抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，包括钢岔管和围岩，钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。垂直向缝隙取２．０ｍｍ，水平缝隙取１．０ｍｍ。钢岔管由锥管、柱管、肋板组合而成板壳组合结构，肋板是对称Ｙ型内加强月牙型肋板。本实用新型专利技术利用钢岔管在内水压力作用下发生变形，首先部分管壁填满缝隙，继而接触围岩，并引起围岩产生与岔管内水压力方向相反、大小和位移有关的弹性抗力。由于这种抗力，围岩对岔管管壁径向位移起到约束作用，同时分担一部分内水压力。本实用新型专利技术减少了对钢岔管强度的要求，可采用强度较低的钢材，且钢岔管壁厚也可以相应减小。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种管道结构，具体是一种抽水蓄能电站地下埋藏钢岔管的结构， 充分利用围岩联合受力，减薄钢岔管设计管壁，降低钢岔管焊接施工难度，保证钢岔管 施工质量，节省工程投资。
技术介绍
抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水 至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为 电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为 事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。根据已建抽水蓄能电站的工程经验，在压力钢管设计中，充分利用围岩分担内水压，解 决大HD钢管技术难题的重要手段，且具有较明显的经济效益，但是，迄今为至，在众多 工程中，实际应用绝大多数只限于直圆管段，而未涉及钢岔管领域。现有技术中，钢岔 管通常采用明岔管结构，这种明岔管需要采用800MPa级钢材，并且按新规范要求，即使 采用800MPa级钢材，仍存在多个母线转折点处局部膜应力超标，同时肋板内外应力分布 严重不均匀，远非小偏心受拉板，其最大断面处内缘应力严重超标。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是在充分吸收压力管设计经验的基础上，提出抽水 蓄能电站地下埋藏式钢岔管与围岩联合受力设计结构，并对围岩分担率的测算提出了确 实可行的技术方案。本技术所述的一种抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，包括钢岔 管和围岩，钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。 上述垂直向缝隙取2.0mm，水平缝隙取1.0mm。钢岔管由锥管、柱管、肋板组合而成板壳组合结构，所述肋板是对称Y型内加强月 牙型肋板。钢岔管的钢板优先选用600MPa级钢板，管壳厚度为60mm，肋板厚度取IOO腿。本技术采用钢岔管与围岩联合受力进行设计，在国内尚属首位，该结构利用钢 岔管在内水压力作用下发生变形，首先使部分管壁填满缝隙，继而接触围岩，并引起与 岔管接触部分的围岩产生与岔管内水压力方向相反、大小和位移有关的弹性抗力。由于 这种弹性抗力的作用，围岩对岔管管壁径向位移会起到一定的约束作用，同时使围岩分 担一部分内水压力，并使得岔管管壁应力和径向位移趋于一定程度的均匀化。该结构减 少了对钢岔管强度的要求，可采用强度较低的钢材，且钢岔管壁厚也可以相应减小。 附阁说明附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是图1的A-A剖视图。具体实施方式下面结合一个实施例具体介绍本技术。某抽水蓄能电站在地下厂房上游约80m处设有两个引水岔管(采用钢衬)，将2条 引水隧洞分岔为4条压力支管，如图1和图2所示，钢岔管主管直径为4. 8m，支管直径 为3.4m。钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。其中垂直向 缝隙取2.0mm，水平向缝隙取1.0mm。岔管采用对称Y型内加强月牙型肋钢岔管。确定 钢岔管分岔角70° ，公切球半径2. 6866m。管壳厚度为60mm，内加强月牙肋厚度为100mm， 钢材采用600MPa级钢板。 1、围岩参数弹性模量E^7.39Xl()3MPa及泊松比u d=0. 3，根据围岩单位弹性抗力K。的定义 (K。=E/(100(1+W))则可求得K。=56. 84MPa/cm。岔管开挖半径R=3. 75m，开挖面上K =100 Ko=E/R，因而可取K=15MPa/cm，而按设计对岔管处另外提供的K。=20MPa/cm， 则开挖面上K二5. 33 MPa/cm，计算取5. 0 MPa/cm。设计给定的岔管处缝隙值为1. 2mm，根据对以往其他工程的计算经验，缝隙数值大 小对岔管联合受力影响十分显著。为阐明缝隙的影响，特作了系列计算，以径向缝隙 1. 0、 1. 2、 2. 0、 3. 0、 5. 0、 8. 0不同的取值，弹性抗力取上述的平均值，即K=10MPa/cm， 计算出结构本技术的钢岔管。通常，自然状况下的围岩常常因生成条件或构造原因呈非均匀性，这使得围岩的 力学特性呈现各向异性。设计提供的现场地质试验资料也反映出水平向的弹性模量比 其垂直向的大得多，本技术考虑围岩和缝隙的各向异性因素对岔管应力的影响， 作为一种对比研究，取垂直向的弹性抗力为K=5.0MPa/cm,水平向K=10MPa/cm。此 外，考虑到施工和围岩塑性变形因素，缝隙分布也有不均匀性，垂直向缝隙取2.0mm，水平缝隙取1. 0mm。月牙肋岔管是空间结构，并有肋板的加强作用，在管壁厚度、缝隙和围岩条件相同 时，埋藏式岔管的抗外压稳定能力无疑是高于其主直管，而且工程实践上埋藏式岔管从 未出现过外压失稳事故。由此可见，埋藏式月牙肋岔管的抗外压稳定能力应高于其主管 的抗外压能力。而且本工程岔管之前直管段半径为2400mm，厚度44隱，用600MPa级钢 材，该处外压1.27MPa ，设计按照规范推荐的经验公式计算，其外压稳定安全系数大 于2。众所周知，经验公式得到的结果是偏安全的，如果用规范推荐的以下Amstutz公 式，计算结果会得出更大的外压稳定安全系数<formula>formula see original document page 5</formula>而岔管的设计厚度为50mm或更厚，其外压稳定更不是问题。权利要求1、一种抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，其特征是包括钢岔管和围岩，钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。2、 根据权利要求1所述的抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，其特征是:垂直向缝隙取2.(km，水平缝隙取1.0mra。3、 根据权利要求1或2所述的抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构， 其特征是钢岔管由锥管、柱管、肋板组合而成板壳组合结构，所述肋板是对称Y型内 加强月牙型肋板。4、 根据权利要求3所述的抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，其特 征是所述钢岔管的钢板选用600MPa级钢板，管壳厚度为60mm，肋板厚度取100mm。专利摘要本技术公开了一种抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，包括钢岔管和围岩，钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。垂直向缝隙取2.0mm，水平缝隙取1.0mm。钢岔管由锥管、柱管、肋板组合而成板壳组合结构，肋板是对称Y型内加强月牙型肋板。本技术利用钢岔管在内水压力作用下发生变形，首先部分管壁填满缝隙，继而接触围岩，并引起围岩产生与岔管内水压力方向相反、大小和位移有关的弹性抗力。由于这种抗力，围岩对岔管管壁径向位移起到约束作用，同时分担一部分内水压力。本技术减少了对钢岔管强度的要求，可采用强度较低的钢材，且钢岔管壁厚也可以相应减小。文档编号E02B9/06GK201330388SQ20082021511公开日2009年10月21日 申请日期2008年12月11日 优先权日2008年12月11日专利技术者姜长飞 申请人:华东宜兴抽水蓄能有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽水蓄能电站埋藏式钢岔管与围岩联合受力结构，其特征是：包括钢岔管和围岩，钢岔管埋藏在围岩内，钢岔管与围岩在垂直向和水平向存在缝隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜长飞，
申请(专利权)人：华东宜兴抽水蓄能有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]