《抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管设计导则》

ICS27.140

P59

中国电力企业联合会标准

PT/CEC202X-XXXX

抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管

设计导则

GuideforReinforcedConcreteBifurcationPipedesignof

PumpedStoragePowerStations

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国电力企业联合会发布

前言

根据中国电力企业联合会《关于印发2020年第二批中国电力企业联合会标准制修订计划

的通知》（中电联标准〔2020〕183号）的要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践

经验，并在广泛征求意见的基础上，制定本标准。

本标准的主要技术内容是：总则、术语、基本规定、岔管衬砌及布置、体型设计、结构

设计、灌浆设计、开挖支护设计、监测设计。

本标准由中国电力企业联合会抽水蓄能标准化技术委员会提出并归口（CEC/TC03）。

本标准主编单位：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

本标准参编单位：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司、国网新源控股有限公司

抽水蓄能技术经济研究院

本标准主要起草人：

本标准主要审查人：

本标准为首次发布。

执行过程中如有意见或建议，请寄送中国电力企业联合会标准化管理中心（地址：北京

市白广路二条一号，邮编：100761）。

目次

1总则1

2术语2

3基本规定3

4岔管衬砌及布置4

4.1岔管衬砌型式4

4.2岔管布置4

5体型设计5

5.1体型参数5

5.2水力设计5

6结构设计6

6.1结构设计基本原则6

6.2一般规定6

6.3作用和作用效应组合7

6.4衬砌计算8

6.5构造要求8

7灌浆设计10

8开挖支护设计11

9监测设计12

本标准用词说明13

引用标准名录14

条文说明15

1

抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管设计导则

1总则

1.0.1为规范抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管的设计原则和技术要求，做到技术先进、安全适

用、经济合理，制定本标准。

1.0.2本标准适用于抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管设计。

1.0.3抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管设计，除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准

