1FJD34180FJD水利水電工程技術(shù)設(shè)計(jì)階段地下鋼筋混凝土壓力管道設(shè)計(jì)大綱范本水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化信息網(wǎng)1998年8月2工程技術(shù)設(shè)計(jì)階段地下鋼筋混凝土壓力管道技術(shù)設(shè)計(jì)大綱主編單位主編單位總工程師參編單位主要編寫人員軟件開發(fā)單位軟件編寫人員勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院年月3目次1引言42設(shè)計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范43基本資料44設(shè)計(jì)原則與假定65設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與方法76專題研究197工程量計(jì)算198應(yīng)提供的設(shè)計(jì)成果204引言工程位于，是以為主，等綜合利用的水利水電樞紐工程。上水庫(kù)或上水池正常蓄水位、壩高；下水庫(kù)或下水池正常蓄水位、壩高；地下鋼筋混凝土壓力管道或稱高壓管道靜水頭、最大水錘壓力增值、總水頭；管道直徑、管道長(zhǎng)度，管道條。本工程初步設(shè)計(jì)于年月審查通過(guò)。2設(shè)計(jì)依據(jù)文件和規(guī)范21有關(guān)本工程的文件1工程可行性研究報(bào)告；2工程可行性研究報(bào)告審批文件；3工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告；4工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告審批文件；5專題報(bào)告。22主要設(shè)計(jì)規(guī)范1SDJ1278水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)山區(qū)、丘陵區(qū)部分試行及補(bǔ)充規(guī)定2SDJ2078水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范試行3SD13484水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范試行4SD14485水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范試行5DL/T50581996水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范688水規(guī)設(shè)字第8號(hào)水利水電工程設(shè)計(jì)工程量計(jì)算規(guī)定3基本資料31工程等級(jí)及建筑物級(jí)別1根據(jù)SDJ1278表1確定本工程為等工程。2根據(jù)地下鋼筋混凝土壓力管道在電站樞紐工程中所處的位置及其重要性，壓力管道為級(jí)建筑物。32水文與氣象資料范本是按SDJ2078編寫的，如用新規(guī)范SL/T19196或DL/T50571996，則有關(guān)內(nèi)容需作相應(yīng)修改。提示尚可根據(jù)情況，簡(jiǎn)述本電站的規(guī)模，在電力系統(tǒng)中的作用等。51水庫(kù)水池水溫與氣溫，如表1。表1水庫(kù)水池水溫與氣溫單位月份項(xiàng)目與位置123456789101112多年平均上水庫(kù)上水池月平均氣溫下水庫(kù)下水池上水庫(kù)上水池月平均水溫下水庫(kù)下水池2上水庫(kù)上水池與下水庫(kù)下水池的水位流量關(guān)系曲線。33高壓管道區(qū)域的地形、地質(zhì)資料331高壓管道區(qū)域的地形資料高壓管道區(qū)域的地形圖1100012000。332高壓管道區(qū)域圍巖工程地質(zhì)資料1地質(zhì)平、剖面圖110001500。2圍巖分類及巖體物理力學(xué)指標(biāo)，見表2。表2高壓管道圍巖分類及巖體物理力學(xué)指標(biāo)表圍巖類別項(xiàng)目名稱巖體特征圍巖性狀斷層出露寬度比，以10M洞長(zhǎng)計(jì)巖石強(qiáng)度單軸飽和抗壓強(qiáng)度RW，MPA地震波縱波速度VP，M/S巖體完整性系數(shù)KV裂隙發(fā)育組數(shù)裂隙發(fā)育頻率，條/M巖體完整性巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD，動(dòng)彈模E0，MPA靜彈模E0，MPA靜變模ED，MPA飽和容重W，KN/M3泊桑比巖體物理力學(xué)指標(biāo)抗拉強(qiáng)度T，MPA6彈性抗力系數(shù)K0，MPAF抗剪斷強(qiáng)度C，MPA3地應(yīng)力1實(shí)測(cè)地應(yīng)力資料測(cè)試方法，地應(yīng)力數(shù)值與方位、傾角。