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为了节约投资和加速施工进度,撤销钢衬是近代埋藏式压力管道计划的一个发展方向。充分利用围岩承担内水压力是其计划的指导思想。
地下管道的衬砌办法除钢板衬砌外,尚有混凝土及钢筋混凝土衬砌、预应力混凝土衬砌和具有防渗薄膜的混凝土衬砌等。
1.混凝土及钢筋混凝土衬砌
混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌在低水头压力管道中运用较多,但若用于高水头情况,在内水压力作用下,混凝土衬砌难免开裂,所以运用较少。在高水头情况下,防渗和承担内水压力首要靠围岩。因而,其作业机理与不衬砌隧洞相似。衬砌首要只能起到平坦洞壁的作用。为了防渗和承担内水压力,围岩有必要较新鲜无缺,一同,其初始的最小主压应力应不小于该点的内水压强,并有1.2~1.4的安 全系数,以防在充水后围岩被水力劈裂。洞室开挖后的二次应力与充水后的三次应力不但与洞室的标准和形状有关,并且决定于初始地应力场。因而,判定初始地应力场是地下工程计划的重要内容。但对小型工程和在计划的开端期间,由于地质材料缺乏,初始地应力场难以判定,在这种情况下,也可根据岩石的掩盖厚度开端判定管道的方位和线路。根据挪威的阅历,管顶以上岩体的最小掩盖厚度应满足
(8-57)
式中lr——核算点至岩面的最小间隔,见图8-41;
γw、h——水的容重和核算点的静水压;
γr、α——岩体容重和山坡倾角;
k——安 全系数,可取1.2~1.4。
围岩的掩盖厚度除满足上述需要外,还应该是新鲜无缺的,以满足防渗需要。
图8-41围岩掩盖厚度
2.预应力混凝土衬砌
预应力混凝土衬砌是在管道充水之前在衬砌中施加预压应力,使管道充水后衬砌中不呈现拉应力,或在部分只要很小的拉应力。混凝土衬砌中预压应力的施加办法首要有以下三种:
(1)高压灌浆。在混凝土衬砌与围岩之间进行高压灌浆,给衬砌施加预压应力。这种办法简略牢靠,运用较广,但需要围岩新鲜无缺,并有满足的厚度。
(2)钢缆施压。在混凝土衬砌外围预设钢缆,待混凝土强度满足后,张拉钢缆给衬砌施加预压应力。这种做法安 全牢靠,对围岩的需要不高,但施工杂乱,造价较高。
(3)用胀大混凝土衬砌。在混凝土的凝聚过程中,因自身胀大构成压应力。若围岩不可无缺或掩盖厚度不可,可在衬砌靠围岩一侧安 顿钢筋,使其在衬砌混凝土的胀大过程中承受拉应力,以确保混凝土可以构成满足的压应力并减小混凝土胀大在围岩中致使的应力。
第十节混凝土坝体压力管道
一、混凝土坝体压力管道的特征、类型和安 顿
混凝土坝体压力管道是依附于混凝土坝身,即埋设在坝体内或固定在坝面上,并与坝体成为一体的压力输水管道。其特征是结构紧凑简略,引水长度最短,水头丢掉小,机组调度确保条件好,造价低,作业处理会集便当,但是管道设备会烦扰坝体施工,坝内埋管空腔削弱坝体,使坝体应力恶化。
混凝土重力坝和坝内钢管及坝后厂房是运用非常广泛的传统型式,这些年混凝土坝下贱面压力管道也逐渐得到运用,混凝土坝坝式水电站选用坝体管道的愈加广泛。多见的混凝土坝体压力管道分为两种:坝内埋管、坝体下贱面钢管(坝后背管)。
二、坝内埋管
坝内埋管的特征是管道穿过混凝土坝体,悉数埋在坝体内。
(一)坝内埋管的安 顿
坝内埋管在坝体内的安 顿原则是:尽量缩短管道的长度;减少管道空腔对坝体应力的晦气影响,特别要减少因管道致使的坝体内拉应力区的规划和拉应力值;还应减少管道对坝体施工的烦扰并有利于管道自身的设备和施工。