的规定。

1

2术语

2.0.1钢筋混凝土岔管reinforcedconcretebifurcationpipe

压力管道分岔处的钢筋混凝土管道，包括岔管主体及其主管和支管。

2.0.2岔管规模bifurcatedpipescale

岔管规模用HD值表示，H为岔管设计内水压力（m），D为岔管主管直径（m）。

2.0.3分岔角bifurcationangle

每2个相交支管轴线的交角。

2.0.4锥顶角half-cone-apexangle

圆锥的轴与任意一条母线之间的夹角。

2.0.5最小覆盖厚度准则minimumoverburdencriterion

有压隧洞岩体最小覆盖厚度应符合洞内最大静水压力小于洞顶以上岩体重力的规定。

2.0.6最小地应力准则minimumgeostresscriterion

隧洞围岩最小地应力应大于该点洞内最大静水压力并有一定安全裕度的规定。

2.0.7渗透稳定准则seepagestabilitycriterion

在渗透水流作用下，不产生溶出性侵蚀、冲蚀性侵蚀等渗透破坏的规定。

2.0.8水力梯度hydraulicgradient

单位流程上水头损失，亦为总水头线坡度。

2.0.9水力劈裂hydraulicfracturing

由于水压力升高，在岩体或土体中引起裂缝发生与扩展的物理现象。

2.0.10渗流-应力耦合分析seepagestresscouplinganalysis

采用渗流场与应力场耦合的非线性有限元计算分析方法。

2.0.11压水试验watertesting

利用水泵压力，将清水压入钻孔试验段，根据一定时间内压入的水量和施加压力的关系，

计算岩体相对透水性和了解裂隙发育程度的试验。

2.0.12吕荣Lugeon

透水率单位，表示在1MPa压力下，每米试段每分钟压入岩体的水量，水量以升计。

2

3基本规定

3.0.1钢筋混凝土岔管位置及体型应根据厂区布置、水力条件、围岩条件、结构受力条件等

因素，经综合分析论证确定。

3.0.2钢筋混凝土岔管设计应利用围岩的自稳能力、承载能力和抗渗能力。

3.0.3钢筋混凝土岔管结构安全级别应与主体隧洞一致。

3.0.4建筑物级别为1级、最大内水压力大于150m的钢筋混凝土岔管，宜在现场选择代表性

地段进行地应力测试、水力劈裂等试验。

3

4岔管衬砌及布置

4.1岔管衬砌型式

4.1.1岔管类型选择中，钢筋混凝土岔管宜根据围岩地质条件、地应力、渗透性、水力稳定

性、施工条件等因素，经技术经济论证选用。

4.1.2采用钢筋混凝土岔管部位的围岩地质条件应符合最小覆盖厚度准则、最小地应力准则

和渗透稳定准则要求。

4.1.3对最大内水压力大于150m的钢筋混凝土岔管，围岩条件宜满足下列要求：

1围岩宜以微透水的I类、II类为主。

2钢筋混凝土岔管所处位置上部、侧向岩体覆盖厚度应符合最小覆盖厚度要求。

3围岩初始最小地应力大于岔管设计静水压力，且在内水压力作用下围岩不应产生水力

劈裂。

4钢筋混凝土岔管所处位置与相邻洞室的岩体厚度应符合渗透稳定要求。

4.2岔管布置

4.2.1钢筋混凝土岔管布置应分析岔管不同方向的分流、合流等水力学问题。

4.2.2钢筋混凝土岔管平面布置型式应根据地形地质条件、厂区布置、输水方式、主管与支

管衔接等确定。

4.2.3钢筋混凝土岔管立面布置型式应根据水力条件、结构受力条件及检修期排水等因素综

合确定，宜采用平底布置；当采用上、下对称布置时，应采取排水措施。

4.2.4相邻钢筋混凝土岔管间距，应满足长期渗透稳定的要求。

4

5体型设计

5.1体型参数

5.1.1钢筋混凝土岔管分岔角宜选取45º~60º。

5.1.2钢筋混凝土岔管锥顶角大小宜根据水流方向和流态确定，锥顶角宜为5°~7º。锥管长

度不宜小于1.5倍支管管径。

5.1.3支管半径与主管半径之比应根据输水隧洞经济流速及水头损失、岔管部位流态、结构受

力等选择。

5.1.4钢筋混凝土岔管相贯线处应修圆处理。

5.2水力设计

5.2.1岔管应适应双向水流运动，减少涡流产生；应根据机组不同运行工况和台数组合，结

构合理、施工和运行方便等要求，选择岔管局部水头损失较小的方案。

5.2.2水力设计应包括水头损失计算或试验测定和水流流态分析。

5.2.3水力设计研究可采用流体动力学仿真方法和水工模型试验方法，对岔管流态及水头损

失分析，优化分岔角、锥顶角。

5.2.4钢筋混凝土岔管水工模型试验宜满足以下要求：

1水工模型试验模型比尺宜为1:20~1:25。

