此要加余裕度值，一般取值为静水压的515参见水力计算大纲及附录E。2温度变化值，取安装时钢管温度与通水最低水温之差。3外压，分别作用有地下水压力，灌浆压力和流态混凝土压力。512荷载组合1管内满水时内水压力温度变化；2管内无水时外压。513应考虑的应力5131管内满水时1环向应力内水压力引起的拉应力。2轴向应力由于设置加劲环而产生的局部弯曲应力。温度应力。波桑效应引起的应力。5132管内无水时外压引起的应力和临界稳定外压力。514设计条件5141管内满水时，以各向应力不超过容许应力A为基本条件，对于异型管需验算合成应力。在考虑管壁局部弯曲应力的情况下，合成应力，不得大于材料容许应力的135倍。提示1当相邻构件的刚度差别较大或管壳母线转折角度较大时，局部有二次应力存在，需验算合成应力。2合成应力可用下式计算G12123式中G合成应力；1环向应力拉为正；2轴向应力拉为正11垂直于轴向的剪应力。5142管内无水时，光面管在2倍外压作用下；加劲管在18倍外压作用下，管壁不得发生失稳现象。52钢管承受内水压应力分析521基本假定和依据当覆盖岩层厚度满足SD14485附录二第二条要求时，可根据围岩物理力学指标，容许围岩承担部分内水压力。提示1由于围岩的未知因素很多，且不尽相当，或者存在局部不良地质条件，难以确保符合理论计算状态，设计时宜限制围岩对内水压力的分担率，一般原则是“即使围岩实际未分担内水压力，由内水压力引起的管体应力也不能超过钢材的屈服点”。故可取围岩分担率的限值为045参见附录F。2对处于厂房围岩松弛区内和施工支洞影响范围内的钢管，应降低围岩分担率限值，或取为零。522应力分析提示一般应遵照SD14485附录二执行，也可参考附录A。当管径较大，围岩很不均匀时，宜辅以有限单元法分析。53抗外压稳定分析531基本要求1作用于压力钢管的外压，有山体渗透水压及施工时的流态混凝土压力和灌浆压力。钢管必须能承受这些因素引起的可能最大外压。2山体渗透水压力分析。提示一般可按预计的地下水位线确定，它依据勘测资料并考虑到水库蓄水和引水系统渗漏的影响。对于地质条件复杂的大型工程宜进行渗流场分析。由于影响因素较多，难于准确预计运行期地下水位，为安全计，可按下述原则确定外水压力。1按管道上覆地层厚度的一半或更高取值，且不低于勘测期地下水位。2对直接从水库引水的压力钢管首段，外水压力按库水位取值。3对于大直径水平管段应进行分层回填混凝土状态下的管壁应力分析。4针对施工期外压的稳定分析，应按包括锈蚀余裕厚度在内的壁厚进行计算。532稳定分析提示针对光面管与设有加劲环的管，应采用不同的计算方法，可参见附录B。126异形管的设计与计算61岔管详见专门设计大纲提示岔管的形式、体形选择与钢管总体设计密切相关，务求其有良好的水力特性。要求包括其本体及其前后弯管、渐变管在内的总水头损失要小，且不应产生大的紊流和二次流；各支管的水头损失应大致相等；即使一条支管的流量有变化，在其它支管的水流中也不应出现较大的涡流和水压脉动现象。上述要求对抽水蓄能电站尤为重要，在抽水工况下也应予以保证。62弯管621钢管的转弯半径一般不应小于三倍管径，相邻管间转折角不应大于7。特殊场合下转弯半径也应大于二倍管径。提示1对于低水头大容量水电站，需尽量减小水头损失，宜选用45的转折角；2当相邻管节转折角小于7时，在结构分析中，可忽略因转折处形状不连续所产生二次应力的影响，按直管对待。622位置相近的平面转弯和立面转弯宜合并成空间转弯。位置相近的弯管和渐缩管宜合并成渐缩弯管。1计算空间弯管的实角提示可由下式求得空间弯管的实角COSCOSSINXABCAB式中弯管上下游钢管组成的垂直、水平合成角的实角；X、分别为上、下游管道在垂直面上的投影与水平线的夹角AB见图；管道在水平面上投影的折角。