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1、1FJD34180FJD34180 FJDFJD水利水电工程技术设计阶段水利水电工程技术设计阶段地地 下下 钢钢 筋筋 混混 凝凝 土土 压压 力力 管管 道道设设 计计 大大 纲纲 范范 本本水利水电勘测设计标准化信息网 1998 年 8 月2工程工程 技术设计阶段技术设计阶段地下钢筋混凝土压力管道技术地下钢筋混凝土压力管道技术设计大纲设计大纲主 编 单 位:主编单位总工程师: 参 编 单 位:主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员: 勘测设计研究院年 月3目 次1. 引 言 .42. 设计依据文件和规范 .43. 基本资料 .44 设计原则与假定 .65
2、.设计工作内容与方法.76.专题研究.197.工程量计算.198.应提供的设计成果.204 引言引言工程位于 ，是以 为主， 等综合利用的水利水电枢纽工程。上水库(或上水池)正常蓄水位 、坝高 ；下水库(或下水池)正常蓄水位 、坝高 ；地下钢筋混凝土压力管道(或称高压管道)静水头 、最大水锤压力增值 、总水头 ；管道直径 、管道长度 ，管道 条。本工程初步设计于 年 月审查通过。2 2 设计依据文件和规范设计依据文件和规范2.12.1 有关本工程的文件有关本工程的文件(1)工程可行性研究报告；(2)工程可行性研究报告审批文件；(3)工程初步设计报告；(4)工程初步设计报告审批文件；(5)专题报
3、告。2.22.2 主要设计规范主要设计规范(1)SDJ 1278 水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(山区、丘陵区部分)(试行)及补充规定(2)SDJ 2078 水工钢筋混凝土结构设计规范(试行)(3)SD 13484 水工隧洞设计规范(试行)(4)SD 14485 水电站压力钢管设计规范(试行)(5)DL/T 5058-1996 水电站调压室设计规范(6)(88)水规设字第 8 号 水利水电工程设计工程量计算规定3 3 基本资料基本资料3.13.1 工程等级及建筑物级别工程等级及建筑物级别(1)根据 SDJ 1278 表 1 确定本工程为 等工程。(2)根据地下钢筋混凝土压力管道在电站枢纽工
4、程中所处的位置及其重要性，压力管道为 级建筑物。3.23.2 水文与气象资料水文与气象资料范本是按 SDJ 20-78 编写的，如用新规范 SL/T 191-96(或 DL/T 5057-1996)，则有关内容需作相应修改。提示：尚可根据情况，简述本电站的规模，在电力系统中的作用等。5(1)水库(水池)水温与气温，如表 1。表表 1 1 水库水库( (水池水池) )水温与气温水温与气温 单位：月 份 项目与位置 123456789101112多年平均上水库(上水池)月平均气温下水库(下水池)上水库(上水池)月平均水温下水库(下水池)(2)上水库(上水池)与下水库(下水池)的水位-流量关系曲线。
5、3.33.3 高压管道区域的地形、地质资料高压管道区域的地形、地质资料3.3.13.3.1 高压管道区域的地形资料高压管道区域的地形图(1100012000)。3.3.23.3.2 高压管道区域围岩工程地质资料(1)地质平、剖面图(110001500)。(2)围岩分类及岩体物理力学指标，见表 2。表表 2 2 高压管道围岩分类及岩体物理力学指标表高压管道围岩分类及岩体物理力学指标表围岩类别 项目名称 岩体特征 围岩性状 断层出露宽度比，%(以 10m 洞长计)岩石强度单轴饱和抗压强度 Rw，MPa地震波纵波速度 Vp，m/s岩体完整性系数 Kv裂隙发育组数裂隙发育频率，条/m岩体完整性岩体质量
6、指标 RQD，%动弹模 E0，MPa静弹模 E0，MPa静变模 Ed，MPa饱和容重 w，kN/m3泊桑比 岩体物理力学指标抗拉强度 T，MPa6弹性抗力系数 K0，MPaf 抗剪断强度 C，MPa(3)地应力：1)实测地应力资料(测试方法，地应力数值与方位、倾角)。2)地应力回归计算后资料。(4)高压管道区的地温资料。(5)本工程的地震基本烈度为度，高压管道设防烈度为度。3.3.33.3.3 高压管道区域围岩水文地质资料高压管道围岩水文地质指标，见表 3。表表 3 3 高压管道围岩水文地质指标高压管道围岩水文地质指标岩石类别单位吸水量，L/(minmm)渗透系数，m/s说明：表中的数字均为岩
7、体的单位吸水量及渗透系数。3.43.4 建筑材料物理力学性质建筑材料物理力学性质建筑材料的物理力学性质参数，见表 4。表表 4 4 建筑材料物理力学性质指标建筑材料物理力学性质指标材料名称标号或等级容重，kN/m3静弹模，Mpa泊桑比抗压强度，Mpa抗拉强度，MPa混凝土钢筋喷混凝土3.53.5 衬砌糙率衬砌糙率3.63.6 管道开挖及混凝土衬砌的施工方法管道开挖及混凝土衬砌的施工方法3.73.7 引水系统水力引水系统水力( (水力过渡过程水力过渡过程) )计算结果计算结果4 4 设计原则与假定设计原则与假定4.14.1 设计原则设计原则(1)高压管道的设计，除执行本大纲外，还应符合有关规程、