2岔管上下游段模拟长度不得小于10倍的相应管径。

3测定岔管段各种工况组合的水头损失和流速，并提供双向水头损失系数。

4观测岔管段各种工况下岔管主要断面流速分布及相对压差，并描述流态。

5观察岔管转折角及岔裆水流流态，有无水流分离现象以及产生负压气蚀的危险。

5

6结构设计

6.1结构设计基本原则

6.1.1钢筋混凝土岔管结构应采用概率极限状态设计原则，按分项系数设计表达式设计。

6.1.2钢筋混凝土岔管结构应按持久状况、短暂状况、偶然状况设计。

6.1.3极限状态设计应符合下列要求：

1各种设计状况均应进行承载能力极限状态设计。

2持久设计状况应进行正常使用极限状态设计。

3短暂设计状况可根据需要进行正常使用极限状态设计。

4偶然设计状况可不进行正常使用极限状态设计。

6.1.4进行承载能力极限状态设计时，作用效应组合应根据不同设计状况按下列要求采用：

1持久状况或短暂状况应采用基本组合，基本组合应采用永久作用效应和可变作用效应

组合。

2偶然设计状况应采用偶然组合，偶然组合应采用永久作用效应、可变作用效应及偶然

作用效应组合而成，每种偶然组合应考虑一个偶然作用。

6.1.5正常使用极限状态设计应采用标准组合或标准组合并考虑长期作用的影响。

6.1.6岔管结构安全级别应与主体隧洞一致，结构安全级别及结构重要性系数应按表6.1.6确

定。

表6.1.6结构安全级别及结构重要性系数

水工建筑物级别结构安全级别重要性系数γ0

1Ⅰ1.1

2、3Ⅱ1.0

4、5Ⅲ0.9

6.2一般规定

6.2.1按不承载混凝土衬砌设计的岔管，钢筋配置宜按工程类比和构造要求确定。

6.2.2按承载混凝土衬砌设计的岔管，应按承载能力极限状态进行配筋设计，并按正常极限

状态进行裂缝宽度验算。裂缝宽度允许值应符合现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》

DL/T5057的有关规定。

6.2.3对最大内水压力大于150m水头的钢筋混凝土岔管洞段，结构设计宜采用渗流-应力耦

合分析方法，水压力应按渗透体积力确定。

6.2.4岔管衬砌结构计算时，结构系数γd应取1.2。

6.2.5岔管应符合结构的耐久性要求。衬砌混凝土最低强度等级、抗渗等级等应根据岔管环

境条件类别、设计使用年限、结构类型、水质条件、运用条件等因素，按现行行业标准《水

6

工混凝土结构设计规范》DL/T5057有关规定采用。

6.3作用和作用效应组合

6.3.1作用及其分项系数应按表6.3.1-1的规定确定。承载能力极限状态作用效应组合应按表

6.3.1-2确定，正常使用极限状态作用效应组合应按表6.3.1-3确定。

表6.3.1-1作用及其分项系数

作用分类作用名称作用分项系数

围岩压力、地应力1.0

永久作用

衬砌自重1.1（0.9）

正常运行情况的静水压力1.0

水击压力、涌浪压力1.1

可变作用脉动压力1.0

地下水压力1.0

回填灌浆压力1.3

校核洪水位时的静水压力1.0

偶然作用

地震作用力1.0

注：当自重作用效应对结构受力有利时，作用分项系数取表中括号内数字。

表6.3.1-2承载能力极限状态作用效应组合

作用类别

设计作用效水击压地下地震

主要考虑情况围岩压力、衬砌静水脉动回填灌

状况应组合力、涌浪水压作用

地应力自重压力压力浆压力

压力力力

持久基本

正常运行

状况组合√√√√√√——

短暂基本施工期√√———√√—

状况组合

检修期√√———√——

偶然偶然校核洪水位运行√√√√√√——

状况组合

地震√√√√—√—

表6.3.1-3正常使用极限状态作用效应组合

作用类别

设计作用效地下

主要考虑情况围岩压力、衬砌静水水击压力、脉动回填灌

状况应组合水压

地应力自重压力涌浪压力压力浆压力

力

7

持久标准

正常运行

状况组合√√√√√√—

短暂标准施工期√√———√√

状况组合

检修期√√———√—

6.3.2围岩压力、地应力计算应按现行行业标准《水工建筑物荷载设计规范》DL5077有关规

定执行。地震作用力及岔管结构抗震安全验算应按现行行业标准《水电工程水工建筑物抗震

设计规范》NB35047有关规定执行。

6.3.3岔管衬砌外水压力可根据实测资料或按现行行业标准《水工隧洞设计规范》NB/T10391

附录E规定确定，外水压力取值宜进行专门渗流场分析。

6.3.4温度变化、混凝土收缩和膨胀产生的应力及围岩固结灌浆压力对衬砌的影响宜采取构