C式中符号“”表示、角均位于水平线上方的场合；“”表示、角中一角在上方，另一角在下方的场合。符号为正时符号为负时纵剖面图平面图钢管的空间转弯2渐缩弯管13提示常用的渐缩弯管几何参数计算，可参看附录C。63渐变管631渐变圆锥管锥顶角应不大于7。提示1当遇特殊场合，必须选用大锥顶角时，可按下式计算管壁厚度。TTPDA206COS式中P内水压力，MPAKGF/CM2；D管径，MMCM；焊缝系数；A钢材容许应力，N/MM2KGF/CM2；锥顶角的一半。2尽量避免设置方、圆转变的焊接结构渐变管，当必须设置时，应注意增强加劲结构，特别是对三角平板区，还应加设锚钉，使管壁与混凝土牢固相连。7附属设备的设计与计算71进人孔711型式、尺寸选择提示1人孔的结构型式可视具体情况选用内水压紧顶盖式或螺栓紧固顶盖式。2人孔的净截面，宜选用为内径450MM圆形。3人孔通常多采用焊接钢板结构或锻造结构，后者用于高水头压力管道。根据我国加工条件，宜选用钢板结构，但应注意此种结构管壳开孔补强板和人孔盖板可能需要很大厚度，宜在设计之初先行计算，以便提早订货。712结构分析提示螺栓紧固式圆形人孔的结构计算方法可参看附录D。72止推环721压力钢管末端管段以及异形管应设置止推环提示近代，主阀的松套法兰多设在下游侧，因此，当钢管下游主阀关闭时，管壁将承受轴向拉力，从而引起位移。为确保钢管的安全运用，并限制末端位移量不大于主阀允许位移量，应在末端管段设置止推环。722末端管段设置止推环的范围、止推环的间距和尺寸，应根据变形协调计算确定提示计算应分两个受力阶段进行1内压较低，管壁与混凝土间存在间隙阶段；2内压升高，间隙消失阶段。此时要考虑管壁与混凝土间的摩擦力，可取F0405。1473通气管必要时设提示1在管道首端设有快速闸阀的压力钢管，应在闸后设置通气管。通气管上端应设在启闭机室之外，并高于校核水位。2通气管的最小通气断面积，可按下式估算DPLH0682073式中D通气管内径，M；L通气管全长，M；P水轮机额定出力，KW；H水轮机额定水头，M。3在寒冷地区要考虑有结冰减少有效断面的情况，留有裕量。4开孔处的补强，小管可用代换100的孔口断面积确定，大管开孔补强计算同人孔。8构造要求81钢管洞811最小净空钢管壁外侧与隧洞初期支护内缘间的径向净空尺寸，不应小于06M。当钢管现场环缝采用带背板的单面焊接时，也不宜小于04M。812断面形状为了满足施工期铺设运输轨道、人行道、电缆以及埋设纵向排水管的需要，平洞及斜井宜选用平底马蹄形断面。竖井采用圆形断面。813配合钢管安装要求固定钢管外部支撑等用的地锚，宜在开挖过程中埋设，其布置应在开挖图中示出。82钢管主体结构821确定管壁最小厚度提示管壁的最小厚度不宜小于下式数值，也不宜小于6MM。TD/8004式中T包括锈蚀裕度在内的管壁厚度，MM；D管内径，MM。822相对管壁厚T/D限值提示1冷加工成型管节壁厚应符合下列要求钢种T/DQ235、16MN、16MNR31515MNV、15MNVR、15MNTI25调质高强钢SM570、SHY685等152调质钢业经淬火高温回火处理，为防止材质恶化，不允许用热加工成型，否则，成型后必须再做调质处理。823最大壁厚及钢种切换原则管壁最大厚度不宜超过50MM，当壁厚达到40MM时，应切换为较高强度的钢种。提示随着钢板厚度的增加，力学性能下降，卷板和焊接工艺复杂化，所需各种设备容量增加，还会因放射透照度降低，给焊缝检查增加难度，故应对使用的最大厚度加以限制。824余裕厚度考虑到锈蚀和泥沙磨损，采用的管壁厚度应留有2MM左右的裕量。提示当充分考虑了防锈、防磨措施时，也可适当减小余裕厚度。825外加环的尺寸加劲环、推力环的高度，宜选用80150MM，厚度宜与管壁相近，位于钢管首端的止水环不受此限。