[摘要] 埋藏式岔管國內外基本按明管設計，圍巖分擔內水壓力僅作為一種安全儲備。西龍池抽水蓄能電站岔管PD值遠超過國內已建工程規模，在國內首次采用考慮圍巖分擔內水壓力設計。本文重點介紹西龍池岔管考慮圍巖分擔內水壓力設計成果。首先通過三維有限元結構分析，較系統研究岔管圍巖分擔內水壓力的規律，并初步提出埋藏式岔管的設計原則；通過1:2.5比尺的現場結構模型試驗驗最終確定埋藏式岔管設計參數和驗證有限元計算成果。

［關鍵詞］抽水蓄能電站 西龍池 內加強月牙肋岔管 圍巖分擔內水壓力設計

Design of Assuming Surrounding Rock to Share Internal Water Pressure for Escher-Wyss Wyepiece at Xilongchi Pumped Storage Power Station

WANG Zhiguo(Beijing Hydropower Investigation Design & Research Institute,CHECC,Beijing 100024)

[Abstract] Buried bifurcated pipes have been designed normally as exposed ones,in which,sharing internal water pressure with surrounding rock is taken as a safe reserve only.With a PD Value of far more than those in the existing domestic projects,this project adopts firstly the design assuming surrounding rock to share internal water pressure.This paper describes mainly the design results.In this paper,Law of sharing internal water pressure with surrounding rock is investigated systematically by means of 3D finite element structural analysis to give preliminary design principles for buried bifurcated pipes,and through the testing on a 1:2.5 site structure model,the design parameters are determined finally and the calculated results of EFM are demonstrated.

[Key words] Xilongchi pumped storage power station, Escher-Wyss wyepiece,Design of assuming surrounding rock to share internal water pressure

西龍池抽水蓄能電站岔管PD值達3552.5m2，遠超過國內已建工程規模，在世界上也位于前列，如按傳統方法即明管設計，管殼和肋板較厚，將會使岔管制造、安裝難度較大，為此考慮圍巖分擔內水壓力設計。國內外埋藏式岔管基本按明管設計，圍巖分擔內水壓力僅作為一種安全儲備。對于大PD岔管考慮圍巖分擔內水壓力，減小鋼板厚度的意義不僅在于節約鋼材用量，更重要的是降低岔管制安難度。以往有些工程也不同程度地考慮圍巖分擔內水壓力的潛力，如以禮河三級電站斜井式調壓井的分岔結構、漁子溪一級電站三梁岔管等，這些經驗作法納入《水電站壓力鋼管設計規范（試行）》(SD144-85)，通過提高10%～30%允許應力來間接地反映圍巖分擔內水壓力的作用。在岔管的實際運行狀態下，內水壓力是通過變形協調，實現圍巖與鋼岔管共同分擔的。通過對已建工程岔管的原型觀測資料分析發現岔管應力并不高，證明圍巖分擔內水壓力的作用是明顯的。關于岔管圍巖分擔內水壓力設計國內外尚處于探索階段，如何考慮圍巖分擔內水壓力的作用，還沒有較成熟的方法。目前僅有日本的奧美濃電站的內加強月牙肋岔管，進行了圍巖分擔內水壓力設計嘗試，由于是首次嘗試，缺乏經驗，設計時圍巖分擔率限制在15%以下［6］，而原型觀測結果表明，圍巖分擔率遠大于15%，圍巖分擔作用是相當明顯的。1西龍池岔管基本參數西龍池工程為一等Ⅰ級工程，工程規模屬大(Ⅰ)型。岔管按Ⅰ級建筑物標準設計。西龍池抽水蓄能電站鋼岔管位于2Z1-2和2Z1-3地層中，2Z1-2巖性為極薄層—薄層條帶狀、泥質條帶狀灰巖與中厚層—厚層泥質柱狀灰巖互層，2Z1-3巖性為極薄層—薄層條帶狀、泥質條帶狀灰巖與中厚層—厚層泥質鮞狀灰巖互層。巖石呈微風化至新鮮狀態，圍巖類別屬于Ⅲb類。圍巖裂隙較發育，主要有走向NE40~60°和NW300~320°兩組陡傾裂隙。巖石飽和抗壓強度為60~95MPa，水平、垂直變形模量分別為10 GPa和7Gpa，泊松比為0.28。岔管部位上覆巖體厚度260.0m，岔管采用對稱“Y”型內加強月牙肋鋼岔管，主管直徑3.5m，支管直徑2.5m。岔管設計內水壓力為10.15MPa。2應力控制標準西龍池電站高壓岔管PD值達3552.5m2，通過結構分析和工程類比，需采用80kgf/mm2級鋼板制造。80kgf/mm2級鋼材目前我國還沒有標準，且《水電站壓力鋼管設計規范》DL/T 5141-2001也沒明確規定80kgf/mm2級鋼材的設計強度。考慮到80kgf/mm2級鋼材將采用日本標準，且岔管采用國際整體采購，并根據十三陵工程成功經驗，岔管應力控制標準按日本《水門鐵管技術基準》。對于內加強月牙肋岔管，可分為管殼

HDPE土工膜是以(中)高密度聚乙烯樹脂為原料生產的一種防水阻隔型材料。（密度為0.94g/cm3或以上的土工膜）。HDPE土工膜全稱“高密度聚乙烯膜”，具有優良的耐環境應力開裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60--+60)和較長的使用壽命 (50年)。HDPE土工膜全稱“高密度聚乙烯土工膜”，具有優良的耐環境應力開裂性能，抗低溫、抗老化、耐腐蝕性能，以及較大的使用溫度范圍(-60--+60)和較長的使用壽命50年，廣泛使用在生活垃圾填埋場防滲，固廢填埋防滲，污水處理廠防滲，人工湖防滲，尾礦處理等防滲工程。

部位的膜應力、局部膜應力、峰值應力和肋板的應力。依據岔管不同部位應力是否有自限能力和自限程度的不同，來區分應力的控制要求。比較ASME鍋爐及壓力容器規范Ⅷ—2對應力控制的標準，對膜應力、局部膜應力和峰值應力的不同限制值，在岔管設計時應對局部膜應力給予特別的關注。

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