造措施及施工措施。高地温地区产生的温度应力应进行专门研究。

6.4衬砌计算

6.4.1按承载衬砌设计的岔管，宜进行渗流和承载结构有限元计算分析，衬砌厚度和配筋可

结合计算结果、工程类比和构造要求确定。

6.4.2衬砌计算应分析相邻隧洞开挖引起的地应力变化。

6.4.3结构抗震设计应按现行行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范》NB35047有关

规定执行。

6.4.4岔管渗流-应力耦合分析应采用三维计算模型，相贯线处配筋应适当加强。

6.5构造要求

6.5.1岔管衬砌厚度宜根据构造要求及施工方法，经计算分析确定，初选时宜取内径的1/8，

且不小于0.6m。

6.5.2最大内水压力大于150m的钢筋混凝土岔管混凝土强度等级不宜低于C30，抗渗等级指

标不宜低于W10。

6.5.3钢筋接头、锚固及纵向受力钢筋的最小配筋率应符合现行行业标准《水工混凝土结构

设计规范》DL/T5057的有关规定。

6.5.4岔管分岔部位不应设置变形缝及施工缝。与岔管主管相邻的施工缝距岔管中心不宜小

于1.5倍主管内径，与岔管支管相邻的施工缝距岔管中心不宜小于1.5倍支管内径。

6.5.5岔管与钢板衬砌段连接时，连接处不应分缝。钢板衬砌伸入钢筋混凝土岔管应有不小

于1.0m的搭接长度，连接处应设置阻水措施。

6.5.6岔管钢筋应穿施工缝布置，施工缝间凿毛。

8

6.5.7最大内水压力大于150m的钢筋混凝土岔管围岩宜设置系统锚杆，锚杆应与岔管钢筋连

接。

6.5.8钢筋混凝土岔管配筋密集处，应设置灌浆预埋管。

9

7灌浆设计

7.0.1岔管应进行回填灌浆和固结灌浆。

7.0.2岔管衬砌顶部与围岩之间应进行回填灌浆。

7.0.3回填灌浆方式、范围，孔距、排距、灌浆压力及浆液浓度等参数，应根据岔管衬砌结

构型式、运行条件及施工方法等分析确定。回填灌浆范围宜在隧洞顶部或顶拱中心角90°～

120°内，其他部位应根据衬砌浇筑情况确定。

7.0.4回填灌浆形成的水泥结石应符合传递抗力要求。

7.0.5围岩固结灌浆应根据工程地质条件、水文地质条件及岔管运用要求，经技术经济比较

确定，灌浆参数应满足下列规定：

1.固结灌浆参数可按工程类比或现场试验确定。排距宜为2.5m～3.0m，孔距宜为2.5m～

3.0m，相邻排之间应交错布置。入岩深度应根据围岩情况分析确定。灌浆压力宜取静水压力

的1.2～1.5倍，并应小于围岩最小主应力。

2.岔管灌浆后围岩透水率不应大于1Lu。

7.0.6灌浆材料应根据工程地质、水文地质和岔管运行条件选定。当地下水具有侵蚀性时应

采用抗侵蚀材料，不得采用火山灰质硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。

10

8开挖支护设计

8.0.1开挖支护设计制定开挖、光面爆破、支护程序，将岩石爆破松动圈范围减小到最低程

度。

8.0.2岔管所在岔洞处围岩支护原则可参照GB50086执行。锚喷支护设计，应采用工程类比

与监测量测相结合的设计方法，并根据岔洞尺寸辅以理论验算复核。

8.0.3锚喷支护采用工程类比法应根据围岩类别及隧洞开挖跨度确定锚喷支护类型和参数，

对钢筋混凝土岔管所在岔洞位置应比一般隧洞加强支护结构。

11

9监测设计

9.0.1钢筋混凝土岔管应进行安全监测，并纳入工程安全监测系统。

9.0.2监测项目宜按永久安全监测与临时监测相结合原则进行设计。

9.0.3监测项目和监测布置应根据岔管规模、结构特点和地质条件，水头、运行方式等确定。

9.0.4岔管应进行围岩变形、支护和衬砌结构应力应变、衬砌与围岩接缝位移、内外水压力

监测。

9.0.5监测断面宜选择在主管、支管及分岔部位最大横断面处，断面内应力应变监测仪器布

置以环向为主，轴向为辅。

9.0.6测点布置应符合《水工隧洞设计规范》NB/T10391、《水工隧洞安全监测技术规范》

SL764-2018的规定。

12

本标准用词说明

1为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

1）表示很严格，非这样做不可的：

正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”；

2）表示严格，在正常情况均应这样做的：

正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”；