提示选择加劲环、止推环的高度时要考虑到洞内运输、外支撑焊接等施工因素，当使用滚焊台车焊接外加环时，还要考虑它的控制条件。826凑合节827进厂穿墙构造提示为避免因钢管末端轴向位移对厂房上游墙产生不利影响，应采用弹性材料包封穿墙管段，避免钢管与上游墙直接接触。83回填混凝土及灌浆系统提示1对于大型地下压力钢管宜采用如图所示的焊接轴向收缩量不大的搭接接头凑合节。2对接接头凑合节，往往因现场量测和瓦片加工精度不够而形成过大间隙，从而产生过大焊接轴向收缩应力，应予注意。16831回填混凝土钢管与围岩间的回填混凝土标号不应低于150号。经试验后可在混凝土中加入膨胀性掺合料。提示在钢管和围岩之间填充膨胀混凝土，既可起到补偿收缩作用，也有加固围岩效果。因此，可以省略钢板接触灌浆。但是，使用膨胀混凝土必须经过试验，以正确控制其膨胀率，既要达到预期效果，又防止管壁预压应力过大。832灌浆系统提示1应尽量避免在管壁上开设灌浆孔；如必须开设灌浆孔，应事前考虑好周密的封堵措施。2在焊接高温作用下，管壁外的湿混凝土和渗水将产生蒸气冲出，从而难于保证封堵质量。对于高强钢，由于其焊接裂纹敏感性系数高，在饱和蒸气作用下，大大增加了熔敷金属含氢量，加之拘束度大，将导致产生裂纹，因此，严禁开设灌浆孔。3对于采用高强钢的管段，应采用管外管路系统进行回填灌浆，特别需要的围岩固结灌浆，宜在钢管安装之前进行。84排水措施提示1在渗透水压较高地段以及预计运行期地下水位升高影响钢管外压的地段,应采取排水措施，可视具体情况，采用排水洞、深钻孔、管外岩壁排水系统或管壁排水系统参见附录G。2即使分析结果管壁无外压失稳问题，为了降低外水压提高安全性，也宜适当采取排水措施。9水压试验91目的水压试验的目的，在于验证设计以及明确钢板和焊接接头的可靠性和安全性，同时，还可以消除某种程度的焊接残余应力。92范围提示1一般仅对岔管进行水压试验。当有整体运输条件时，岔管水压试验应在制造厂内进行。2从当前技术条件看，对于直管段及应力分析有把握的异形管，只要通过无损探伤检验就能证实其安全性，故可不进行水压试验。3对于壁厚超过限值的大型压力钢管，为了达到消除残余应力峰值的目的,也有在钢管安装后做水压试验的实例如美国大古力水电站。但这样做，要占用直线工期、需妥善安排。1793试验水压力提示1在工厂试验时可采用设计水压的130，在现场试验时，采用大于或等于设计水压的110。2对于用高强钢制造的高压岔管，考虑到打压时的安全，不论是在工厂或现场进行，其试验水压均不宜大于设计水压的110。3试验时加压与卸压均应逐级升降，以检测应变状态；最大压力稳压时间不应少于30MIN。94检测内容对于岔管主要检测肋板拉应力、肋板与壳板交会处应力和钝角区应力。并以目视检查外观。10原型观测提示根据SD14485第911条规定，确定本电站压力钢管是否应作原型观测。原型观测成果，用途广泛，它不仅可监测管道运行状态，还可以供类似的新工程作参考和改进管道设计规范的依据。因此，当有条件时，一般规模钢管也宜适当安排原型观测项目。101观测项目原型观测项目设以下项在选定项的内画“”1钢管应力；2内水压力；3外水压力；4钢管、混凝土、围岩之间的缝隙值；5钢管、混凝土、围岩的温度及水温变化；6排水系统出水量。提示1观测仪器设置后，即应由安装承包单位开始观测。电站建成后应将资料移交电厂，由电厂继续观测，并及时整编资料和总结。2宜在施工承包合同及竣工移交文件中，明确规定包括设计单位在内的观测资料分享权。11与设计相关的工艺问题18提示当拟采用新材料、新技术时，宜在设计大纲中适当列入有关施工工艺方面内容，以便合理选择结构型式，明确技术要点，可参考附录H。12应进行的试验项目121围岩变形特性试验提示1、2级压力钢管在技术设计阶段应作下列试验1原位缩尺模型水压试验；2平板载荷试验；3孔内载荷试验视情况而定；4地表弹性波检测；5导洞内弹性波检测。