水电站压力管道解读二

第八章水电站压力管道作用：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。特点：坡度陡、内水压力大，承受动水压力，且靠近厂房，失事后果严重，所以必须安全可靠。第一节压力管道的类型按布置方式分按材料分明管：暴露在空气中(无压引水式电站)钢管(大中型水电站)钢筋混凝土管(小型电站)地下埋管（隧洞埋管):埋入岩体。(有压引水电站)不衬砌、锚喷或混凝土衬砌、钢衬混凝土衬砌，聚酯材料管、木管等混凝土坝身埋管：依附于坝身(混凝土重力坝及重力拱坝)，包括：坝内管道、坝上游面管、坝下游面管

钢筋混凝土结构、钢衬钢筋混凝土结构第一节压力管道的类型钢管管节钢筋混凝土管第一节压力管道的类型聚酯材料管木管第二节压力管道的布置和供水方式一、压力管道的布置压力管道线路选择应结合其它建筑物(前池、调压室)和水电站厂房布置统一考虑。路线尽可能短、直。(经济，hf和ΔH小)。地质条件好。山体稳定、地下水位低、避开山崩、雪崩地区。尽量减小起伏,避免出现负压;转弯半径R≯3D。避开可能发生山崩或滑坡的地区以及山水集中的地区，可沿山脊布置。明钢管首部设事故闸门，并考虑事故排水等二、压力管道引进厂房的方式正向引近：低水头电站。水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全。纵向引近：高、中水头电站。避免水流直冲厂房。斜向引近：分组供水和联合供水。二、压力管道引进厂房的方式(a)、(b)正向引进(c)、(d)纵向引进(e)斜向引进

压力水管引进厂房的方式三、供水方式1．单元供水：一管一机。不设下阀门。优点：结构简单(无岔管)、工作可靠、灵活性好，易于制作，无岔管缺点：造价高适用：(1)单机流量大、长度短的地下埋管或明管；(2)混凝土坝内管道和明管道三、供水方式2．联合供水：一根主管，向多台机组供水。设下阀门。优点：造价低缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差适用：机组少、单机流量小、引水道长的地下埋管和明管3.分组供水：设多根主管，每根主管向数台机组供水。设下阀门。适用：压力水管较长，机组台数多，单机流量较小的情况。地下埋管和明管.三、供水方式单元供水联联合供水水分分组供水第三节水力力计算和经济直直径的确定一、水力计算恒定流计算：确确定管道的水头头损失，包括沿沿程和局部两部部分。沿程损失：处于于紊流，可按曼曼宁公式计算局部损失：进口口、门槽、渐变变段、弯段、分分岔等部位，按按水力学公式计计算。hw→电能→装机容量量→管径选择非恒定流计算：：水锤计算(N变→Q变→H变)，确定管道中各各点的动水压力力和变化过程。。水击压强→确定定压力管道荷载载和管线(最高压力线和最最低压力线)二、压力管道直直径的选择动能经济比较法法：基本原理与与渠道相同(要考虑流速、水水击压力的影响响)，拟定几个直径径，进行动能经经济计算，比较较确定最优经济济直径。经验公式法：简简化条件推导公公式。精度较低低，初步设计时时采用Qmax——压力管道设计流流量，H—设计水头经济流速法：压压力管道的经济济流速一般为4~6m/s，最大不超过7m/s，Ae=Qmax/Ve第四节钢管管的材料和管身身构造一、钢管的材料料管道的受力构件件有管壁、加劲劲环、支承环、、支座滚轮、支支承板等常用的钢材：经经过镇静熔炼的的热轧平炉低碳碳钢或低合金钢钢，如：A3、16Mn，或经过正火的15MnV、15MnTi。滚轮可采用A3、A4、A5、16Mn或35、45等优质钢材。二、钢材性能的的要求(一)压力管道的工作作特点与制作程程序工作特点：内水水压力大，并经经常承受冲击荷荷载的作用；低低温状态下工作作(水温在4℃左右)对钢材的工作条条件不利。制作过程：板裁：冷卷、辊辊压成形；现场焊接(自动焊、手焊)；检查焊缝(γ射线、超声波)二、钢材性能的的要求(二)钢材性能要求1、机械性能屈服强度σs、抗拉强度σb；塑性指标：断裂裂时的延伸率ε、断面收缩率ψ；冲击韧性ak。要求强度高、塑塑性好(冲击、低温、加加工)可焊性能好。A3钢机械性能适用用于压力管道，，但容许应力低低。当HD>600m2，δ=32mm～40mm，不易加工。当HD较高时采用16Mn，其强度高，但塑塑性差：强度越高，塑性性越差。若采用用高强钢，要有有充分的论证。。一般A3、16Mn不需论证，可直直接采用。二、钢材性能的的要求2、加工性能辊轧、冷弯、焊焊接、切割，要要求焊接性能好好，冷加工的塑塑性变形小，加加工后无残余应应力，焊缝和热热影响区不产生生裂纹。3、化学成份影响钢材的强度度、ε、焊接性能，含碳碳不要过高(脆)，含硫量和含硅硅量也不能高。。三、容许应力钢材的容许应力力一般用屈服强强度除以安全系系数得到，即[σ]=σs/K不同的荷载、不不同的部位采用用不同的容许应应力，见表8-2。四、管身构造1、无缝钢管：无纵缝，横缝缝用焊接、法兰兰连接成整体，，强度高，造价价高，施工困难难。国内：D≤60cm；国外：D≤120cm。适用高水头小流流量电站。2、焊接管：钢板按要求的的曲率辊成弧形形，焊接成管段段。适用于各种种直径、水头，，造成价低。(1)纵缝：焊缝交错错排列，避开两两个中心轴(2)相邻管壁厚度差差≯2mm，内部光滑，外部部成台阶状。四、管身构造四、管身构造3、箍管：钢管外外加钢箍。钢管最小厚度：：δmin≮(D/800+4)mm，或6mm防腐、防锈措施施：涂料、喷镀、化化学保护。加防防锈厚度2mm。第五节明钢钢管的敷设方式式、镇墩、支支墩和附属设备备一、敷设方式明钢管一般敷设设在一系列支墩墩上，离地面不不小于60cm转弯处设镇墩，，将水管完全固固定，相当于梁梁的固定端。水管受力明确，，在自重和水重重作用下，相当当于一个多跨连连续梁.一、敷设方式连续式布置：管身在两镇墩间间连续，不设伸伸缩节。温度应应力大，一般较较少采用。分段式：两镇墩之间设置置伸缩节(在上镇墩的下游游侧)。

