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如何去代理压力管道用钢板特种设备生产资质

对埋管可减少开挖工程量。由于外型规整，内水压力也易于通过管壳传给混凝土衬砌和围岩，使围岩的弹性抗力得到更好地发挥。这种岔管在生产建设中通过理论分析、模型试验和原型观测已经积累了一些经验，可应用于大中型电站。鉴于国内已建的大月牙胁岔管均为埋管，对于高水头、大直径的明管，还应深入地研究。

(三) 贴边式岔管

　　贴边式岔管是在卜形布置的主、支管相贯线两侧用补强板加固，如图8-35所示，补强板与管壁焊固形成一个整体。补强板可以焊固于管道外壁或内壁，或内外壁均有补强板。与加固梁相比，补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管

壁共同承担。在内水压力作用下，由于补强板刚度较小，有可能发生较大的向外的位移，因此常用于埋藏式岔管，能把大部分不平衡水压力传给围岩。

　　贴边式岔管常用于中、低水头Y型布置的地下埋管，尤其是支、主管直径之比(d/D)在0.5以下的情况，如果d/D大于0.7，不宜采用贴边式岔管。

　　加强板的宽度应不小于(0.12～0.18)D，其中D为主支管轴线相交处的主管直径。当采用内外补强板时，宜取内、外层板的宽度不等。

(四) 球形岔管

　　球形岔管是通过球面体进行分岔，它是由球壳，圆柱形主、支管以及补强环和导流板等组成，如图9－36所示。在内水压力作用下，球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一半，因此，这种岔管适用于高水头大中型电站。球形岔管是国外采用比较多的一种成熟管型，目前国内应用尚少。

　　球壳所承受的荷载主要为内水压力、补强环的约束力和主、支管的轴向力。主、支管的轴向力对球壳应力有很大影响，在结构上应认真对待。垂直方向的支管应加以锚定，若为具有伸缩节的自由端，则管壁不能传递轴向力，作用于球壳上的轴向水压力将无法平衡。

　　球壳厚度可按内水压力作用下球壳的膜应力来确定，并考虑热加工及锈蚀等余量。补强环与球壳铆接，而与主、支管用焊接连结。从理论上讲，球壳在内压力作用下不产生弯矩，但是，在球壳与主、支管连接处，由于结构的不连续性，仍需用三个补强环加固。

　　补强环上的作用荷载有球壳作用力、管壳作用力和补强环直接承受的内水压力。应当力求使上述三种力通过补强环断面的形心，以使补强环为一轴心受拉圆环，而不使断面产生扭转。

　　球形岔管突然扩大的球体对水流不利。为了改善水流条件，常在球壳内设导流板。导流板上设平压孔，因此不承受内水压力，仅起导流作用。

　　图3-36 球形岔管

(五) 无梁岔管

　　无梁岔管是在球形岔管的基础上发展起来的。球形岔管利用球壳改善了结构的受力条件，球壳与主支管圆柱壳衔接处存在结构的不连续性，要加设三个补强环。补强环需要锻造，与管壳焊接时要预热，球壳一般也要加热压制成形，有的球岔在制成后还需进行整体退火，因此工艺复杂。另外补强环与管壳刚度不协调的矛盾仍未解决。

　　为了改善受力条件，可以用直径较大的锥管和球壳沿切线方向衔接，使球壳只剩下上下两个面积不大的三角形，并在主、支管和这些锥管之间插入几节逐渐扩大的过渡段，构成一个比较平顺的、无太大不连续接合线的体型，从而形成无梁岔管，如图8-37所示。无梁岔管是一种有发展前途的管型，目前国内应用较少，能发挥与围岩共同受力的优点。

　　另外，国外的电站还采用了隔壁岔管，由扩散段、隔壁段、变形段组成，各级皆为完整的封闭壳体，除隔壁外，无其它加强构件，受力条件很好，水流流态较优，且不需要大的锻件，见图8-38。