122材料试验1221钢材所用钢材应遵照GB327488标准进行化学成分分析和力学性能试验。提示1当使用超厚钢板和非熟悉钢种时，还应补充做下列试验。母材加工性能应变时效冲击试验；热影响楔形硬度试验或其它试验；绘制焊接用连续冷却变态图CCT曲线；低温脆性深缺口试验或其它试验。焊接接头接头硬度试验抗裂性焊道弯曲试验；斜Y型抗裂试验；窗型约束试验；扩散性含氢量和开裂率试验。2钢材检验应由供货方负责进行，但应由需方根据工程具体条件提出要求，并对到货板进行抽样复检常规项目；3对压力钢管用板材，应要求供方逐张进行超声波检验。1222焊材1焊条焊条应分别符合GB511785或GB511885标准要求。提示1焊条检验应由供方负责，到货焊条抽样检查，主要做药皮含水量、熔敷金属机械性能试验。2对用于高强钢的焊条应有熔敷金属含氢量试验数据。192焊丝焊丝应符合GB130077标准要求。提示抽样复检，一般主要做外观检查，要求品质均一，表面光滑，没有不利于使用的缺陷。仅在发现疑点时，才做化学分析和熔敷金属机械性能试验。3焊剂碳素钢埋弧焊焊剂应符合GB529385标准，用于普通低合金钢焊接可采用上述标准HJ401H08A或HJ402H08A焊剂。提示1目前我国尚未颁布高强钢埋弧焊焊剂标准2焊剂抽样复检主要做粒度分析，对于过度受潮的焊剂应做化学成分分析,以防变质。123消除焊接残余应力试验提示按照SD14485规定，应进行焊后消除应力热处理时，应作消除焊接残余应力处理试验，以选定处理方法和参数，并研究省略处理的条件。124水压试验提示必要时安排见第9章。13工程量计算与材料订货131工程量计算项目提示地下压力钢管工程量计算，包括钢板、开挖、回填混凝土、回填灌浆、接缝灌浆、固结灌浆等项，并以表格形式列入总图。当建设单位提出要求时，还应计算焊材和涂料需要量，以便提前订货。表5主要工程量表项目材料种类规格单位数量注钢板厚度范围T进人孔尺寸个钢板或锻造灌浆孔尺寸个洞挖石方M3混凝土标号M3是否加膨胀剂回填灌浆M2压力接缝灌浆M2压力固结灌浆数量、孔深M压力20内壁涂料漆类面积、厚度M2注表列数字为净量，但开挖和混凝土数量含容许超挖量。132材料的订货1321钢板订货数量，应计及损耗及焊接试验、焊工练习、焊工考试、生产性试验、引弧熄弧板等用量。焊材订货数量，除考虑上述项目外，还应考虑焊接夹具及附件用量和气刨清根消耗量，以及返修用量。提示1钢板的订货数量，在无精确计算时，可按净重量的110计算。2主体结构焊缝用手工焊条毛重可按熔敷金属重量的15倍估算；埋弧焊焊丝按熔敷金属量的11倍计，焊剂为焊丝重量的120130。对于大型压力钢管，可按下列平均指标估算焊材订货量焊条每吨钢材11KG；焊丝每吨钢材7KG；焊剂每吨钢材9KG。1322涂料一般仅需提出涂装面积量，必要时提供订货量。提示涂料订货量可按下列理论涂层用量加裕量与设备及技术有关考虑涂料名称干膜厚度，M理论用量，KG/M2焦油环氧树脂400145车间底漆150214应提供的设计成果141计算书1轴线尺寸及控制点座标计算书；2异形管体形计算书；3结构分析计算书；4进人孔体形及结构计算书；5工程量计算书；6订货数量表。142施工技术要求1隧洞开挖及一期支护技术要求；2钢管制造及安装技术要求；3混凝土回填技术要求；214灌浆回填、接缝、固结技术要求；5初期充水技术要求；6原型观测技术要求。143设计报告及招标书合同技术条款1技术设计总结；2技术设计报告；3工程发包招标书合同技术条款当受建设单位委托时；4货物采购技术要求或招标书技术条款后者受建设单位委托；5电站运行说明书中的有关条款。144图纸1引水系统总布置图；2压力钢管总图；3隧洞开挖图；4压力钢管管节配置图；5异形管体形图；6异形管展开图；7进人孔总图及零件加工图；8通气孔详图；9进厂段钢管包封图；10排水系统图；11原型观测仪器设备布置图；12其它。