引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管设计

1、引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管设计第44卷第6期2008年11月 甘肃水利水电技术G 删 WaterCanservmaeymidHydropowerTechnologyV01.44.NO.6 Nov.,2008 ?设计与研究？ 引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管设计 徐汇（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州730000）摘要:引大入泰工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管管径.65m,设计最大工作水头107.12/11总重量约I535t,属高水头大管径倒虹吸压力钢管，现钢管安全运行已近15a.主要介绍了钢管壁厚选 择，支承方式,管道伸缩节以及人行桥和进人孔，放空管的设计情况，对焊缝和防

2、腐涂装进行了重点要求.为今后进 一步优化倒虹吸压力钢管设计，高 质量地完成工程建设任务积累了经验.关键词:引大入秦工程；先明峡倒虹吸；压力钢管;设计 中图分类号：文献标识码:B1工程概况 引大人秦灌溉工程是甘肃省中部地区一项大型跨流域 调水工程,设计引水流量32m,加大流量36m.灌溉面 积86万亩.引大入秦灌溉工程总干渠从甘肃省天祝县天堂 寺引大通河水，全长86.810km,设隧洞33座;渡槽9座;倒 虹吸（先明峡倒虹吸和水磨沟倒虹吸）2座;此外尚有明渠和 暗渠近10.000km及分水，泄水建筑物6l座.干渠工程 3条:东一干渠全长49.970km,设计流量14m3/s;东二 干渠全长54.

3、312km,设计流量18ma/s东二干电干渠 全长18.670km,设计流量3.51mVs.总干渠先明峡倒虹吸位于兰州市西北212km,距永登县98km,距渠首引水枢纽约26km,起止桩号26+567.45 27+055承环,两镇墩间管道设单向管道伸缩节及进人孔，伸缩节均设 在支承跨度小于10m间距的零数内;在水平管段二根钢管 之间设有人行桥，水平管段底部设有放空管.倒虹吸压力钢管管道布置如图1所示图1先明峡倒虹吸压力钢管管线布置图/m单向伸缩节;进人孔;放空管2倒虹吸压力钢管设计 倒虹吸压力钢管设计主要包括钢管，支承环,伸缩节，人 行桥,进人孔，放空管几个部分.2.1钢管材料 钢管材料由引大

4、入秦工程建设指挥部提供，为德国进121 全镇静钢钢板.按照德国工业标准DIN17100/1980，属上等质 收稿日期:20081028 作者简介:徐汇(1957 一)，男，上海人,工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计 ?383?2008年第6期甘肃水利水电技术第44卷 量.辐射灵敏度试验按照德国工业标准DIN1543,轧机试验按照德国工业标准DIN50049/3.1.B,该标准略高于国内的 A3 钢.2.2钢管设计 先明峡倒虹吸压力钢管管径大，水头高，用钢量大，因此 管壁厚度的确定不仅要考虑其安全可靠，还要考虑节约工程 造价.在设计计算管壁厚度时，初步计算管壁厚度的公式： 8=0.1 n,

5、o /Zo-ch(1) 由于先明峡倒虹吸压力钢管较长，管轴线转折点较多， 将式(1)改写为：HJ=2o-&l t;do.1D6=K8 (2)设计水头HJ与计算断面处A点的距离的关系式为：HJ= IV s+(Hx Hs)xlL, -f(HJ Hs)l(Hx-Hs)L(3) 将式(2)代入式(3)得式(4):(K8 一 Hs)l(Hx Hs)L这样可以得到不同钢板厚度在轴线长度方向上的可适 用长度和范围.根据上述公式计算出的管壁厚度经第三强度理论验算，管壁应力满足允许应力，但每节加工,运输管段的自稳能力 较差，且钢板经数十年的含沙水流磨蚀和锈蚀，钢管的耐压 强度会大大降低.故设计时按照规范规定管壁

6、厚度增加了 2lllm锈蚀裕度和2mm磨蚀裕度，并满足每节加工，运输管 段的自稳能力.根据规范规定，明管以外径为基准设计，因 此所有不同管壁厚度的钢管均以公称直径2.65m加2倍的22mm管壁厚度确定明管外径(表2).表2先明峡倒虹吸压力钢管特性2.3管道支承方式 管道支承方式选用了支承环形式，每10m设一个支承 环，滑动支座.支承环为箱形断面，下部钢制滑块，不锈钢滑动表面;支座为橡胶支座，中间夹有3层薄钢板以增加其承 载力橡胶支座的滑动表面贴有1层2mm厚的聚四氟乙烯 板,摩擦系数较低每个支墩与支承环滑动支座问有 1000mmxl000mm400mm的200”二期混凝土，埋件设有侧向限制装置

7、以限制 管道的横向位移管道支承环装置见图2.7要 氯1 51.自 Ioofl5007一.2840:i 一图2管道支承环装置2.4管道伸缩节设计管道伸缩节设置在两镇墩间管道上方靠近镇墩处，均为 单向伸缩节，水平管段由于管道较长，在管道两端均设单向 伸缩节.每个伸缩节段长度为2m,均由插管,外套管，压环， 橡胶密封圈及法兰螺栓组成；伸缩节内设置5道p40mm 橡胶密封圈，由32个M48的法兰螺栓来紧固压环压紧密封 圈.内套管在其滑动范围内设计了新材料，即特殊轧制的不 锈钢复合钢板滑动表面.为统一 /1/Int qI5:005x40=20010oN图3伸缩节装置44卷第6期徐汇:引大入秦工程总干渠先