3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：

正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”；

4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。

2条文中指明应按其他有关标准执行的写法为：“应符合……的规定”或“应按……执

行”。

13

引用标准名录

《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086

《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057

《水工建筑物荷载设计规范》DL5077

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148

《水工隧洞设计规范》DL/T5195

《抽水蓄能电站设计规范》NB/T10072

14

中国电力企业联合会标准

抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管设计导则

T/CEC202X-XXXX

条文说明

15

目次

1总则19

3基本规定21

4岔管衬砌及布置21

5体型设计24

6结构设计25

7灌浆设计27

8开挖支护设计28

9监测设计28

16

1总则

1.0.1在工程地质条件和水文地质条件适宜的前提下，抽水蓄能电站输水隧洞岔管采用钢筋混

凝土岔管衬砌是技术经济较优的方案。能否采用钢筋混凝土衬砌方案，目前主要根据是否满

足最小覆盖厚度准则、是否满足最小地应力准则和是否满足渗透稳定准则三个方面来确定。

在上述三个条件基础上，根据已有的工程实践经验，应同时重视对水文地质条件、水力稳定

性、施工条件和运行维护等因素的分析来确定是否采用钢筋混凝土岔管。

由于抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管内水压力高，对岔管布置、体型设计、结构设计及灌

浆设计技术要求较高，现有的设计规范不能完全适用。国内外已有多座抽水蓄能电站输水隧

洞采用了钢筋混凝土岔管，见表1.0.1，积累了大量成功的经验，归纳总结形成本标准。

17

表1.0.1国内外部分抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管一览表

装机容岔管静岔管设主支洞围岩特征

序分叉方分岔/衬砌厚

工程名称国家量水头计水头内径最小埋深变形模量最小地应力

号式角（º）度（m）岩石

（MW）（m）（m）（m）（m）（Gpa）（σ3）Mpa

1迪诺维克英国6×3005421→6469.5/3.81板岩400509

2蒙特齐克法国4×2304232×1→2905.3/3.80.4/0.75花岗岩4003014～20

3赫尔姆斯美国3×3515311→38.2/3.50.69花岗岩350425.5

4巴斯康蒂美国6×3803903×1→2408.6/5.50.6砂页岩31527.63.4

5洛基山美国3×2822131→310.7/5.8灰岩

6腊孔山美国4×3503101→2→411/7.4砂岩270

7北田山美国4×2572481→49.45片麻岩200

8广蓄中国8×3006107902×1→4608.0/3.50.6花岗岩410～44025～406.8～7.5

9惠州中国8×3006247402×1→4608.5/3.50.6花岗岩390～41020

10天荒坪中国6×3006808002×1→3607/3.20.6凝灰岩550599.5～11.1

11泰安中国4×2503093702×1→2508/4.80.8花岗岩260154.87～5

12桐柏中国4×3003443952×1→2559/5.50.7花岗岩38020.55.9

花岗、片

宝泉中国

134×3006408002×1→2456.5/3.50.7麻岩580276.8

14仙游中国4×300541.46442×1→2556.5/3.8花岗岩41013.57.2～7.8

18

3基本规定

3.0.1钢筋混凝土岔管的布置、体型和尺寸可按照《水电站压力钢管设计规范》NB/T

35056-2015中对分岔段的有关规定执行。钢筋混凝土钢筋混凝土岔管宜布置在I、II类围岩为