温度应力力小。二、支墩(support)功用：承受水重重和管重的法向向分力。相当于于连续梁的滚动动支承，允许水水管在轴向自由由移动(温度变化时)。布置：间距L=6~12m，D特别大时，L取3m。L小→M、Q小→支墩造价高高。类型：滑动式、滚动式、摆动式。(1)滑动式支墩鞍式(saddlesupport)：包角：90~120°°，结构简单，造造价低，摩擦力力大，支承部位位受力不均匀，，适用于D<1m。支承环式(sliddingringgirdersupport)：在支墩处管身四四周加刚性支承承环。摩擦力小小，支承部位受受力较均匀，D<2m(2)滚动式(rollingringgirdersupport)在支承环与墩座座之间加圆柱形形辊轴，摩擦系系数f小，适用于D>2m。(3)摆动式(rockingringgirdersupport)在支承环与墩座座之间设一摆动动短柱。摩擦系系数f很小，适用于大大直径管道。三、镇墩(anchorblock)功用：固定钢管管，承受因水管管改变方向而产产生的轴向不平平衡力。水管在在此处不产生任任何位移。布置：在水管转转弯处，直线段段不超过150m。类型：一般由混混凝土浇制，靠靠自重维持稳定定。封闭式：应用广广泛。结构简单单，节约钢村，，固定效果好。。开敞式：采用较较少。易于检修修，但受力不均均匀。三、镇墩(anchorblock)封闭式开开敞式式三、镇墩(anchorblock)4、设计荷载见见表8-3，P126。根据管管道的的满水水、放放空、、温升升、温温降等等情况况，找找出最最不利利的荷荷载组组合。。设计内内容包包括抗抗滑稳稳定、、地基基应力力校核核、细细部构构造设设计。。一般由由混凝凝土浇浇制，，靠自自重维维持稳稳定。。四、钢钢管上上的闸闸门、、阀门门和附附件1、闸门门及阀阀门压力管管道进进口设设快速速闸门门(事故门门)(在前池池、调调压室室、水水库等等位置置)。对于联联合供供水或或分组组供水水的管管道，，在水水轮机机进口口前应应设快快速阀阀门(事故阀)，其型型式有有蝴蝶蝶阀、、球阀阀。小小型水水电站站有时时用平平板阀阀。四、钢钢管上上的闸闸门、、阀门门和附附件(1)蝴蝶阀阀(ButterflyValve)优点：：启闭闭力小小，操操作方方便迅迅速，，体积积小,重量轻轻，造造价低低。缺点：：开启启状态态时，，阀体体对水水流有有扰动动，水水头损损失较较大；；关闭闭状态态止水水不严严。动水中中关闭闭，在在静水水中开开启四、钢钢管上上的闸闸门、、阀门门和附附件(2)球阀：：球形形外壳壳+可旋转转的圆圆筒形形阀体体+附件。。优点：：开启启状态态时没没有水水头损损失，，止水水严密密，能能承受受高压压。缺点：：结构构复杂杂，尺尺寸和和重量量大，，造价价高。。适用：：高水水头电电站。。世界上上最大大的球球阀四、钢钢管上上的闸闸门、、阀门门和附附件2、伸缩缩节(expansionjoint)功用：：消除除温度度应力力，且且适应应少量量的不不均匀匀沉陷陷位置：：常在在上镇镇墩的的下游游侧伸缩节节的型型式较较多，，常见见的几几种见见下页页图。。伸缩节节(a)套筒式式伸缩缩节(b)波纹密密封套套筒式式伸缩缩节(c)压盖式式限拉拉伸缩缩节(d)波纹管管伸缩缩节伸缩节节动画画四、钢钢管上上的闸闸门、、阀门门和附附件3、通通气阀阀作用：：当阀阀门紧紧急关关闭时时，向向管内内充气气，以以消除除管中中负压压；水水管充充水时时，排排出管管中空空气位置：：阀门门之后后4、进进人孔孔作用：：检修修钢管管；位位置：：钢管管上方方；直直径：：50cm左右,间距100m。