專利名稱：抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管道結(jié)構(gòu)，具體是一種抽水蓄能電站地下埋藏鋼岔管的結(jié)構(gòu)， 充分利用圍巖聯(lián)合受力，減薄鋼岔管設(shè)計(jì)管壁，降低鋼岔管焊接施工難度，保證鋼岔管 施工質(zhì)量，節(jié)省工程投資。
背景技術(shù)：
抽水蓄能電站利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能抽水至上水庫(kù)，在電力負(fù)荷高峰期再放水 至下水庫(kù)發(fā)電的水電站。又稱蓄能式水電站。它可將電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)的多余電能，轉(zhuǎn)變?yōu)?電網(wǎng)高峰時(shí)期的高價(jià)值電能，還適于調(diào)頻、調(diào)相，穩(wěn)定電力系統(tǒng)的周波和電壓，且宜為 事故備用，還可提高系統(tǒng)中火電站和核電站的效率。
根據(jù)已建抽水蓄能電站的工程經(jīng)驗(yàn)，在壓力鋼管設(shè)計(jì)中，充分利用圍巖分擔(dān)內(nèi)水壓，解 決大HD鋼管技術(shù)難題的重要手段，且具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益，但是，迄今為至，在眾多 工程中，實(shí)際應(yīng)用絕大多數(shù)只限于直圓管段，而未涉及鋼岔管領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中，鋼岔 管通常采用明岔管結(jié)構(gòu)，這種明岔管需要采用800MPa級(jí)鋼材，并且按新規(guī)范要求，即使 采用800MPa級(jí)鋼材，仍存在多個(gè)母線轉(zhuǎn)折點(diǎn)處局部膜應(yīng)力超標(biāo)，同時(shí)肋板內(nèi)外應(yīng)力分布 嚴(yán)重不均勻，遠(yuǎn)非小偏心受拉板，其最大斷面處內(nèi)緣應(yīng)力嚴(yán)重超標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是在充分吸收壓力管設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出抽水 蓄能電站地下埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)圍巖分擔(dān)率的測(cè)算提出了確 實(shí)可行的技術(shù)方案。
本實(shí)用新型所述的一種抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，包括鋼岔 管和圍巖，鋼岔管埋藏在圍巖內(nèi)，鋼岔管與圍巖在垂直向和水平向存在縫隙。 上述垂直向縫隙取2.0mm，水平縫隙取1.0mm。
鋼岔管由錐管、柱管、肋板組合而成板殼組合結(jié)構(gòu)，所述肋板是對(duì)稱Y型內(nèi)加強(qiáng)月 牙型肋板。鋼岔管的鋼板優(yōu)先選用600MPa級(jí)鋼板，管殼厚度為60mm，肋板厚度取IOO腿。本實(shí)用新型采用鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力進(jìn)行設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)尚屬首位，該結(jié)構(gòu)利用鋼 岔管在內(nèi)水壓力作用下發(fā)生變形，首先使部分管壁填滿縫隙，繼而接觸圍巖，并引起與 岔管接觸部分的圍巖產(chǎn)生與岔管內(nèi)水壓力方向相反、大小和位移有關(guān)的彈性抗力。由于 這種彈性抗力的作用，圍巖對(duì)岔管管壁徑向位移會(huì)起到一定的約束作用，同時(shí)使圍巖分 擔(dān)一部分內(nèi)水壓力，并使得岔管管壁應(yīng)力和徑向位移趨于一定程度的均勻化。該結(jié)構(gòu)減 少了對(duì)鋼岔管強(qiáng)度的要求，可采用強(qiáng)度較低的鋼材，且鋼岔管壁厚也可以相應(yīng)減小。 附閣說明


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是
圖1的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合一個(gè)實(shí)施例具體介紹本實(shí)用新型。
某抽水蓄能電站在地下廠房上游約80m處設(shè)有兩個(gè)引水岔管(采用鋼襯)，將2條 引水隧洞分岔為4條壓力支管，如
圖1和圖2所示，鋼岔管主管直徑為4. 8m，支管直徑 為3.4m。鋼岔管埋藏在圍巖內(nèi)，鋼岔管與圍巖在垂直向和水平向存在縫隙。其中垂直向 縫隙取2.0mm，水平向縫隙取1.0mm。岔管采用對(duì)稱Y型內(nèi)加強(qiáng)月牙型肋鋼岔管。確定 鋼岔管分岔角70° ，公切球半徑2. 6866m。管殼厚度為60mm，內(nèi)加強(qiáng)月牙肋厚度為100mm， 鋼材采用600MPa級(jí)鋼板。 1、圍巖參數(shù)