主的洞段，布置在Ⅲ类围岩中的岔管应提出专门处理措施。

3.0.4建筑物级别为1级、最大内水压力大于150m的高压混凝土岔管，工程规模大，投资多，

在国民经济中的重要性也高，设计依据的地质资料必须切实可靠，故应根据各设计阶段的规

定，在现场进行水力劈裂试验，以落实围岩最小主应力等设计数据，保证设计质量。

4岔管衬砌及布置

4.1岔管衬砌型式

4.1.1地质资料的重要性是从长期工程实践的经验教训中得来的，设计时应予以重视。对不

同的设计阶段，可根据其要求，由粗到细，逐步摸清，达到条文中所规定的要求。

4.1.2抽水蓄能电站输水系统岔管主要分为钢岔管与钢筋混凝土岔管两种型式，采用钢筋混

凝土岔管部位的地质条件应满足最小覆盖厚度准则、最小地应力准则和渗透稳定准则要求，

由于地形、地质条件限制，岔管区域围岩不能同时满足最小覆盖厚度准则、最小地应力准则

和围岩渗透准则时，应采用钢岔管。

4.1.3抽水蓄能电站岔管承受水头高，钢筋混凝土岔管采用限裂设计，主要是利用围岩的自

稳能力、承载能力和抗渗能力。因此，最基本的条件应为围岩能够保持稳定。另外，还应该

保证围岩基本不透水，不发生内水外渗。即使发生少量渗水也不会影响岔管运行要求和使用

功能，危及岩体和山坡稳定，也不会危及临近建筑物或造成环境破坏。

不发生水力劈裂和渗透失稳是钢筋混凝土岔管的设计原则之一，在岔管布置阶段可用挪

威准则确定最小覆盖厚度，同时还应保证覆盖及相邻洞室围岩不产生水力劈裂和渗透失稳。

高压岔管与厂房、排水洞等相邻洞室的岩体厚度应保证岩体水力梯度不能过大，应满足渗透

稳定要求。

钢筋混凝土岔管围岩的覆盖厚度涉及到围岩的稳定性、围岩的抗力及围岩的防渗能力等。

因为岩体是一种特殊的各向异性材料，其物理力学参数不仅随不同方向而变化，而且往往在

有限范围内即有突然的改变。故在设计中应结合具体情况，综合分析确定。岔管虽满足了覆

盖厚度的要求，有时在完好的岩体中仍会发生水力劈裂，所以本条也提出对地应力和渗流稳

定的要求。

对于高压混凝土岔管，欲利用围岩的承载能力，则围岩覆盖厚度是设计中应该注意的重要

问题之一。围岩覆盖厚度国际通用准则有覆盖范围的垂直向准则、雪山准则及挪威准则。

1）垂直向准则（如图4.1.3.1所示）：

19

（）

≥4.1.3.1

式中：

——围岩覆盖厚度，m；

CRV

3

R——岩体重度，N/m；

hS——洞内静水压力水头，m；

3

W——水的重度，N/m；

F——经验系数。

图4.1.3.1高压钢筋混凝土衬砌岔管覆盖范围的垂直向准则

2）雪山准则（如图4.1.3.2所示）：

对于比较陡峭的地形，侧向覆盖常起着控制作用。据此产生了澳大利亚的雪山准则[Dannet

al，1964]。

CRH=2CRV（4.1.3.2）

CRV=hSW/R（4.1.3.3）

式中：

CRH——水平覆盖厚度，m；

CRV——垂直覆盖厚度，m；

hS——洞内静水压力水头，m；

3

W——水的重度，N/m；

3

R——岩体重度，N/m。

20

图4.1.3.2高压钢筋混凝土衬砌岔管覆盖范围的雪山准则

3）挪威准则（如图4.1.3.3所示）：

早年，在挪威当压力隧洞地表岩体坡度变陡时，设计者只是简单地把所需的围岩覆盖厚度

从静水头的0.6倍增加到1.0倍。结果导致一些工程的失败。根据工程的失败情况进一步研究，

从而产生了挪威准则[1971]。关于经验系数F的取值问题，宜根据围岩情况确定。

CRM=（4.1.3.4）

式中：

——岩体最小覆盖厚度（不包括全强风化厚度），m；

CRM

hS——洞内部水压力水头，m；

——水的重度，N/m3；

W

——岩体重度，N/m3；

R

α——地表岩体坡角，α＞60°时取α=60°；

经验系数。

F——

对岩体坡角从0°～70°的不同情况使用垂直向准则、雪山准则和挪威准则进行计算比较，

雪山准则和挪威准则相当吻合，它随着坡角的增加而覆盖厚度增加，垂直向准则覆盖厚度则

随着岩体坡角的增大而减少。显然挪威和雪山准则均更合理。根据国内工程的经验，本规范

推荐采用挪威准则。

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图4.1.3.3高压钢筋混凝土衬砌岔管覆盖范围的挪威准则

4.2岔管布置

4.2.1抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管存在双向水流工况，因此岔管布置需充分考虑双向水流