5、旁通阀阀及排排水设设备旁通阀阀：设在水水轮机机进水水阀门门处；；作用用：阀阀门前前后平平压后后开启启，以以减小小启闭闭力。。排水管管：水管的的最低低点应应设置置；作作用：：在检检修水水管时时用于于排出出管中中的积积水和和渗漏漏水第六节节明明钢钢管的的管身身应力力分析析结构设设计状状况：：持久状状况、、短暂暂状况况、偶偶然状状况三种设设计状状况均均应进进行承承载能能力极极限状状态设设计。。持久状状况还还应进进行正正常使使用极极限状状态设设计，，短暂暂状况况可根根据需需要进进行正正常使使用极极限状状态设设计。。承载能能力极极限状状态：：指钢管管结构构或构构件，，或达达到最最大承承载能能力、、或丧丧失弹弹性稳稳定、、或出出现不不适合合于继继续承承载的的变形形。正常使使用极极限状状态：钢管管结构构或构构件达达到正正常使使用或或耐久久性能能的某某项规规定限限值。。第六节节明明钢钢管的的管身身应力力分析析结构设设计状状况分分为持久状状况、、短暂暂状况况和偶偶然状状况三种。。三种设设计状状况均均应进进行承载能能力极极限状状态设设计。持久状状况还还应进进行正正常使使用极极限状状态设设计；；短暂状状况可可根据据需要要进行行正常常使用用极限限状态态设计计；偶然状状况可可不进进行正正常使使用极极限状状态设设计。。承载能能力极极限状状态，是指指钢管管结构构或构构件，，或达达到最最大承承载能能力、、或丧丧失弹弹性稳稳定、、或出出现不不适合合于继继续承承载的的变形形；正常使使用极极限状状态，是钢钢管结结构或或构件件达到到正常常使用用或耐耐久性性能的的某项项规定定限值值。按照设设计规规范要要求，，明钢钢管要要求进进行承承载能能力极极限状状态验验算，，其内内容包包括：：主要结结构构构件的的承载能能力计计算，，管壁壁和加加劲环环的抗抗外压压稳定定计算算。如有必必要应应进行行镇墩墩和支支墩抗抗倾、、抗滑滑及抗抗浮验验算；；如有抗抗震要要求，，还应应进行行抗震震承载载能力力计算算一、荷荷载计计算及及其分分项系系数按荷载的作用方向向可以将其分为轴向力、径向力和和法向力。每种荷载都有其不不同的作用分载系系数，见表8-2。作用在明钢管上的的各种作用力计算算公式及作用方向向见表8-3，但风荷载、雪荷荷载、地震荷载等等需查阅《水工建筑物荷载设设计规范》。二、荷载组合钢管结构设计应根根据承载能力极限限状态的要求，对对不同设计状况下下可能同时出现的的作用，进行相应应的作用效应组合合，对明钢管要求求的组合见表8-4。表8-4明钢管按承载能力力极限状态设计的的作用效应组合与与计算情况第七节管身应力力分析和结构设计计钢管管壁厚度估算算锅炉公式初拟管壁壁厚度根据规范要求，焊焊缝系数φ一般取为0.9~0.95，允许应力取钢管管材料允许应力的的75%~85%。考虑钢管运行期期间的锈蚀、磨损损及钢板厚度误差差，δ实际=δ+2mm（锈蚀厚度）在实际工程中，考考虑到制造、运输输、安装等条件，，必须保持一定的的刚度，因而需要要限制管壁的最小小厚度δmin。δmin一般取为D/800+4(mm)，且不宜小于6mm一、管身应力分析析和结构设计1、四个基本断面一、管身应力分析析和结构设计一般情况下，最后后一跨的应力最大大。根据受力特点点常选四个断面进进行应力分析。