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以上水力学条件和构造、技能的需求也常常彼此对立。例如分岔角越小对水流有利，但此刻主支管彼此切开的破口也越大，对构造晦气，并且会添加岔裆处的焊接艰难。关于低水头电站，应更多思考削减水头丢失；对高水头电站，有时为了使构造合理简略，能够容许水头丢失稍大一些。

二、岔管的安置办法

　　岔管的典型安置有以下三种，如图8-31所示。

　　(1) 非对称Y形安置，见图8-31(a)。假如要从主管中分出一支较小的岔管，或许两条支管的轴线因故不能作对称安置时，能够用不对称的卜形安置。

　　        (a)                     (b)                    (c)

图8-31 岔管的安置办法

　　(2) 对称Y形安置，见图8-31(b)。用于主管分红二个一样的支管，如一管二机。

　　(3) 三岔形安置，见图8-31(c)。用于主管直接分红三个一样的支管。

　　若机组台数较多，可选用对称Y形—非对称Y形或对称Y形—三岔形组合安置。

　　中国已建钢岔管的安置办法中卜形安置居多。除因卜形安置灵敏简便外，还因以往缔造的钢岔管规划较小，选用贴边岔管较多，较适合于卜形安置。岔管的主、支管中间线宜安置在同一平面内，使构造简略。

图8-32 锥管公切球

　　主、支管管壁的交线，称为相贯线。因为在相贯线处主支管彼此切开，常常需求沿相贯线用构件加强。为了便于加强构件的制造和焊接，希望相贯线是平面曲线。能够在几何上证明，相贯线是平面曲线的必要和充沛条件是主支管有一公切球，如图8-32所示。

　　假如主、支管的直径相差较大，或因其它缘由，主、支管公切于一个球有艰难，则相贯线将坐落曲面上，沿相贯线的加强构件将是一个曲面构件，核算、制造、装置等都对比艰难。

三、岔管的构造办法

(一) 三梁岔管

　　在压力钢管的分岔处，因为管壳彼此切开，不再是一个完好的圆形，如图8-33所示。在内水压力效果下，管壁所承当的环向拉应力无法平衡。这样，在主管与支管及支管间的相贯线上，效果着主、支管壳体传来的环向拉力和轴力等杂乱外力，因而需求添加管壁厚度，并用两根腰梁和一根U梁进行加固，使之有满足的强度和刚度。以正Y形对称分岔为例(见图8-33)，主管通常为圆柱管，支管为锥管。沿两支管的相贯线用U梁加强，沿主管和支管的相贯线则用腰梁加强，U梁接受较大的不平衡水压力，是梁系中的首要构件。将U梁和腰梁端部联合点做成刚性联合，构成一个薄壳和空间梁系的组合构造，其受力十分杂乱。

　　依据中国已建7个三梁岔管的构造实验证明，在管壁上实测的应力会集系数(实测

　　图3-33 三梁岔管

　　1-腰梁； 2-主管； 3-公切球； 4-支管； 5-U型梁

应力与主管理论膜应力之比)为1.3～2.6。其间五个岔管U梁刺进管壁内20～100cm深，应力会集系数为1.3～1.9。另两个岔管U梁未刺进管壁内，应力会集系数添加为2.4～2.6。因而，当没有核算剖析和实验资料时，思考到U梁刺进管壁内，则有些应力会集系数能够取1.5~2.0。常用的加固梁断面为矩形或T形，在资料答应时应避免选用瘦

高型截面，以矮胖形截面为好。U梁断面尺度庞大，为改进其应力状况和安置状况，下降岔管壁的应力会集系数，U梁应适当刺进管壳内。刺进深度在腰梁联接端为零，中部断面处最大。梁内侧应修圆角，并应设导流墙。

　　三梁岔管的首要缺点是梁系中的应力以弯曲应力为主，资料的强度未得到充沛使用，三个曲梁(特别是U梁)常常需求高大的截面，不光浪费了资料，还加大了岔管的轮廓尺度，并且能够需求铸造，焊接后还需求进行热处理。因为梁的刚度较大，对管壳有较强的束缚，使梁邻近的管壳发作较大的有些应力。一起，在内压的效果下，因为相贯线的笔直变位较小，用于埋管则不能充沛使用围岩的抗力。因而，三梁岔管虽有长时间的规划、制造和运转的经历，但因为存在上述缺点，不能认为是一种很抱负的岔管。三梁岔管适用于内压较高、直径不大的明管道。

(二) 内加强月牙肋岔管

　　如图9－34，内加强月牙肋岔管是国内外这些年在三梁岔管的基础上发展起来的新式岔管，当前在中国已根本替代了三梁岔管。

　　如上所述，三梁岔管的U梁刺进管壳内能改进U梁和管壳的应力状况，通常来讲，刺进愈深，通常是应力愈均匀。月牙肋岔管是用一个嵌入管体内的月牙形肋板来替代三梁岔管的U梁，并撤销腰梁。

