[發明專利]一種確定水電站地下埋藏式鋼管管壁厚度的方法

有效

• 申請號: 201510274723.5
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104866723B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 康歡;李建平;邱樹先;劉昌桂;趙路
• 申請（專利權）人: 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司43113
• 代理人: 盧宏

技術領域

本發明涉及一種確定水電站地下埋藏式鋼管管壁厚度的方法。

背景技術

在我國建設的許多大型水電站和抽水蓄能電站中，地下埋藏式鋼管是主要的引水管道結構形式。在“安全第一”和“資產全壽命周期管理”總體最優的思想指導下，地下埋藏式鋼管廣泛應用于不同水頭水電站的地下輸水系統中，尤其常見于高水頭抽水蓄能電站的引水系統。由于事關整個工程的安全性與經濟性，如何確定好地下埋藏式鋼管的管壁厚度是設計人員十分關心的問題。

地下埋藏式鋼管的埋藏結構示意圖如圖1所示。

圖1中恒溫區是指圍巖溫度穩定，不會影響結構受力的區域；熱影響區包括圍巖完整區、圍巖破碎區及襯砌區域，各區域會因溫度變化而引起變形，從而影響結構受力。總縫隙值δ₂為鋼管、圍巖因溫度變化所產生的縫隙與施工作業中產生的縫隙之和，具體體現為鋼管與襯砌之間的縫隙δ₂₁、襯砌與圍巖之間的縫隙δ₂₂。在地下埋藏式鋼管的管壁厚度確定過程中，襯砌僅作為傳力媒介考慮，不承受相應荷載，因此對于磚石襯砌、片石混凝土襯砌、鋼筋混凝土襯砌，其基本的計算原理均適用，區別僅在于縫隙值的取值不同。

目前，設計人員對于地下埋藏式鋼管的管壁aaa厚度確定方法均基于厚壁圓筒變形相容原理，即將鋼管、襯砌、圍巖作為一壁厚無限大的圓筒進行分析，并認為鋼管、襯砌、圍巖的變形是連續的，不發生某些部位的相互分離或侵入，滿足彈性力學變形相容方程。

根據《水電站壓力鋼管設計規范DL/T5141-2001》，地下埋藏式鋼管的管壁厚度確定方法如下：

1)進行圍巖覆蓋厚度條件(一)的判別

Hr≥6r

當圍巖厚度滿足該條件時，此時才可將鋼管、襯砌、圍巖作為一無限大的厚壁圓筒進行考慮；該條件是利用厚壁圓筒變形相容原理確定鋼管管壁厚度的必要條件。

當圍巖厚度不滿足該條件時，則不能利用厚壁圓筒變形相容原理確定鋼管管壁厚度，此時鋼管管壁厚度計算式為σ_R按明管取值。

2)進行縫隙條件的判別，

當滿足該條件時，鋼管變形大于縫隙值，鋼管承受的內水壓力才可以傳遞到圍巖上，即該條件是考慮圍巖聯合承載的必要條件。

當不滿足該條件時，不考慮圍巖聯合承載，此時鋼管管壁厚度計算式為其中σ_R按埋管取值。

3)試算圍巖分擔的最大內水壓力

其中

4)進行圍巖覆蓋厚度條件(二)的判別，

如果圍巖承擔的內水壓力大于其重力及側向壓力，圍巖可能會被掀開，因此該判別條件是對圍巖的承載能力進行判別，其物理意義是要確保試算所得到的圍巖可能分擔的內水壓力不大于圍巖的重力其側向壓力所能提供的最大值。

5)選擇相應壁厚計算公式進行壁厚計算

當圍巖覆蓋厚度條件(二)滿足時，鋼管管壁厚度計算式為：

當圍巖覆蓋厚度條件(二)不滿足時，令p₂＝γ_rHrcosα(1+η_rtan²α)，

鋼管管壁厚度計算式為：

地下埋藏式鋼管管壁厚度確定計算中所涉及的參數及說明如下：

Hr為垂直于鋼管管軸的最小覆蓋圍巖厚度，

r為鋼管內徑，

p為內水壓力，

p₂為圍巖分擔的最大內水壓力，

σ_R為鋼管結構構件的抗力限值，

E_s2為平面應變問題的鋼材彈性模量，

δ₂為鋼管、襯砌、圍巖間總縫隙值，

r₅為襯砌內徑，

K₀為圍巖單位抗力系數，

K_0c為圍巖單位抗力系數臨界值，

γ_r為圍巖重度較小值，

α為鋼管管軸與水平面夾角，

η_r為圍巖側向壓力系數，

t為鋼管管壁厚度，

t_min為鋼管最小管壁厚度，根據r的不同，在DL/T5141-2001中對應取值。