跨中断面1－1:只有弯距作用，且且弯距最大,无局部应力——受力最简单；支承环旁管壁膜应应力区边缘，断面面2－2：弯距和剪力共同作作用，均按最大值值计算，无局部应应力——受力比较简单；加劲环及其旁管壁壁，断面3－3：由于加劲环的约束束，存在局部应力力；支承环及其旁管壁壁，断面4－4：应力最复杂，存在在弯距和剪力(支承反力)的作用，有局部应应力。(一)跨中段面(1)-(1)的管壁应力跨中段面属于膜应应力区，其特点是是弯矩最大，剪力力为零。1．径向应力管壁内表面:，“-”表示压应力。管壁外表面：(一)跨中段面(1)-(1)的管壁应力2．切向(环向)应力设压力水管中心处处的水头为H，而水管轴线与水平平面的夹角为α，则在管壁中任意一一点(该点半径与管顶半半径的夹角为θ)的水头为压力管道水压力分布及及管壁微圆弧的受受力平衡图推导出管壁中的切切向拉力T和切向应力(一)跨中段面(1)-(1)的管壁应力(一)跨中段面(1)-(1)的管壁应力3．轴向应力=法向力引起的轴向向弯曲应力+轴向作用力引起的的轴向应力法向力引起的弯矩矩和剪力(一)跨中段面(1)-(1)的管壁应力(1)法向力作用引起的的管壁轴向应力M——水重和管重重的法向分分力作用下下连续梁的的弯矩；W——连续梁(空心圆环)的断面模数数，(2)轴向力引起起的轴向应应力在轴向力的的合力∑A作用下，管管壁中产生生的轴向应应力为，管管壁的断面面积为F，则(二)(2)-(2)断面的管壁壁应力(2)-(2)断面虽然靠靠近支承环环，但在支支承环的影影响范围之之外，即不不考虑支承承环对管壁壁的约束作作用。为了了安全起见见，认为该该断面的弯弯矩和剪力力与支承环环断面相等等。跨中断面和和支承环断断面的管道道弯矩大小小相等，方方向相反，，支承环处处存在剪力力V。所以在垂直直于管道轴轴线的横断断面上剪应应力的计算算公式为(二)(2)-(2)断面的管壁壁应力式中V——管重和水重重的法向分分力作用下下连续梁的的剪力；SR——计算点以上上管壁环形形截面积对对重心轴的的静矩，；b——受剪截面宽宽度，；；J——截面惯性矩矩，。。当θ=0°(管道顶部)和θ=180°°(管道底部)时，=0；当θ=90°(管道侧面中中点)时，达到最最大值断面(2)-(2)的其他正应应力σr、σθ和σx均与断面(1)-(1)相等，但符符号不尽相相同2-2断面图形(三)加劲环及其其旁管壁，，断面(3)-(3)的管壁应力力(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力支承环由于于承担管重重和水重法法向力Q而在支墩处处引起的支支承反力R，从而在支承承环内产生生附加应力力。1．支承环的的支承方式式侧支承和下下支承两种种形式。图中点划线线为支承环环有效截面面重心轴，，它与圆心心距离为半半径R，支墩支承点点至支承环环截面有效效重心轴距距离为b，支承反力为为。。当采用侧支支承时，设设支承反力力离支承环环重心轴距距离为b。根据分析，，在设计时时取b=0.04R，可使环上最最大正弯矩矩与最大负负弯矩接近近相等，则则钢材性能能得到最充充分的发挥挥。(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力支承环支承承方式(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力2．支承环所承承受的荷载载(1)管重和水重重法向分力力产生的剪剪力；管重和水重重在支承环环两侧管壁壁上产生的的剪应力均均为，，因此沿管壁壁圆周单位位长度上作作用在支承承环上的剪剪力为(2)支墩两侧的的反力0.5Q，钢管一般都都是倾斜布布置，支承承反力为；；(3)支承环自重重，但相对对较小，可可以不计。。