　　月牙肋岔管的主管为倒锥管，两个支管为顺锥管，三者有一公切球，使相贯线变成平面曲线。

　　图3-34 内加强月牙肋岔管

　　(a) 卜型； (b) Y型

　　这种岔管有下述特色：

　　(1) 月牙肋板只接受轴心拉应力而无弯曲应力，拉应力的散布对比均匀，其数值与邻近管壳上的拉应力邻近；(2) 改进了水流条件，使水头丢失比通常岔管低许多，特别是对称流态状况可削减一半；(3) 因为撤销外加固U梁和腰梁，使岔管外形尺度大为减小，对埋管可削减开挖工程量。因为外型规整，内水压力也易于经过管壳传给混凝土衬砌和围岩，使围岩的弹性抗力得到十分好地发扬。这种岔管在生产建设中经过理论剖析、模型实验和原型观测现已积累了一些经历，可使用于大中型电站。鉴于国内已建的大月牙胁岔管均为埋管，关于高水头、大直径的明管，还应深化地研讨。

(三) 贴边式岔管

　　贴边式岔管是在卜形安置的主、支管相贯线两边用补强板加固，如图8-35所示，补强板与管壁焊固构成一个全体。补强板能够焊固于管道外壁或内壁，或内外壁均有补强板。与加固梁对比，补强板刚度较小，不平衡区的水压力由补强板和管壁一起承当。在内水压力效果下，因为补强板刚度较小，有能够发作较大的向外的位移，因而常用于埋藏式岔管，能把大有些不平衡水压力传给围岩。

　　贴边式岔管常用于中、低水头Y型安置的地下埋管，尤其是支、主管直径之比(d/D)在0.5以下的状况，假如d/D大于0.7，不宜选用贴边式岔管。

　　加强板的宽度应不小于(0.12～0.18)D，其间D为主支管轴线相交处的主管直径。当选用内外补强板时，宜取内、外层板的宽度不等。

(四) 球形岔管

　　球形岔管是经过球面体进行分岔，它是由球壳，圆柱形主、支管以及补强环和导流板等构成，如图9－36所示。在内水压力效果下，球壳应力仅为同直径管壳环向应力的一半，因而，这种岔管适用于高水头大中型电站。球形岔管是国外选用对比多的一种老练管型，当前国内使用尚少。

　　球壳所接受的荷载首要为内水压力、补强环的束缚力和主、支管的轴向力。主、支管的轴向力对球壳应力有很大影响，在构造上应仔细对待。笔直方向的支管应加以锚定，若为具有弹性节的自在端，则管壁不能传递轴向力，效果于球壳上的轴向水压力将无法平衡。

　　球壳厚度可按内水压力效果下球壳的膜应力来断定，并思考热加工及锈蚀等余量。补强环与球壳铆接，而与主、支管用焊接联接。从理论上讲，球壳在内压力效果下不发作弯矩，可是，在球壳与主、支管联接处，因为构造的不接连性，仍需用三个补强环加固。

　　补强环上的效果荷载有球壳效果力、管壳效果力和补强环直接接受的内水压力。应当力求使上述三种力经过补强环断面的形心，以使补强环为一轴心受拉圆环，而不使断面发作扭转。

　　球形岔管俄然扩展的球体对水流晦气。为了改进水流条件，常在球壳内设导流板。导流板上设平压孔，因而不接受内水压力，仅起导流效果。

　　图3-36 球形岔管

 (五) 无梁岔管

　　无梁岔管是在球形岔管的基础上发展起来的。球形岔管使用球壳改进了构造的受力条件，球壳与主支管圆柱壳联接处存在构造的不接连性，要加设三个补强环。补强环需求铸造，与管壳焊接时要预热，球壳通常也要加热压制成形，有的球岔在制成后还需进行全体退火，因而技能杂乱。别的补强环与管壳刚度不协调的对立仍未处理。

　　为了改进受力条件，能够用直径较大的锥管和球壳沿切线方向联接，使球壳只剩下上下两个面积不大的三角形，并在主、支管和这些锥管之间刺进几节逐步扩展的过渡段，构成一个对比平顺的、无太大不接连接合线的体型，从而构成无梁岔管，如图8-37所示。无梁岔管是一种有发展前途的管型，当前国内使用较少，能发扬与围岩一起受力的长处。

　　别的，国外的电站还选用了近邻岔管，由扩散段、近邻段、变形段构成，各级皆为完好的关闭壳体，除近邻外，无其它加强构件，受力条件极好，水流流态较优，且不需求大的锻件，见图8-38。

　　中国50时代缔造的岔管，尺度及内压不大，多为贴边式；60时代因为高水头电站的呈现，梁式岔管使用较多；跟着钢管的规划增大，大直径、高内压的三梁岔管，制造装置艰难较大，技能经济指标欠安，逐步选用月牙肋岔管，少量工程还选用了球形岔管和无梁岔管。