145专题研究报告视情况提出22附录A钢管承受内水压力应力计算方法之一A1内水压力引起的拉应力A1PDT21A21112FTTETEMTDSCSRGSGLN式中围岩对内水压的分担率；ES钢管的弹性模量，ES206KN/MM221106KGF/CM2；S钢管的线膨胀系数，S12105；T钢管的温度变化，T020；C混凝土的塑性变形系数，C0；EC混凝土的弹性模量，EC206KN/MM221105KGF/CM2；DR隧洞的开挖直径，CM；G围岩的塑性变形系数一般可取为05；EG围岩的弹性模量，N/MM2KGF/CM2；MG围岩的泊松比1/，一般取MG5。提示当考虑施工缝隙时，可按等代温降值计入T。A2设置加劲环使管体变位受约束而引起的局部弯曲应力A31821THAPDTR式中AR环的断面积。THRMTCR,562A3温度应力T2ETA4式中T2温度应力，N/MM2KGF/CM2；图A4加劲环断面钢的线膨胀系数，12105/；E钢的弹性模量，E206KN/MM221106KGF/CM2；T温度变化，。A4泊松效应引起的应力23由于管轴向变位受约束而产生与环向应力有关的，由泊松效应引起的轴向应力。A5TR3式中T3泊松效应引起的应力，N/MM2KGF/CM2；钢的泊松比，03；R圆周方向应力，。RPDT124附录B钢管抗外压稳定分析方法之一针对光面管与设有加劲环的管，应采用不同的分析方法B1光面管临界外压采用SD14485附录二推荐的阿姆斯图兹公式计算或由曲线查取。提示缝隙值大多采用04103R。B2设有加劲环的管B21环间管壁临界外压采用铁摩辛柯STIMOSHENKO公式计算B1（121121202200220SRPETNLRTRNNLRKSS式中PK临界外压力，MPAKGF/CM2；N相应于最小临界压力的波数；管的外半径，MMCM；R0L加劲环间距，计算时应采用修正间距代替实用间距L，MMCM。L修正间距L按长岛，神月公式计算B2RTRTLTIMMSCOSC31560TTRSTMB4TTRTRTRTSTLLRSTRMRMSM2156302156202027510SINHICOSB5205SMRTB6SH025B7ITHTSR123式中L加劲环的修正间距，MMCM；IS加劲环断面惯性距，MM4CM4。图B1加劲环断面B22加劲环一般应用阿姆斯图兹EAMSTUTZ公式计算。B8（KRNERIREFNEREFNEMSMSMSMS021516814式中K0管壁与混凝土的间隙，MMCM；N产生变形部分的管壁环向正应力，N/MM2KG/MM2；F材料的屈服点，N/MM2KG/CM2；I加劲环组合断面的回转半径，MMCM；E加劲环组合断面重心至管内壁的距离，MMCM。当采用灌浆等措施时K00，施加于加劲环上的初始压应力为V，可用代替VSE公式第一项中的。RM0从上式求出N后，可用下式求得极限应力CRB9CRNFNSREE1320此时，若令加劲环的平均压应力为C，则B10CRMTTSP015626图B2具有加劲环的埋管上式中，P为加上作用于加劲环两侧，由管体传来的剪力以后P的修正值，可用下式计算TRTRTRMRM156156B11231215602020207510TRTSRTLLRSTRMSMSINHSICO此时，抗外压稳定的安全系数SF用下式表示B12FCR提示加劲环间距宜选在60240倍壁厚度之间，大于约240倍壁厚度时，对于抵抗屈曲帮助甚小，而间距在60100倍壁厚度之间，导致钢管失稳的可能是屈服强度而不是屈曲，更小的加劲环间距是不必要的。