(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力3．支承环内内力计算支承环的内内力计算常常采用结构构力学中的的弹性中心心方法进行行。因为钢钢管断面是是一个对称称圆环，是是一个三次次超静定结结构，可用用弹性中心心法计算支支承环上各各点的内力力。要进行支承承环截面的的内力计算算，实际上上是要计算算一个封闭闭圆环各断断面上的弯弯矩MR、剪力TR和轴力NR。(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力支承环计算算简图b=0.04R时支承环内内力图图中弯矩画画在受拉一一边，正的的MR表示支承环环外侧受拉拉，正的NR表示拉力，，正的TR方向如↓↑↑。(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力计算出支承承反力产生生的弯矩MR、轴力NR和剪力TR后，它们所所产生的应应力分别为为ZR——计算点与重重心轴的距距离；JR——支承环有效效截面对重重心轴的惯惯性矩；WR——支承环有效效截面对重重心轴的面面积矩；SR——支承环有效效截面上，，计算点以以外部分对对重心轴的的静矩；a——支承环腹板板厚度；F——支承环有效效截面积，，包括管壁壁等效翼缘缘(四)支承环及其其旁管壁，，断面(4)－(4)的管壁应力力断面(4)-(4)各应力的方方向和分布布二、管身应应力分析强度校核钢管为三维维受力状态态，计算出出各个应力力分量后，，应按强度度理论进行行校核。如如果不满足足强度要求求，则重新新调整管壁壁厚度和支支墩间距，，再重新计计算，直到到满足强度度条件。目前多采用用第四强度度理论目前电力行行业规范采采用极限强强度理论验验算钢管的的强度，各各项荷载给给出分项系系数，验算算承载能力力极限状态态二、管身应应力分析外压稳定校校核1.明钢管外压压失稳的原原因及失稳稳现象机组运行过过程中由于于负荷变化化产生负水水击，而使使管道内产产生负压；；管道放空时时通气孔失失灵，而在在管道内产产生真空。。管道内部产产生真空或或负压时，，管壁在外外部的大气气压力下可可能丧失稳稳定，管壁壁被压瘪。。外压稳定校校核2.光滑管段的的稳定性当外压力P增加到临界界压力Pcr时，钢管管管壁就丧失失稳定。临界压力Pcr为为了安全起起见，引入入安全系数数K，要求：Pcr≥KP。取K=2.0，P=0.1MPa，钢材的弹性性模量E=2×105MPa,略去μ2，则得到光滑滑钢管段不不失稳的条条件为外压稳定校校核3、加劲钢管管的外压稳稳定如按上述要要求，管径径太大时管管壁太厚无无法加工，，因此可采采用在管壁壁上增加加加劲环以提提高管壁刚刚度的措施施。(1)加劲环之间间的管壁外外压稳定性性也可以用查查图表的方方法求临界界压力。外压稳定校校核(2)加劲环断面面的外压稳稳定两个要求加劲环断面面本身不失失稳加劲环断面面的压应力力小于材料料的允许值值。按光滑管的的公式计算算，但是等等式右边应应该除以加加劲环的间间距L，其他参数用用加劲环有有效断面计计算。三、镇墩和和支墩结构构设计(一)镇墩结构分分析镇墩承受明明管传递来来的轴向力力、剪力、、弯矩等荷荷载，其中中轴向力为为主要外荷荷载。