彈性模量E^7.39Xl()3MPa及泊松比u d=0. 3，根據(jù)圍巖單位彈性抗力K。的定義 (K。=E/(100(1+W))則可求得K。=56. 84MPa/cm。岔管開挖半徑R=3. 75m，開挖面上K =100 Ko=E/R，因而可取K=15MPa/cm，而按設(shè)計(jì)對(duì)岔管處另外提供的K。=20MPa/cm， 則開挖面上K二5. 33 MPa/cm，計(jì)算取5. 0 MPa/cm。
設(shè)計(jì)給定的岔管處縫隙值為1. 2mm，根據(jù)對(duì)以往其他工程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，縫隙數(shù)值大 小對(duì)岔管聯(lián)合受力影響十分顯著。為闡明縫隙的影響，特作了系列計(jì)算，以徑向縫隙 1. 0、 1. 2、 2. 0、 3. 0、 5. 0、 8. 0不同的取值，彈性抗力取上述的平均值，即K=10MPa/cm， 計(jì)算出結(jié)構(gòu)本實(shí)用新型的鋼岔管。
通常，自然狀況下的圍巖常常因生成條件或構(gòu)造原因呈非均勻性，這使得圍巖的 力學(xué)特性呈現(xiàn)各向異性。設(shè)計(jì)提供的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)試驗(yàn)資料也反映出水平向的彈性模量比 其垂直向的大得多，本實(shí)用新型考慮圍巖和縫隙的各向異性因素對(duì)岔管應(yīng)力的影響， 作為一種對(duì)比研究，取垂直向的彈性抗力為K=5.0MPa/cm,水平向K=10MPa/cm。此 外，考慮到施工和圍巖塑性變形因素，縫隙分布也有不均勻性，垂直向縫隙取2.0mm，水平縫隙取1. 0mm。
月牙肋岔管是空間結(jié)構(gòu)，并有肋板的加強(qiáng)作用，在管壁厚度、縫隙和圍巖條件相同 時(shí)，埋藏式岔管的抗外壓穩(wěn)定能力無疑是高于其主直管，而且工程實(shí)踐上埋藏式岔管從 未出現(xiàn)過外壓失穩(wěn)事故。由此可見，埋藏式月牙肋岔管的抗外壓穩(wěn)定能力應(yīng)高于其主管 的抗外壓能力。而且本工程岔管之前直管段半徑為2400mm，厚度44隱，用600MPa級(jí)鋼 材，該處外壓1.27MPa ，設(shè)計(jì)按照規(guī)范推薦的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，其外壓穩(wěn)定安全系數(shù)大 于2。眾所周知，經(jīng)驗(yàn)公式得到的結(jié)果是偏安全的，如果用規(guī)范推薦的以下Amstutz公 式，計(jì)算結(jié)果會(huì)得出更大的外壓穩(wěn)定安全系數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula>
而岔管的設(shè)計(jì)厚度為50mm或更厚，其外壓穩(wěn)定更不是問題。
權(quán)利要求1、一種抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，其特征是包括鋼岔管和圍巖，鋼岔管埋藏在圍巖內(nèi)，鋼岔管與圍巖在垂直向和水平向存在縫隙。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，其特征是:垂直向縫隙取2.(km，水平縫隙取1.0mra。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)， 其特征是鋼岔管由錐管、柱管、肋板組合而成板殼組合結(jié)構(gòu)，所述肋板是對(duì)稱Y型內(nèi) 加強(qiáng)月牙型肋板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，其特 征是所述鋼岔管的鋼板選用600MPa級(jí)鋼板，管殼厚度為60mm，肋板厚度取100mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種抽水蓄能電站埋藏式鋼岔管與圍巖聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，包括鋼岔管和圍巖，鋼岔管埋藏在圍巖內(nèi)，鋼岔管與圍巖在垂直向和水平向存在縫隙。垂直向縫隙取2.0mm，水平縫隙取1.0mm。鋼岔管由錐管、柱管、肋板組合而成板殼組合結(jié)構(gòu)，肋板是對(duì)稱Y型內(nèi)加強(qiáng)月牙型肋板。本實(shí)用新型利用鋼岔管在內(nèi)水壓力作用下發(fā)生變形，首先部分管壁填滿縫隙，繼而接觸圍巖，并引起圍巖產(chǎn)生與岔管內(nèi)水壓力方向相反、大小和位移有關(guān)的彈性抗力。由于這種抗力，圍巖對(duì)岔管管壁徑向位移起到約束作用，同時(shí)分擔(dān)一部分內(nèi)水壓力。本實(shí)用新型減少了對(duì)鋼岔管強(qiáng)度的要求，可采用強(qiáng)度較低的鋼材，且鋼岔管壁厚也可以相應(yīng)減小。
文檔編號(hào)E02B9/06GK201330388SQ20082021511
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者姜長(zhǎng)飛 申請(qǐng)人:華東宜興抽水蓄能有限公司