27附录C常用钢管渐缩弯管几何参数计算公式钢管渐缩弯管一般多采用以下图形图C1渐缩弯管的作图计算公式交角R曲率半径DXRR12TANSICON管节数的2倍D1大管的内径TANSIC2DN小管的内径ZR11SICOSINTANR12NNIS2RD1R2YRXICOX自PC线至任意点的分割数XXTASI28附录D螺栓紧固式圆形人孔结构计算D1盖板厚度D1TAP124式中A计算半径；锈蚀裕度。D2开孔部位补强图D1圆形孔补强图D2补强后应力集中系数计算方法1由图D2查取应力集中系数C图中D2AT1D3B21D4KT1式中符号同图D1。2求最大应力D5MAXCA729式中管壁环向应力D6PDT21上述应力集中具有非常局部的性质，为此，将容许应力值提高70，但选定补强断面时，宜使A2/A11。3法兰设计参照GB15089进行。30附录E抽水蓄能电站最大设计水头取值实例设计水头的计算与静水头的相对比率发电所GD2静水头M水击压M余裕值M设计水头M水击压余裕值水击压余裕值沼原75005630969401700017271243新丰根165002800646194364023169300奥清津720055501360290720024552297下乡700047807236976200151146297十三陵初设264053701026504690019194285附录F日本几座电站压力钢管围岩分担率实况发电所名木曾喜撰山新丰照奥多多良木奥吉野新高濑奥矢作第2本川玉原下乡出力，MW116466112512121206128078060012001000有效落差，M2259220203383450523040465670518387使用水量，M3/S发60发248扬220发645扬600发376扬2852发288扬2292发644发234发140扬110发276扬210发314扬252压力钢管条数，条1254643244最大设计水头,M306350364630840380620815827620内径，M4032594534765046381、2号63493452553432718805653365625532604935215542292157442923全长，M2493342131366413786733648508921391667193围岩类别B级CH级BCH级部分CM级CH级BCH级部分CM级BCM级BCM级BCH级BCM级设计内压负担长,M7846110几乎全长45724442782209200667设计内压负担率,40263403548223158672447142222412045实测内压负担率,6975626881895788507061675369435133622556设计岩盘弹性系数N/MM2290020007400049000390059001400590025002900490029005900设计岩盘弹性系数KGF/CM2300002000075000300005000030000400006000014000600002500030000500003000060000管体材质HW45SM50BSM58QSM58QSM50BSM58QSM50BSM58QHT80SM50BSM58QSM50BSM58QHT80SM41BSM58QHT80SM50BSM58QHT80SM58Q竣工年1968年1970年1972年1975年1980年1981年1981年1982年1986年1988年附录G排水方法及其实例表G1排水方法及其实例表方法略图优点缺点实用例平行廊道1在全长上确有效果2钢管不用加工1岩体强度减弱2费用昂贵3难以灌浆BREVIRES电站法国GERIOS电站澳大利亚水平廊道1可利用施工洞,经济性好2易于施工3钢管不用加工局部生效，外压力分布难以判定GONDO电站法国隧射道状内钻辐孔1易于施工2比较经济3钢管不用加工1是否永久有效尚存疑问2难以灌浆