　　我国50年代建造的岔管，尺寸及内压不大，多为贴边式；60年代由于高水头电站的出现，梁式岔管应用较多；随着钢管的规模增大，大直径、高内压的三梁岔管，制作安装困难较大，技术经济指标不佳，逐渐采用月牙肋岔管，少数工程还采用了球形岔管和无梁岔管。

　　　　　图8-37 无梁岔管图8-38 隔壁岔管

第九节地下埋管

一、地下埋管的布置与工作特点

　　地下埋管是埋藏在地下岩层之中的管道，其施工过程是：首先在岩石中开挖隧洞，并清理石渣，进行支护等，然后安装钢管，再在钢管和岩石洞壁之间回填混凝土，最后进行接触灌浆。在大型水电站中应用较多。根据其轴线的方向，有斜井和竖井两类。也称为隧洞式压力管道或地下压力管道。

(一) 工作特点及适用条件

　　地下埋管是我国大中型水电站建设中应用最广泛的一种引水管道型式，国外装机容量在1000MW以上的水电站中，采用地下埋管的占40%左右。这是因为与明钢管相比，地下埋管有一些突出的优点。

　　(1) 布置灵活方便

　　地下埋管由于在山体内部，管线位置选择较自由，与地面管线相比，一般可以缩短长度。在大多数情况下，地质条件优于地表，容易选择地质条件好的线路。在不易修建明钢管的地方，一般可以布置地下埋管。地下厂房一般全部或部分采用地下埋管。

　　另外，由于岩石力学和地下工程设计、施工技术的迅速发展，修建压力坚井和斜井的技术已经很成热，施工条件和费用在有的国家已开始优于地面管道。

　　(2) 钢管与围岩共同承担内水压力，从而可减小钢衬厚度。围岩分担内水压力的比例取决于岩石的性质。当岩石坚硬、完整时，围岩承担较大的内水压力，甚至承担全部内水压力，钢板只起防渗作用；特大容量、高水头的管道，HD值很大，采用明管技术难于实现，地下埋管就可能得以解决。当上覆岩石较薄(<3D)，岩石质量不好时，设计中往往不考虑岩石的承载能力，但提高钢衬的允许应力。地下埋管的允许应力见本章第五节表8-5。

　　(3) 运行安全

　　地下埋管的运行不受外界条件影响，维护简单，围岩的极限承载能力一般很高，钢材又有良好的塑性，因此管道的超载能力很大。

　　当然，地下埋管也有一些缺点，如构造比较复杂，施工安装工序多，工艺要求较高，施工条件较差，会增加造价；由于地下埋管所承受的外压力较大，所以外压稳定问题突出等。

　　由于围岩承担了一部分荷载，管壁较薄，节省了钢材，但放空检修、施工期灌浆压力、水库蓄水后地下水(外水压力)很容易造成外压失稳破坏。国内外地下埋管破坏多数为外压失稳。

(二) 布置

　　地下埋管的线路选择见本章第二节。

　　地下埋管一般多采用联合供水方式，但如果管道较短、引用流量较大、机组台数较多、分期施工间隔较长或工程地质条件不易开挖大断面洞井，则经技术经济比较，也可采用两根或更多的管道，用分组供水或单元供水方式向机组输水。相邻两管道之间应有足够的间距，以保证其岩体的强度，防止出现失稳情况。

　　为保证施工运行安全，地下管道应布置在坚固完整、地下水位低的岩层中。对管线的地质构造(岩石走向、节理裂隙)进行认真研究，以防塌方和岩石脱落，地下施工要考虑出碴和浇筑混凝土要求，管道与水平面夹角不宜小于40。

