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钢筋混凝土岔管是水电站地下工程的关键结构,由于其结构形状复杂,受力状况不明确,其结构设计历来为人们所重视。特别是近年来,随着高水头、深埋藏的大型水电站的兴建,钢筋混凝土岔管结构的规模越来越大,它的重要性更为突出,从而把钢筋混凝土岔管结构的科研、设计、施工技术水平推向了一个崭新的阶段。
近年来,由于岔管结构PD值大,若采用地下埋藏式钢岔管,需要的钢衬一般较厚,使得钢岔管焊接工艺复杂、施工困难;处于高地下水的地质条件时,钢衬还容易失稳破坏。因而,在地形和地质条件允许的情况下,应尽量采用地下钢筋混凝土岔管,以充分利用围岩来承担内水压力,减薄衬砌厚度,达到结构安全、经济合理的目的。同钢岔管比较,钢筋混凝土岔管有着节省钢材、降低工程造价、简化施工工序、加快工程进度、保证工程质量的显著优点。
钢筋混凝土岔管的应力分析直接关系到管道自身和与其相连的机器、设备、土建结构的安全。通过计算,给出钢筋混凝土岔管结构及围岩在衬砌开挖、承受内水压力、外水压力等荷载情况下产生的应力和变形,向人们揭示围岩承担内水压力与初始地应力场的关系,并证明围岩具有很强的承担内水压力的能力,只要岩石条件较好,围岩覆盖厚度足够,采用钢筋混凝土岔管是安全可行的。
岔管设计的重点部位是岔裆处以及主管向支管转折处的应力高度集中区,该处的主拉应力远远超过了混凝土材料的设计抗拉强度。主管和支管段衬砌环向应力也都大于混凝土的设计抗拉强度,衬砌将开裂,必须按照有关规范配置相应的钢筋,以确保引水岔管结构安全。从岔管的埋置深度方面进行综合考虑,避免围岩水力劈裂的产生。无论是内压工况还是外压工况,都需要围岩参与承载。围岩的承载作用对于衬砌结构的安全具有重要影响,因此将锚杆在围岩外面预留一定长度,并将其与衬砌内的钢筋焊接在一起。此外,还应加强岔管处围岩的固结灌浆及回填灌浆等工程措施,以保证围岩与衬砌的整体性,提高围岩承载能力。
本文叙述了水电站钢筋混凝土岔管发展概况,提出了钢筋混凝土岔管结构分析的有限元模型,总结了现行钢筋混凝土岔管结构计算的方法,给出了钢筋混凝土岔管结构配筋设计方案。最后,对黄鱼塘钢筋混凝土岔管结构进行了分析及设计,该研究为其它工程的钢筋混凝土岔管结构设计提供了可供借鉴的经验。