　　　　　图8-37 无梁岔管                          图8-38 近邻岔管

第九节 地下埋管

一、地下埋管的安置与作业特色

　　地下埋管是埋藏在地下岩层之中的管道，其施工过程是：首要在岩石中开挖隧洞，并整理石渣，进行支护等，然后装置钢管，再在钢管和岩石洞壁之间回填混凝土，最终进行触摸灌浆。在大型水电站中使用较多。依据其轴线的方向，有斜井和竖井两类。也称为隧洞式压力管道或地下压力管道。

(一) 作业特色及适用条件

　　地下埋管是中国大中型水电站建设中使用最广泛的一种引水管道型式，国外装机容量在1000MW以上的水电站中，选用地下埋管的占40%左右。这是因为与明钢管对比，地下埋管有一些杰出的长处。

　　(1) 安置灵敏便利

　　地下埋管因为在山体内部，管线方位挑选较自在，与地上管线对比，通常能够缩短长度。在大大都状况下，地质条件优于地表，简略挑选地质条件好的线路。在不易建筑明钢管的当地，通常能够安置地下埋管。地下厂房通常悉数或有些选用地下埋管。

　　别的，因为岩石力学和地下工程规划、施工技能的迅速发展，建筑压力坚井和斜井的技能现已很成热，施工条件和费用在有的国家已开端优于地上管道。

　　(2) 钢管与围岩一起承当内水压力，从而可减小钢衬厚度。围岩分管内水压力的份额取决于岩石的性质。当岩石坚硬、完好时，围岩承当较大的内水压力，乃至承当悉数内水压力，钢板只起防渗效果；特大容量、高水头的管道，HD值很大，选用明管技能难于完成，地下埋管就能够得以处理。当上覆岩石较薄(<3D)，岩石质量不好时，规划中通常不思考岩石的承载才能，但进步钢衬的答应应力。地下埋管的答应应力见本章第五节表8-5。

　　(3) 运转安全

　　地下埋管的运转不受外界条件影响，维护简略，围岩的极限承载才能通常很高，钢材又有良好的塑性，因而管道的超载才能很大。

　　当然，地下埋管也有一些缺点，如构造对比杂乱，施工装置工序多，技能需求较高，施工条件较差，会添加造价；因为地下埋管所接受的外压力较大，所以外压安稳疑问杰出等。

　　因为围岩承当了一有些荷载，管壁较薄，节省了钢材，但放空维修、施工期灌浆压力、水库蓄水后地下水(外水压力)很简略形成外压失稳损坏。国内外地下埋管损坏大都为外压失稳。

(二) 安置

　　地下埋管的线路挑选见本章第二节。

　　地下埋管通常多选用联合供水办法，但假如管道较短、引证流量较大、机组台数较多、分期施工距离较长或工程地质条件不易开挖大断面洞井，则经技能经济对比，也可选用两根或更多的管道，用分组供水或单元供水办法向机组输水。相邻两管道之间应有满足的距离，以确保其岩体的强度，避免呈现失稳状况。

　　为确保施工运转安全，地下管道应安置在巩固完好、地下水位低的岩层中。对管线的地质构造(岩石走向、节理裂隙)进行仔细研讨，以防塌方和岩石脱落，地下施工要思考出碴和浇筑混凝土需求，管道与水平面夹角不宜小于40。

　　为了确保上覆岩层的安稳，应留有满足的岩石厚度。

　　洞井的安置办法有竖井、斜井平和洞三种，应依据工程安置、施工条件、施工机械和施工办法选用。

(三) 构造与施工需求

　　地下埋管是钢衬、回填混凝土、岩体一起受力的组合构造。其施工程序包括洞井开挖、钢衬装置、混凝土回填和灌浆四个工序。

　　(1) 洞井开挖

　　洞井开挖要尽量选用光面、预裂爆炸或掘进机开挖，以坚持圆形孔口，使洞壁尽量平坦，并削减爆炸松动影响。别的，要合理挑选施工支洞的高程和方位，以便利出碴、运送钢衬和混凝土浇筑，并思考作为持久排水洞和观测洞。钢管管壁与围岩之间的净空间尺度，依据施工办法和构造安置(开挖、回填、焊接等施工办法以及有无锚固加劲环等)断定。需求在管壁外侧进行焊接者，两边和顶部最少留0.5m，底部最少留0.6m。加劲环距岩壁最少0.3m。应尽量削减现场管外焊接，减小加劲环高度，以削减岩石开挖和混凝土回填方量。

　　(2) 钢衬装置

　　钢衬通常在工厂制成必定长度的管节，运送到洞内，用预埋锚件固定，校正圆度、压缝整平后进行焊接。

　　(3) 混凝土回填