　　为了保证上覆岩层的稳定，应留有足够的岩石厚度。

　　洞井的布置方式有竖井、斜井和平洞三种，应根据工程布置、施工条件、施工机械和施工方法选用。

(三) 构造与施工要求

　　地下埋管是钢衬、回填混凝土、岩体共同受力的组合结构。其施工程序包括洞井开挖、钢衬安装、混凝土回填和灌浆四个工序。

　　(1) 洞井开挖

　　洞井开挖要尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖，以保持圆形孔口，使洞壁尽量平整，并减少爆破松动影响。另外，要合理选择施工支洞的高程和位置，以方便出碴、运输钢衬和混凝土浇筑，并考虑作为永久排水洞和观测洞。钢管管壁与围岩之间的净空间尺寸，根据施工方法和结构布置(开挖、回填、焊接等施工方法以及有无锚固加劲环等)确定。需要在管壁外侧进行焊接者，两侧和顶部至少留0.5m，底部至少留0.6m。加劲环距岩壁至少0.3m。应尽量减少现场管外焊接，减小加劲环高度，以减少岩石开挖和混凝土回填方量。

　　(2) 钢衬安装

　　钢衬一般在工厂制成一定长度的管节，运输到洞内，用预埋锚件固定，校正圆度、压缝整平后进行焊接。

　　(3) 混凝土回填

　　钢衬与围岩之间回填的混凝土仅起传递径向内压力而不必承受环向拉力，标号不必太高，但也不宜低于C15。更重要的是要采用合适的原材料和级配、合理的输送、浇筑和振捣工艺，以保证回填混凝士密实、均匀、围岩和钢衬紧密贴合。平管的底部，止水环和加劲环附近加强振捣，严禁出现疏松区和空洞区。混凝土回填的缺陷对钢衬外压稳定非常不利。采用预埋骨料压浆混凝土和微膨胀水泥等，常会取得较好的效果。

　　(4) 灌浆

　　灌浆分为回填灌浆，接缝灌浆和固结灌浆。我国钢管设计规范规定：平洞、斜井应作顶拱回填灌浆，灌浆压力不应小于0.2MPa，但也不得大于钢管抗外压临界压力。钢管与混凝土衬圈之间如果存在超过设计允许的缝隙，应进行接缝灌浆。接触灌浆宜在气温最低的季节施工，以减少缝隙值，其灌浆压力不宜大于0.2MPa，并保证钢管在灌浆过程中的变形不超过设计允许值。基岩固结灌浆可视围岩情况、内水压力、设计假定、开挖爆破方式等情况确定，其灌浆压力不宜小于0.5MPa。

　　灌浆过程中，应严密监视，防止钢管失稳等事故，必要时可采取临时支护措施。灌浆后，全部灌浆孔必须严密封闭，以防运行时内水外渗，造成事故。

二、地下埋管承受内压时的强度计算

　　从结构上来看，地下埋管相当于一个圆筒型多层组合结构，其结构计算基于以下假定：

　　(1) 结构中的各层材料(钢材、混凝土、岩石等)均处于弹性状态，且为各向同性体；

　　(2) 钢衬安装后回填混凝土之前，围岩已经充分变形，故混凝土层和钢衬中不存在初始应力；

　　(3) 在钢衬与混凝土、混凝土和围岩之间存在微小的初始缝隙。

　　地下埋管的结构分析方法，根据缝隙条件和覆盖围岩厚度，分为钢管与围岩共同承受荷载和由钢管单独承受荷载两类情况。单独承担和载情况的计算与明钢管相同。共同承担荷载时，地下埋管在内压作用下发生变形，变形前后的状态和荷载传递情况见图8-39所示。图的上下两部分分别为地下埋管受内水压力前后的部分横断面图。埋

　　图8-39 地下埋管的变形

管承受内压后，钢衬发生径向位移，待缝隙消失后，继续向混凝土衬圈传递内压，使混凝土内发生环向拉应力，从而在衬圈内产生径向裂缝。内压通过混凝土楔块继续向围岩传递，围岩产生向外的径向位移并形成围岩抗力，使埋管在内压下得到平衡。如果缝隙是均匀的，岩石又是各向同性的，那末地下埋管是对称的组合圆筒结构，在均匀内压下的位移和应力可按平面应变下的相容条件得出解析解答。地下埋管承受内压时的计算包括两方面，其一是在已知钢管厚度情况下，求钢衬应力σθ，其二是在已知钢衬允许应力的情况下求解钢衬厚度。