在立面上,坝内埋管有三种典型的安 顿办法:
(1)倾斜式安 顿:管轴线与下贱坝面近于平行并尽量靠近下贱坝面,如图8-42所示。其利益是进水口方位较高,承受水压小,有利于进水口的各种设备安 顿;管道纵轴与坝体内较大的主压应力方向平行,可以减轻管道周围坝体的应力恶化;与坝体施工烦扰较少。缺陷是管道较长,弯段多。此外,管道与下贱坝面间的混凝土厚度较小。
(2)平式平和斜式安 顿:管道安 顿在坝体下部,如图8-43所示。优缺陷与倾斜式安 顿相反。对于拱坝,坝体厚度不大,而管径却较大时,
常选用这种安 顿办法。
图8-42倾斜式安 顿
图8-43平斜式安 顿
(3)竖直式安 顿:管道的大多数竖直安 顿,如图8-44。这种安 顿通常适用于坝内厂房,或许为了避免钢管设备对坝体施工的烦扰,在坝体内预留竖井,后期在井内设备钢管。缺陷是管道曲率大,水头丢失大,管道空腔对坝体应力晦气。
在平面上,坝内埋管最好安 顿在坝段基地,管径不宜大于坝段宽度的三分之一。这么,管外两头混凝土较厚,且受力对称。通常在这种情况下,厂坝之间有纵缝,厂房机组段间横缝与坝段间的横缝互相错开,如图8-45(b)。坝与厂房之间不设纵缝而厂坝连成整体时,由于二者横缝也有必要在一条直线上,管道在平面上不得不转向一侧安 顿,这时钢管两头外包混凝土厚度不一样,如图8-45(a)。
坝内埋管(以及其它型式的坝体管道)选用坝式进水口,其安 顿和设备有必要满足进水口的一切需要。进水口的拦污栅通常安 顿在坝体悬臂上以添加过水面积,维修闸门及作业闸门槽通常安 顿在坝体内,紧接门槽后是由矩形变为圆形的骤变段,然后接管道的上水平段或上弯段;有时骤变段可与上弯段吞并,骤变段直接联接斜直段。
进水口位于坝体内,过水断面较大,宜做成窄高型,突变段要尽量短,以便较快过渡到圆形断面,这么有利于闸门结构及坝体应力。
应留心保证通气孔的必要面积和出口高程及合理方位,避免进气时发生无量吸入气流,影响通气孔出口附近设备及工作人员安 全。应使进口处所设充水阀和旁通管面积不过大,避免充水时从通气孔向外溢水和喷水,影响厂坝之间电气设备的正常工作。
(三)坝内埋管钢衬的抗外压稳定性
坝内埋管钢衬抗外压失稳剖析的原理和方法与地下埋管钢衬相同。坝内埋管钢衬的外压荷载首要有外水压力、施工时的流态混凝土压力和灌浆压力。施工期暂时荷载,不宜作为计划控制条件,应靠加设暂时支撑,控制混凝土浇筑高度等工程方法来处理。钢衬所受外水压力来源于从钢衬始端沿钢衬外壁向下的渗流。渗流水压力可假定沿管轴线直线改动。
为安 全计,钢衬最小外压力不小于0.2mpa。钢衬上游段承受的内压值小,管壁薄,但钢衬外渗流水压大,是抗外压失稳的要点。应该在钢衬首端采纳阻水环等防渗方法,并在阻水环后设排水方法,这么可以比照有效地降低钢衬外渗压。接缝灌浆可减小缝隙,也有利钢衬抗外压失稳。坝内埋管钢衬在放空时外压失稳的事端比照稀有。
三、坝后背管
为了处理钢管设备与坝体混凝土浇筑的对立,一些大型坝后式水电站将钢管安 顿在混凝土坝的下贱坝面上,构成下贱面管道,或称为坝后背管。下贱面管道除进水口后一小段管道穿过坝体外,首要有些沿坝下贱面铺设,如图8-48。
与坝内埋管比较,下贱面管道有如下利益:便于安 顿;减少管道空腔对坝体的削弱,有利于坝体安 全;坝体施工不受管道施工与设备的烦扰,可以进步坝体施工的质量,并加速发展和提早发电;管道可以随机组的投产先后分期施工,有利于合理安 排施工发展,且减少出资积压,机组台数较多时,效益更为明显。