8、规范、标准的规定和要求。(2)高压管道设计应做到因地制宜、技术先进、经济合理、运行安全可靠。(3)设计前应注重调查研究、深入现场，认真收集和分析研究有关工程地质、水文地质、地应力、地形地貌等设计资料。4.24.2 设计假定设计假定4.2.14.2.1 钢筋混凝土衬砌的作用提示：关于高压管道在不同工况下的压力、流量、流速等。7(1)使管道表面平整，减少糙率；(2)承受围岩压力、或与围岩共同承受外水、内水压力及其它荷载；(3)为高压固结灌浆提供有效灌浆塞的位置；(4)减少内水外渗。4.2.24.2.2 若高压管道围岩的岩性质量好，衬砌开裂后，内水外渗不致危及围岩及相邻建筑物的安全时，可假定围岩承受
9、绝大部分的内水压力，其数值可通过有限元分析或变形协调条件推导的公式求得。钢筋的作用主要是限制混凝土裂缝开展宽度，同时只承受极小的内水压力，即按限裂设计。4.2.34.2.3 高压固结灌浆，除了起到加固围岩、防止高压水沿构造带渗流的作用外，作用在混凝土衬砌的有效预压应力，将钢筋应力限制在一定的范围内，使在内水压力作用下的混凝土衬砌的裂缝开展宽度得到控制。上述预压应力在缝宽计算时不予考虑。此外，对高压管道围岩应力释放区的高压固结灌浆，将使管道围岩的地应力得到调整，起到加强围岩与混凝土衬砌的联合作用。高压灌浆产生的对混凝土衬砌及灌浆区围岩的预压应力作用、以及有利的地应力调整，增加了高压管道的安全度。
10、5 5 设计工作内容与方法设计工作内容与方法5.15.1 地下钢筋混凝土压力管道设置条件及位置选择地下钢筋混凝土压力管道设置条件及位置选择5.1.1 地下钢筋混凝土压力管道设置条件(1)高压管道处的地质条件良好。深埋在岩体中，围岩较完整，大部分属、类围岩。(2)高压管道上覆围岩厚度，应满足上抬理论的要求。对高压管道沿线围岩覆盖厚度的校核，可参照下述经验公式进行。1)公式 1(见图 1)：(1)式中：CRM最小岩层覆盖厚度；管内静水头；水容重；R岩石容重；山体平均坡角；K设计采用的安全系数(K1.1)。cosRws RMrKrhC82)公式 2(见图 2)：(2)(3)式中：CRV最小垂直岩层覆
11、盖厚度；CRH最小水平岩层覆盖厚度；静水头；水容重；K0大于 1 的安全系数，对不衬砌管道，K0宜取 1.5。图图 2 2(3)高压管道区的最小地应力，宜大于高压管道的静水头，但经过论证其最小地应力可接近高压管道静水头。(4)围岩的透水性小。5.1.25.1.2 高压管道位置选择(1)高压管道的线路，应综合考虑地形、地质、水力学、施工、运行、枢纽总布置等各种因素，通过可能方案的综合技术经济比较选定。(2)在满足枢纽总布置要求的条件下，高压管道的管线宜选在地质构造简单、岩体完整稳定、岩石坚硬、上覆岩层厚度大、水文地质条件有利及施工方便的地区。(3)高压管道的管线与岩层、构造断裂面及主要软弱带，应
12、尽量具有较大的夹角。在整体块状结构的岩体中，其夹角不宜小于 30；在层状岩体中，其夹角一般不宜小于 45。高地应力地区的高压管道，从围岩稳定考虑，宜使管线与最大水平地应力方向一致或尽量减小其夹角。(4)相邻两钢筋混凝土衬砌的高压管道间的岩体厚度，应根据布置需要、地质条件、施0KhCRws RVRVRHCC2图图 19工方法与运行条件(一管有水、邻管无水)等因素，综合分析决定。对一管有水、邻管无水的运行条件，宜通过渗流场分析，确定两管间的岩体厚度。(5)管线在平面上应尽可能布置为直线，如由于布置或其它原因采取曲线时，则应采用较小的转角，弯曲半径不宜小于 5 倍管径。当转角大于 15时，应从施工要
13、求考虑加大弯曲半径(如针梁模板，在大于上述转角时，弯曲半径不宜小于 100 )。(6)管身段必须设置竖曲线时，竖曲线半径不宜小于 5 倍管径。此外，布置竖曲线时，应考虑采用的施工方法。(7)高压管道的纵坡，应根据水利枢纽的总体布置、底部高程、地形与高压管道埋深要求的关系，以及施工和检修条件等诸因素综合考虑确定。沿程纵坡不宜变化过多，应避免设置反坡。(8)由于高压管道结构是按限制裂缝开展宽度计算的，故此高压管道的位置应与地下厂房等建筑物保持一定距离，以保证高压管道混凝土衬砌开裂后产生的渗流，对上述建筑物不会产生有害的影响。钢筋混凝土高压管道与厂房之间宜布置一段钢管，以达到上述目的。5.25.2 地下钢筋混凝土压力管道的水力计算及横断面尺寸地下钢筋混凝土压力管道的水力计算及横断面尺寸( (管径管径) )决定决定5.2.15.2.1 水力计算(1)水力计算是高压管道设计中的重要环节之一，应予以重视。计算的内容有：1)过流能力；2)水头损失；3)水力过渡过程计算，其计算工况包括：按上游水库正常蓄水位和电站机组满载发电运行时丢弃全部负荷作为设计情况；按上游设计洪水位满载发电时丢弃全部负荷情况作为校核情况。对抽水蓄能电站，除计算上述发电工况外，还应计算上、下游水库正常蓄水位电站满载抽水丢弃全负荷的情况，以确定尾水压力管道的最大内水压力。此外，还应研究高压管道充水、