的流态、水头损失等水力特性。

4.2.2岔管在平面布置上通常采用2种形式，即：“一管两机”的平面对称“Y”型布置和“一

管两机”或者“一管多机”不对称单侧“卜”型分岔布置两种形式，如图4.2.2所示。

（a）对称“Y”型（b）不对称“卜”型

图4.2.2对称钢筋混凝土岔管和非对称钢筋混凝土岔管

1.当引水或者尾水系统在岔管平面布置对称、且岔管采用“一管两机”布置时，宜采用对

称“Y”型分叉布置，其优点有利于水流的分叉和合流、水头损失小，结构对称、受力均匀，

同时方便施工。

2.当引水或者尾水系统在岔管段平面非对称布置，或者引水系统采用“一管三机”或者

“一管多机”布置时，无法布置为“Y”型岔管，可将岔管布置成不对称单侧“卜”型。

4.2.3钢筋混凝土岔管若采用平底布置方式，其主、支管底部高程相等，可以自流排水，无

需另设一套专用排水管阀系统。若采用上、下对称布置的钢筋混凝土岔管，其主、支管轴线

在同一水平面，由于主、支管管径不同，会导致主管底高程低于支管低高程，不利于施工和

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运行检修时洞内排水，需抽水或在主管底部另外布置一套专用排水管阀系统，排除主管底部

积水。因此无特殊情况，建议钢筋混凝土岔采用平底布置方式。

5体型设计

5.1体型参数

5.1.1岔管分岔角增大，则岔管处的水头损失越大，反之则减小；分岔角过小会导致岔管锐

角区过长，锐角区过程会导致开挖松动区过大，运行过程易被破坏。根据工程经验，建议抽

水蓄能电站钢筋混凝土岔管分岔角范围宜选取45º~60º，当分叉角不在这个范围内时，可以在

岔管前的引水主管或岔管后的引水支管上适当调节方向，从而将岔管的分岔角调整在合理的

范围。国内已建抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管分岔角统计情况见表5.1.1。

表5.1.1部分钢筋混凝土岔管分岔角

工程名称岔管处设计水头（m）分岔方式分岔角（°）

广蓄7902×1→460

惠州7402×1→460

天荒坪8002×1→360

泰安3702×1→250

桐柏3952×1→255

宝泉8002×1→245

5.1.2水流从支管向主管（汇流）流动过程中出现水流脱离边壁、主流与管壁见出现回流区、

水损增加等问题，因此锥顶角宜在5º~7º范围内取值。

5.1.4锐角与钝角相贯线处会产生应力集中，长期运行易使混凝土脱落。为保证岔管的长久

运行，应对相贯线处做修圆处理。修圆的半径不宜过大，应避免导致锥管扩散角扩大。

5.2水力设计

5.2.1抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管受双向水流作用，存在水流分流、合流运行工况。水流

的方向和流态在岔管处有较大的改变，且岔管处的流速较大，进而影响岔管局部水头损失。

而岔管作为异形结构，局部损失占比较大。所以需重视岔管处的水力条件，使得水流平顺、

水头损失小，避免涡流和振动。

5.2.2~5.2.5近年来国内外对岔管的流态水动力学仿真进行了大量研究，结果表明选用合适的

数学模型和计算边界，水动力学仿真方法反应的水流运动规律与物理模型吻合，水头损失的

变化规律与物理模型试验成果相似，采用通用的大型流体动力学仿真软件如FLUENT等对岔

管水力学问题进行数值模拟分析计算，可与水工模型试验结果互相验证，甚至可以替代物理

模型试验。

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6结构设计

6.1结构设计基本原则

6.1.1~6.1.3按现行国家标准《水利水电工程结构可靠性设计统一标准》GB50199-2013和《水

工隧洞设计规范》NB/T10391-2020的规定，确定抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管衬砌结构采用