镇墩必须以以其自重来来平衡外荷荷载，以满满足抗滑动动和抗倾覆覆稳定和地地基承载能能力等要求求。1、作用力分分析求出作用于于明钢管而而传到镇墩墩上的各种种力，并按按照温升情情况下钢管管充水运行行、钢管放放空和温降降情况下钢钢管充水运运行、钢管管放空等进进行最不利利的组合。。三、镇墩和和支墩结构构设计2、求轴向力力分量设x轴水平顺水水方向为正正。y轴垂直向下下为正，水水管轴轴线交点为为坐标原点点。求出轴向力力总和在x和y轴下的分力力：三、镇墩和和支墩结构构设计3、拟定镇墩墩尺寸镇墩的尺寸寸应能够将将钢管的转转弯段完全全包住。镇镇墩上游面面为使钢管管受力均匀匀而垂直管管轴，管道道的外包混混凝士厚度度不宜小于于管径的0.4~0.8倍。为维护护、检修方方便，管道道底距地面面不宜小于于0.6m。在土基上的的镇墩，底底面常做成成水平。镇墩地基应应坚实、稳稳定、可靠靠。在严寒寒地区，镇镇墩埋深应应在冰冻线线以下1m，对岩基不少少于0.5m。地震区应将将镇墩较深深地埋入地地基中并适适当加大基基础面，同同时减小镇镇墩间距。。根据结构上上的要求拟拟定出尺寸寸后，求出出镇墩的重重心位置及及其重量G。三、镇墩和和支墩结构构设计4、求合力作作用点及偏偏心距利用图解法法或数解法法求G及∑A的合力作用用点位置及及偏心距e。应保证e在镇墩底宽宽的二分点点以内。5、抗滑稳定定校核抗滑稳定应应符合下式式要求：三、镇墩和和支墩结构构设计6、地基承载载能力校核核要求地基上上均为压应应力，且最最大值不超超过地基的的容许值[R]。可按偏心受压公公式计算地基应应力。要求最大值σmax＜[R]，最小值σmin＞0，不应出现负值(二)支墩结构分析支墩承受管重和和管内水重的法法向分力与镇墩墩相似。主要内内容也是抗滑、、抗倾覆稳定及及地基承载力校校核四、地面压力钢钢管的设计步骤骤1、线路选择：选选择几个方案，，进行技术经济济比较。2、管径确定：通通过动能经济比比较，确定经济济直径。3、管道布置及附附件设计：镇墩墩、支墩、伸缩缩节、进人孔、、阀门4、水力计算：(1)恒定流：确定钢钢管在不同流量量下的水头损失失(2)非恒定流：水电电站在工况发生生变化时，钢管管的水击压力。。四、地面压力钢钢管的设计步骤骤5、压力钢管结构构设计(1)初步拟定管壁厚厚度(考虑锈蚀厚度)；(2)根据管壁厚度用用光滑管外压稳稳定计算公式进进行外压稳定校校核，如果不稳稳定设置加劲环环(也可用支承环代代替)，并选定其间距距；(3)根据加劲环抗外外压稳定和横断断面压应力小于于允许值的要求求，确定加劲环环的尺寸；(4)进行强度校核，，如果不满足要要求则增加管壁壁厚度或缩小加加劲环间距。在在重复上面的步步骤，直到满足足要求。6、校核镇墩的稳稳定及地基应力力。第七节分岔岔管okukiyotsu一、分岔管的功功用、特点1、功用：作用是是分配水流。采采用联合供水或或分组供水时，，需要设置分岔岔管，岔管位于于厂房上游侧。。2、特点水流条件较差，，引起的水头损损失较大；岔管由薄壳和刚刚度较大的加强强构件组成，管管壁厚，构件尺尺寸大，有时需需锻造，焊接工工艺要求高，造造价较高；受力条件差，所所承受的静动水水压力最大，又又靠近厂房，其其安全性十分重重要。我国已经建成的的水电站岔管大大多数属于地下下岔管，但大多多按明管设计，，即不考虑周围围岩体分担荷载载。二、岔管的布置置形式卜形布置。纵向向引近和斜向引引进的厂房常采采用这种布置方方式。对称Y形布置。三岔形布置。三、几种常用的的岔管1、贴边式岔管贴边式岔管是在在卜形布