2地應(yīng)力回歸計(jì)算后資料。4高壓管道區(qū)的地溫資料。5本工程的地震基本烈度為度，高壓管道設(shè)防烈度為度。333高壓管道區(qū)域圍巖水文地質(zhì)資料高壓管道圍巖水文地質(zhì)指標(biāo)，見表3。表3高壓管道圍巖水文地質(zhì)指標(biāo)巖石類別單位吸水量，L/MINMM滲透系數(shù)，M/S說(shuō)明表中的數(shù)字均為巖體的單位吸水量及滲透系數(shù)。34建筑材料物理力學(xué)性質(zhì)建筑材料的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，見表4。表4建筑材料物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)材料名稱標(biāo)號(hào)或等級(jí)容重，KN/M3靜彈模，MPA泊桑比抗壓強(qiáng)度，MPA抗拉強(qiáng)度，MPA混凝土鋼筋噴混凝土35襯砌糙率36管道開挖及混凝土襯砌的施工方法37引水系統(tǒng)水力水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算結(jié)果4設(shè)計(jì)原則與假定41設(shè)計(jì)原則1高壓管道的設(shè)計(jì)，除執(zhí)行本大綱外，還應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和要求。2高壓管道設(shè)計(jì)應(yīng)做到因地制宜、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行安全可靠。3設(shè)計(jì)前應(yīng)注重調(diào)查研究、深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真收集和分析研究有關(guān)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地應(yīng)力、地形地貌等設(shè)計(jì)資料。42設(shè)計(jì)假定421鋼筋混凝土襯砌的作用提示關(guān)于高壓管道在不同工況下的壓力、流量、流速等。71使管道表面平整，減少糙率；2承受圍巖壓力、或與圍巖共同承受外水、內(nèi)水壓力及其它荷載；3為高壓固結(jié)灌漿提供有效灌漿塞的位置；4減少內(nèi)水外滲。422若高壓管道圍巖的巖性質(zhì)量好，襯砌開裂后，內(nèi)水外滲不致危及圍巖及相鄰建筑物的安全時(shí)，可假定圍巖承受絕大部分的內(nèi)水壓力，其數(shù)值可通過(guò)有限元分析或變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)的公式求得。鋼筋的作用主要是限制混凝土裂縫開展寬度，同時(shí)只承受極小的內(nèi)水壓力，即按限裂設(shè)計(jì)。423高壓固結(jié)灌漿，除了起到加固圍巖、防止高壓水沿構(gòu)造帶滲流的作用外，作用在混凝土襯砌的有效預(yù)壓應(yīng)力，將鋼筋應(yīng)力限制在一定的范圍內(nèi)，使在內(nèi)水壓力作用下的混凝土襯砌的裂縫開展寬度得到控制。上述預(yù)壓應(yīng)力在縫寬計(jì)算時(shí)不予考慮。此外，對(duì)高壓管道圍巖應(yīng)力釋放區(qū)的高壓固結(jié)灌漿，將使管道圍巖的地應(yīng)力得到調(diào)整，起到加強(qiáng)圍巖與混凝土襯砌的聯(lián)合作用。高壓灌漿產(chǎn)生的對(duì)混凝土襯砌及灌漿區(qū)圍巖的預(yù)壓應(yīng)力作用、以及有利的地應(yīng)力調(diào)整，增加了高壓管道的安全度。5設(shè)計(jì)工作內(nèi)容與方法51地下鋼筋混凝土壓力管道設(shè)置條件及位置選擇511地下鋼筋混凝土壓力管道設(shè)置條件1高壓管道處的地質(zhì)條件良好。深埋在巖體中，圍巖較完整，大部分屬、類圍巖。2高壓管道上覆圍巖厚度，應(yīng)滿足上抬理論的要求。對(duì)高壓管道沿線圍巖覆蓋厚度的校核，可參照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行。1公式1見圖11式中CRM最小巖層覆蓋厚度；管內(nèi)靜水頭；水容重；R巖石容重；山體平均坡角；K設(shè)計(jì)采用的安全系數(shù)K11。COSRWMRKHC82公式2見圖223式中CRV最小垂直巖層覆蓋厚度；CRH最小水平巖層覆蓋厚度；靜水頭；水容重；K0大于1的安全系數(shù)，對(duì)不襯砌管道，K0宜取15。圖23高壓管道區(qū)的最小地應(yīng)力，宜大于高壓管道的靜水頭，但經(jīng)過(guò)論證其最小地應(yīng)力可接近高壓管道靜水頭。4圍巖的透水性小。