御母衣第2电站间接排水法廊道内钻孔1与只有廊道相比可望更有效2经济性也较好3管道外可以灌浆1是否永久有效尚有疑问2要钻长孔WARSAK巴基斯坦长野沼原从和管排壁水钻管孔相连1动作可靠2外压力减小很多3可以灌浆1钢管上要钻孔2施工较麻烦3难以保养维修4管内壁有排水管时，水头损失增加WARSAKTAUMSAUK美国鱼梁濑喜撰山直接排水法集接水排箱水连管1能达到期望效果2钢管加工量很小3施工容易可以灌浆1存在细部设计是否有误和动作方面的疑问2难以维修养护池原七色新丰根图G1集水箱式直接排水法示例图G2岩壁排水示例沼原电站附录H关于施工工艺H1加工工艺H11调质高强钢的加工特性11调质钢管壳原则上不允许采用热加工成型。当必须采用热加工成型时如冲压闷头，成型后应再做调质处理；冷卷成型的管壳严禁用火焰校正弧度。提示调质钢含有多种改善钢材性能的合金成份，又经过淬火高温回火处理，形成回火马氏体组织，因而，它既有高的强度又有良好的韧性。热加工成型将恶化其原有性能。2冷加工调质高强钢，应尽可能控制其表面延伸率在1以内，最大不超过15。提示调质高强钢的应力应变曲线上无明显的屈服点一般多取永久塑性形变为02时的应力作为屈服点，称为屈服强度，以02表示，且屈强比02/B很高。为了控制冷作硬化的影响，必须对加工延伸率给予限制。3冷加工成型需循序渐进，每次变形量不可过大，逐步到位。提示1高的加载速率会使材料出现脆断的危险增加。2高强钢的弯卷回弹性较强，需多次试压卷成型，增加了加工难度和费用。4在高强钢板上，严禁用锯、凿子或钢印作标记，也不得在卷板外侧表面打冲眼。提示随着钢材强度的提高，其应力集中敏感系数加大，相应的缺口敏感性系数增长更为显著。H12制造精度管节的制造精度，必须满足DL501793有关条款要求。提示钢板两端头的成形，对焊接后的钢管圆正度和应力状态有很大影响，所以应仔细而正确的进行。对于坡口的加工精度，也应严格控制，因为它直接影响焊接质量。H13安装要求钢管的安装偏差，应按DL501793规定，严加控制。任何情况下都不得把管段强行连接在一起。提示为了提前安排土建施工并确保钢管，安全、准确就位，设计人员宜及早与承包单位磋商洞内运输方案。1高强钢并无严格定义，此处专指轧制后经过调质处理的强度在600MPA级以上的钢种。H2焊接工艺和焊缝检验对于焊接接头，不仅要求通过外观和无损探伤检验合格，更需要其机械性能符合设计要求，特别是低温冲击韧性，尤为重要，为此，要制定“焊接工艺规程”作为指导焊接生产的依据。H21焊接工艺评定焊接工艺评定应遵照DL501793标准的要求进行。提示1当拟采用新技术、新材料时，宜在设计大纲中适当列入有关施工工艺的内容，以便合理选择结构型式，明确技术要点。2从我国当前施工技术条件出发,压力管道焊接,主要还是以采用埋弧焊和手工焊两种方法为好。3使用的焊接材料应与钢板相匹配，但对于800MPA级管壳上的T型接头如推力环、吊耳，为防止层状撕裂，无妨采用低一级强度的焊材，同样理由，此接头宜采用带坡口的两侧对称非熔透焊。4焊接高强钢应采用低氢型焊条，还宜使用交流电源，以使焊接获得较优的低温冲击韧性。H211预热和后热提示预热、层间和后热的温度取决于材质、板厚、焊接方法、作业环境以及焊接线能量，它是影响焊接接头性能的重要因素，对于高强钢尤其重要，设计者也应关注。1预热是减少焊缝金属和母材发生裂纹的有效措施，它使接头附近的温度梯度平缓、减少收缩应力，也降低了冷却速度，同时，加速焊接区中氢的扩散和逸出。但是，预热温度和层间温度不宜过高，否则，不仅会加重焊工的负担，而且会造成有害影响。对于800MPA级钢材，其层间温度不得高于230。2后热的主要目的是排除焊接区的氢等有害气体，一般主要是针对高强钢现场洞内焊接进行，参数为1502H。H212线能量提示线能量是支配焊接