置的的主、支管相贯贯线两

侧用补补强板加固，补补强

板与管壁壁焊固形成一个个

整体。补强板刚度较小小，不平衡区的的水压力由补强强板和管壁共同同承担。常用于中、低水水头卜型布置的的地下埋管。三、几种常用的的岔管2、三梁岔管由相贯线上的两两根

腰梁和一一根U梁构

成三梁岔岔U梁承受较大的不不平

衡水压力力，其受力非常常复杂。适用：内压较高高、直径不大的的明管道。三、几种常用的的岔管3、月牙肋岔管用一个嵌入管体体内的

月牙形形肋板来代替三三

梁岔管的U梁，并取

消腰腰梁。在三梁岔管基础础上发展而来，目前在我国已基本本取代了三梁岔岔管。适用：大中型电电站。三、几种常用的的岔管4、球形岔管通过球面体进行行分岔，

由球球壳，圆柱形主主、支

管以及及补强环和导流流板

等组成。。在内水压力作用用下，球壳应力力仅为同直径管管壳环向应力的的一半。适用：高水头大大中型电站。是是国外采用比较较多的一种成熟熟管型，国内应应用尚少。三、几种常用的的岔管5、无梁岔管用直径较大的锥锥管和球壳沿沿切线方向衔接接，使球壳只只剩下上下两个个面积不大的的三角形，并在在主、支管和和这些锥管之间间插入几节逐渐扩大的过渡渡段，构成一个个比较平顺的、、无太大不连续续接合线的体型型，从而形成无无梁岔管。有发展前途的管管型，能发挥与与围岩共同受力力的优点。目前前国内应用较少少。第八节地下下埋管(buriedpenstock)施工过程：开挖挖岩洞（清理石石渣、支护等））→安装钢管→→回填混凝土→→接处灌浆大型水电站中应应用较多地下埋管施工中中一、地下埋管的的布置形式类型：斜井、竖竖井、平洞。竖井：常用于首首部式开发的地地下电站，竖井井的开挖、钢管管的安装、混凝凝土的回填，一一般都自下而上上进行。斜井：适用于地地面和地下厂房房，采用得最多多。为了施工出出渣方便，倾角角大于45˚(自下而上开挖)或不小于35˚(自上而下)。平洞：作为过渡渡段使用。尽量布置在坚固固完整的岩体中中。二、地下埋管的的结构和构造二、地下埋管的的结构和构造回填混凝土的功功用是将部分内内水压力传递给给围岩，必须严严格控制混凝土土的回填质量，，尤其是平洞的的顶部。在围岩/混凝土/钢管之间存在缝缝隙，需要用灌灌浆进行处理，，压力不小于0.2MPa。对于不太完整的的围岩，需要进进行固结灌浆处处理，灌浆压力力0.5~1.0MPa，深度2~4m。地下水位较高地地区，可打排水水洞(效果好)、设排水管(易堵塞)，也可外设加劲劲环。三、钢衬承受内内压时的强度计计算假定：围岩、混凝土、、钢管为弹性各各向同性体。混凝土和钢衬施施工后无初始应应力。钢衬与混凝土垫垫层、混凝土垫垫层与围岩之间间存在微小的缝缝隙。混凝土垫层承受受荷载开裂以后后只传递径向压压力，不承担环环向荷载。三、钢衬承受内内压时的强度计计算计算内容：(1)在已知钢管厚度度情况下，求钢钢衬应力σθ；(2)在已知钢衬允许许应力的情况下下求解钢衬厚度度。钢衬应力的计算算公式：给定允许应力和和焊缝系数的情情况下，求管壁壁厚度的计算公公式三、钢衬承受内内压时的强度计计算影响钢衬应力因因素的分析围岩的弹性模量量。工程上常用用单位抗力系数数表示：Er=100(1+μr)K0。