8、明峡倒虹吸压力钢管设计第 伸缩节的伸缩余量按照该地区的最高温度约4occ最低温度约一 2OC,温差为6OC设计;钢材的线性膨胀系数为10.6/10-12.2/10最长管段按100m计.伸缩节实 际的设计可伸缩余量达200mm,管段合龙时，按照温度上 限对应的最小间隙20Into为基准，合龙时的即时温度较温 度上限每降低1C,间隙增加1.2mm绘制合龙温度与伸缩 节间隙关系曲线，以便保证伸缩节的合理安装.2.5人行桥，进人孔,放空管及其它(1)人行桥.在水平管段2根钢管之间设有人行桥，以 便于检修及巡视检查.人行桥现场制安，桥面采用4mm厚 的扁豆形花纹钢板，纵梁为80mm角钢;横梁为100mm

9、槽 钢，每2m跨度一根横梁，每到支承环处将一端与支承环焊 接，另一端悬空，下端与支承环焊接80mm角钢撑杆支撑， 其余横梁均采用两端焊圆弧板与钢管搭接.这样一来,当一 根钢管停水而另一根钢管通水时，人行桥不受温度变化的影 响，且现场焊接时也不会烧伤钢管内，外壁的防腐漆膜.花纹 钢板在伸缩节处采用搭接形式，可与伸缩节共伸缩人行桥 工程量6.9t.进人孔进人孔是为了检查和检修管道内部而设， 斜管的进人孔设置在管段下部镇墩的上方，进人孔开口向 上，从镇墩进入；水平管段的进人孔设置在管段两端，开口向 内45.以便从人行桥进入；进人孔内径q500aim,由20个 M30的法兰螺栓压紧进人孔盖.(3) 放

10、空管.放空管是为冬季压力管道不运行时，放空 压力管道或检修管道而设放空管设置在水平管段的下游 侧，管口向下，内径p250mm,管壁厚度10mnl,通过弯管接p250mr手动闸阀；闸阀公称压力16kg布置在闸阀井内.放空管工程量5.554t.(4) 锚固环.在每个镇墩弯管和压力管道进出口直管上 均焊有厚度20mm,内径p2700mm卜径P2940ml的 锚固环，以便与镇墩牢固结合，防止打滑.2镇墩弯管由于上 拱，在锚固环上焊有p32mn拉筋向下拉住弯管.(5) 凑合节.考虑到每个管段的压力管道合龙时管道长度会因温度变化而与设计管长不一致，因此,在支承跨度小 于10m间距的零数内，即布置有伸缩节的

11、这一加工管节上 较管段设计管长增加200mm管长，作为凑合节,在管道合 龙时的即时长度确定后，割除多余部分.人行桥，进人孑L,放空管布置见图4.fUI XIWI/,II1nI莹l旷,盯,L 一ll1JJfJI 放空管 /Lrl,o.:臌芏甘.图4压力钢管管桥剖视图3焊缝要求先明峡倒虹吸压力钢管的纵向焊缝为一类焊缝，环向焊缝为二类焊缝.要求一类焊缝超声波探伤长度占焊缝全长的 50%,射线透照的检查长度占焊缝全长的 20%;要求二类焊 缝超声波探伤长度占焊缝全长的20%,射线透照的检查长度 占焊缝全长的10%.管壁厚度为14mm,16mm的钢管开单 面焊接坡口，管壁厚度为18mm,20film,2

12、2mm的钢管开 双面焊接坡口.4防腐要求由于引大入秦工程的规模及先明峡倒虹吸压力钢管在 工程中的重要性，倒虹吸压力钢管采用了较高的防腐标准， 无论从钢板的除锈，还是涂料的型号,涂装的要求以及涂层 的厚度，均采用与船舶及石油钻井平台等相同的抵御高锈 蚀，强冲刷的防腐要求4.1钢板的表面除锈钢板涂装前，进行喷砂或抛丸表面除锈，达到表面发白， 即达到涂装前钢材表面处理规范(SYJ4007 86)中规定的 Sa2.5级标准.钢板的材质不允许有裂纹，夹层，非金属性杂质及气孔钢 板表面的凹孔面积>0.5cm或深度至2mm时必须进行补焊 4.2钢板的表面涂装钢管的涂敷采用了厚浆型重防腐涂层，实干后涂层

13、最大 厚度要求达400450lz.m,涂层要求及涂料型号如表 3所列. 钢管涂敷在每节加工，运输管段的两端留出100mm以 便安装焊接，除锈后用胶带粘贴5水压试验先明峡倒虹吸压力钢管水压试验专门撰写了引大工程先明峡倒虹吸压力钢管水压试验技术要求，(下转第415页) ?385?第6期胡西萍：低水头大流量水电站机组机型选择第 44卷表1水轮机主要参数(续)目前,柴家峡水电站安装已近尾声，首台机组已运行发电.通过柴家峡水电站的机组机型和机组台数的选择设计，为低水头大流量水电站的设计工作积累了宝贵的经验(上接第408页)16C，入仓温度1OC,即可满足温控要求. 4结语(1) 根据铁城水电站属于中小型工程的特点，一方面经过结构计算和试验研究，确保工程符合安全要求的前提下力 求简化结构，方便施工,达到节约投资和工期，增加发电效益 的目的.另一方面大坝是该电站的关键，经过分析，安排了冬 季施工，提前发电产生效益(2) 生产混凝土骨料的原材料属中硬岩，中小石和砂子中含有大量的石粉维修费10.6万兀，经济效益和社会效益显着，并使泵站步人了良 性运行.(5) 前池纵向导流及横向控制设计通过实践运行，设计 合理,大大改善了池内流态，淤积现象明显降低.(6) 进