　　在内水压力P作用下，设已经开裂的混凝士衬圈与围岩之间的径向接触应力为q，则根据衬圈楔块的力的平衡条件，钢衬与衬圈之间的接触应力：

　　 (8-40)

　　钢衬在内压P和外压Pc作用下的环向拉应力：

　　 (8-41)

　　钢衬的径向位移(离心方向)：

　　 (8-42)

上二式中：E——钢衬的弹性模量；

　　 μ——钢衬的泊松比。

　　混凝士衬圈的楔块仅在径向受到Pc及q的作用，在混凝土浇筑质量得到保证的情况下，其径向压缩位移量很小，可以忽略不记。围岩在内压q作用下的径向位移

　　 (8-43)

式中，K称为围岩的抗力系数，其定义是围岩中给定半径的圆形孔口受均匀内压作用下，孔周发生1cm径向位移值时所需的均匀内压值，单位为MPa/cm。工程上常使用单位抗力系数K0，即半径为100cm的孔口受均匀内压时，孔周发生1cm径向位移值时均匀内压值，如果围岩是线弹性体，则存在下列关系

　　 K＝100K0/r3 (8-44)

　　于是 (8-45)

　　根据钢衬、混凝土衬圈和围岩径向位移必须相容的条件，有

将各表达式代入化简，并考虑r2≈r1，可得

　　 (8-46)

　　 (8-47)

　　因此可以得出钢衬应力的计算公式，或在给定钢管构件抗力限值的情况下，求管壁厚度的计算公式：

　　 (8-48)

　　 (8-49)

三、影响钢衬应力的因素

　　对钢衬应力影响比较大的是岩体特性和初始缝隙。

　　1．围岩单位抗力系数K0的影响

　　首先看一下单位抗力系数K0的影响程度。设有一地下埋管，其r1=200cm，δ＝1.2cm、P＝2MPa，Δ＝0时，K0分别等于0(围岩无抗力)及40MPa/cm，则钢衬应力由333MPa降为85.5MPa。可见K0值是很重要的。

　　但是工程设计中很难准确地选取K0值。因为岩体中常存在比较软弱的节理和裂隙，所以岩体本身并不是线弹性各向同性体，在试验室中也无法准确地确定岩体的参数，所以岩体的参数只有靠大规模现场试验或工程经验确定。但一方面现场试验成本高，另外隧洞线路较长，各部分的参数不尽相同，且试验探洞的部位以及荷载大小等都对结果有影响，所以选用计算参数时要非常谨慎。

　　在确定了岩体的弹性模量Er和泊松比μr后，可以由下式计算单位抗力系数K0

　　 (8-50)

　　2．初始缝隙值Δ对钢衬应力的影响

　　初始缝隙值Δ对钢衬应力的影响也可由下面的算例看出，设r1=200cm，δ＝1.2cm、P＝2MPa，K0＝40MPa/cm，则Δ由0变为1mm时，钢衬应力由85.5MPa增加到171MPa。

　　初始缝隙值Δ的变化很大，影响其大小的因素很多，也相当复杂，不易准确确定。初始缝隙主要由以下几种缝隙组成：

　　(1) 施工缝隙Δ0：回填的混凝土在凝固过程中释放的水化热使钢衬膨胀，混凝土凝固以后温度恢复正常，混凝土和钢衬均发生收缩，在钢衬和混凝土以及混凝土与岩石之间形成缝隙。

　　施工缝隙的大小与混凝土的收缩和施工质量有很大关系，各工程和钢管的不同部位也都不相同

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