应该尽量改善围围岩的质量，提提高其弹性模量量。途径：灌浆浆。初始缝隙。对应应力影响很大，，但不易确定。。施工缝隙：由混混凝土的收缩和和施工质量不良良造成，要进行行接触灌浆。岩石的蠕变缝隙隙：由岩体的残残余变形形成温降缝隙：在初初始缝隙中占比比重较大。总缝隙。Δ0=(3~5)××10-4r四、钢管承受外外压时的稳定校校核下弯段钢管底部部隆起锚环焊缝开裂响水水电站高压压埋管失稳破坏坏(一)钢衬的外压荷载载(1)地下水压力。钢衬所受地下水水压力值，可根根据勘测资料选选定。根据最高高地下水位线来来确定外水压力力值是稳妥的，，但常会使设计计值过高。同时时要分析水库蓄蓄水和引水系统统渗漏等对地下下水位的影响。。地下水位线一一般不应超过地地面。(2)钢衬与混凝土之之间接缝灌浆压压力。接缝灌浆压力一一般为0.2MPa。(3)回填混凝土时流流态混凝土的压压力。其值决定于混凝凝土一次浇筑的的高度，最大可可能值等于混凝凝土容重乘以浇浇筑高度。(二)埋管钢衬在外压压下失稳的特征征两种失稳模式(a)n个屈曲波(b)三个半波外压↑→钢衬屈屈曲→钢衬变形形达到Δ0→外压继续增加→→钢衬发生更多多波形的屈曲→→钢衬应力值↑↑→钢衬应力达达到材料屈服值值→失稳。(三)光面钢衬临界压压力计算1.Amstutz公式(三)光面钢衬临界压压力计算2.经验公式：根据据38个模型试验资料料用回归分析的的方法建立的。。（四）加劲环环式钢管环间管壁：按按明管稳定公公式计算。加劲环断面：：用Amstutz公式计算，但但计算几何参参数用等效截截面(长度1.56(rδ)0.5+a)。锚筋式钢管用经验公式校校核：n-同一截面上的的锚筋数，l-锚筋间距（五）防止钢钢衬受外压失失稳的措施降低地下水水水压力是防止止钢衬失稳的的根本方法，，措施是排水水廊道结合排排水孔；精心施工做好好钢衬与混凝凝土之间的灌灌浆，减小缝缝隙，但灌浆浆时要注意鼓鼓包问题，可可采取临时措措施或限制灌灌浆压力；流态混凝土的的压力稳定可可用临时支撑撑解决或限制制浇筑高度。。第九节混混凝土坝体压压力管道按布置方式可可分为三种：：坝内埋管、坝坝体下游面管管道、坝上游游面管道。坝内埋管坝坝体下游面管管道一、坝内埋管管管道穿过混凝凝土坝体，全全部埋在坝体体内。布置原则尽量缩短管道道的长度；减少管道空腔腔对坝体应力力的不利影响响。减少管道对坝坝体施工的干干扰并有利于于管道安装和和施工。布置形式倾斜式布置平式和平斜式式布置竖直式布置一、坝内埋管管倾斜式布置见见前面平斜式布置竖竖直式式布置一、坝内埋管管埋设方式：用软垫层将管管道与坝体分分开——受力明确；管道与坝体结结合为整体——混凝土承受部部分内水压力力施工方法：安装一段钢管管，浇筑一层层混凝土，可可省去二期混混凝土，但施施工干扰较大大预留钢管槽，，钢管安装完完毕以后再用用混凝土回填填，期施工干干扰小，但工工期较长一、坝内埋管管坝内埋管的结结构计算有限元方法近似方法：见见教材二、坝后背管管大型坝后式水水电站将钢管管布置在混凝凝土坝的下游游坝面上，形形成下游面管管道，或称为为坝后背管。。结构型式坝下游面明钢钢管。现场安安装工作量小小，进度快，，与坝体施工工干扰小。坝下游面钢衬衬钢筋混凝土土管。钢衬与与外包混凝土土之间不设垫垫层，紧密结