概率极限状态设计原则，按分项系数设计表达式进行设计。根据一般水工建筑物或结构构件

承载能力极限状态大体分为三种不同性质的状态，设计时需采用不同的设计表达方式以及与

之相应的分项系数。

6.2一般规定

6.2.1钢筋混凝土衬砌的作用，有不承载和承载两种，不承载主要是为了保护围岩表面、减少

水头损失或提高隧洞防渗能力，承载是为了加固围岩，单独或与围岩及初期支护共同承担荷

载。按照不承载混凝土衬砌设计的钢筋混凝土岔管，其钢筋的配置宜按工程类比和构造要求

确定。

6.2.3钢筋混凝土岔管衬砌结构在高内水压力作用下，衬砌混凝土将开裂，内水压力沿衬砌裂

缝外渗，围岩成为承担内水压力的主体。衬砌的主要功能是降低糙率和防止围岩局部掉块，

结构设计一般是根据工程经验类比拟定参数后，采用渗流-应力耦合分析方法进行复核。

6.2.4对于圆形有压隧洞钢筋混凝土衬砌结构当采用厚壁圆筒法计算时，结构系数取1.35；对

于圆形无压隧洞及其它断面隧洞，则按《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-2009选取。

钢筋混凝土岔管按其它断面隧洞计算，结构系数应取1.2。

6.3作用和作用效应组合

6.3.1荷载分项系数根据行业标准《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057-2009的要求进行统

一；当围岩压力、地应力、衬砌自重、地下水压力效应值较明确时，经论证可以适当考虑上

述效应对衬砌结构受力的有利作用。

对于脉动压力，一般认为抽水蓄能压力水道正常运行时应该计入，压力水道正常运行时的脉

动压力需根据工程具体运行情况确定。

6.3.2围岩岩体的结构特征是影响围岩作用的主要因素，因此，水工隧洞支护结构设计时，要

根据围岩岩体的结构类型分别确定其围岩作用。其中对于整体块状结构的围岩，如Ⅰ、Ⅱ类

及部分Ⅲ类围岩，可以不考虑其作用；当有不利裂隙切割时，需要考虑局部不稳定块的塌落

和滑移作用。当地应力较高时，需要考虑地应力作用。

6.3.3地下水压力可以采用地下水位线以下的水柱高乘以折减系数来估算，折减系数可以根据

围岩地下水活动及对围岩稳定的影响，综合隧洞防渗排水条件，根据工程经验确定。对深埋

隧洞和水文地质条件复杂的隧洞，外水压力取值宜进行渗流场分析，渗流场分析应考虑水库

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蓄水后的影响。

6.3.4温度变化、混凝土收缩、膨胀和围岩固结灌浆压力等对衬砌的影响，我国传统的办法是

采用构造措施和施工措施来解决。

6.4衬砌计算

6.4.2隧洞平行布置时，施工开挖将引起岩体、衬砌受力状态及衬砌强度的变化，相邻隧洞对

岔洞会有影响，考虑到岔管结构体型的复杂性，故需要予以考虑。

6.4.4岔管相贯线部位体型复杂，应力集中明显，配给需根据计算结合工程经验适当加强。州

一期高岔在主管岔口两侧加强环向配筋为Φ36@170，二期和惠州A、B厂高岔岔口处配筋比

高岔主管直段环向受力筋、纵向钢筋加强一倍，间距也有所缩小；后期的清远、深圳高岔岔

口在配筋时是把岔口处主管的环向筋弯折向支管岔口方向并与其纵向筋焊接，支管岔口的纵

向筋则弯折到主管岔口附近并具有一定的锚固长度，且尽量与环向或纵向筋焊接成束的双筋。

岔口钢筋配置过多会影响混凝土的施工，因此，设计时应考虑保证钢筋的合理净距，必要时

采用双筋成束布置。

6.5构造要求

6.5.1为保证岔管衬砌刚度，防止在外压作用下衬砌破坏，本规范提出了初选时衬砌厚度与洞

径的比值范围供设计者参考，并从施工要求和工程经验出发，提出了岔管衬砌厚度不宜小于

0.6m的规定，保证混凝土浇筑质量和混凝土衬砌具有一定的刚度。

6.5.2抽水蓄能电站钢筋混凝土岔管结构一般处于二类环境，由于长期受高压水的作用，其耐

久性指标在采用上有提高的趋势，根据现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》DL/T5057

的有