512高壓管道位置選擇1高壓管道的線路，應(yīng)綜合考慮地形、地質(zhì)、水力學(xué)、施工、運(yùn)行、樞紐總布置等各種因素，通過(guò)可能方案的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較選定。2在滿足樞紐總布置要求的條件下，高壓管道的管線宜選在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、巖體完整穩(wěn)定、巖石堅(jiān)硬、上覆巖層厚度大、水文地質(zhì)條件有利及施工方便的地區(qū)。3高壓管道的管線與巖層、構(gòu)造斷裂面及主要軟弱帶，應(yīng)盡量具有較大的夾角。在整體塊狀結(jié)構(gòu)的巖體中，其夾角不宜小于30；在層狀巖體中，其夾角一般不宜小于45。高地應(yīng)力地區(qū)的高壓管道，從圍巖穩(wěn)定考慮，宜使管線與最大水平地應(yīng)力方向一致或盡量減小其夾角。4相鄰兩鋼筋混凝土襯砌的高壓管道間的巖體厚度，應(yīng)根據(jù)布置需要、地質(zhì)條件、施0KHCRWSVVH2圖19工方法與運(yùn)行條件一管有水、鄰管無(wú)水等因素，綜合分析決定。對(duì)一管有水、鄰管無(wú)水的運(yùn)行條件，宜通過(guò)滲流場(chǎng)分析，確定兩管間的巖體厚度。5管線在平面上應(yīng)盡可能布置為直線，如由于布置或其它原因采取曲線時(shí)，則應(yīng)采用較小的轉(zhuǎn)角，彎曲半徑不宜小于5倍管徑。當(dāng)轉(zhuǎn)角大于15時(shí)，應(yīng)從施工要求考慮加大彎曲半徑如針梁模板，在大于上述轉(zhuǎn)角時(shí)，彎曲半徑不宜小于100。6管身段必須設(shè)置豎曲線時(shí)，豎曲線半徑不宜小于5倍管徑。此外，布置豎曲線時(shí)，應(yīng)考慮采用的施工方法。7高壓管道的縱坡，應(yīng)根據(jù)水利樞紐的總體布置、底部高程、地形與高壓管道埋深要求的關(guān)系，以及施工和檢修條件等諸因素綜合考慮確定。沿程縱坡不宜變化過(guò)多，應(yīng)避免設(shè)置反坡。8由于高壓管道結(jié)構(gòu)是按限制裂縫開展寬度計(jì)算的，故此高壓管道的位置應(yīng)與地下廠房等建筑物保持一定距離，以保證高壓管道混凝土襯砌開裂后產(chǎn)生的滲流，對(duì)上述建筑物不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。鋼筋混凝土高壓管道與廠房之間宜布置一段鋼管，以達(dá)到上述目的。52地下鋼筋混凝土壓力管道的水力計(jì)算及橫斷面尺寸管徑?jīng)Q定521水力計(jì)算1水力計(jì)算是高壓管道設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一，應(yīng)予以重視。計(jì)算的內(nèi)容有1過(guò)流能力；2水頭損失；3水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算，其計(jì)算工況包括按上游水庫(kù)正常蓄水位和電站機(jī)組滿載發(fā)電運(yùn)行時(shí)丟棄全部負(fù)荷作為設(shè)計(jì)情況；按上游設(shè)計(jì)洪水位滿載發(fā)電時(shí)丟棄全部負(fù)荷情況作為校核情況。對(duì)抽水蓄能電站，除計(jì)算上述發(fā)電工況外，還應(yīng)計(jì)算上、下游水庫(kù)正常蓄水位電站滿載抽水丟棄全負(fù)荷的情況，以確定尾水壓力管道的最大內(nèi)水壓力。此外，還應(yīng)研究高壓管道充水、放水和流態(tài)等水力現(xiàn)象。2高壓管道的過(guò)流能力，應(yīng)根據(jù)水流條件按有壓管道計(jì)算。3高壓管道的水頭損失，可按壓力管道用伯努利能量方程計(jì)算其沿程損失及局部損失。對(duì)抽水蓄能電站，應(yīng)分別計(jì)算發(fā)電工況及抽水工況的水頭損失。522斷面尺寸管徑?jīng)Q定1高壓管道的斷面尺寸即管徑，應(yīng)作為引水系統(tǒng)的一部分，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算，即根據(jù)管道工程費(fèi)用和能量損失費(fèi)用之和為最低的原則分析決定。2高壓管道的水流流速，在發(fā)電工況或抽水工況的情況，均在經(jīng)濟(jì)流速的范圍內(nèi)。53地下鋼筋混凝土壓力管道結(jié)構(gòu)計(jì)算10531混凝土襯砌厚度鋼筋混凝土高壓管道的襯砌厚度，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度、構(gòu)造要求、并結(jié)合施工方法分析決定。其中抗外壓要求的混凝土襯砌厚度，按厚壁圓筒公式計(jì)算，詳見圖3。切向應(yīng)力為4當(dāng)時(shí)，切向應(yīng)力最大，即56用4式，可求出當(dāng)外壓作用在混凝土襯砌外邊緣時(shí)，所需的襯砌厚度。式中可取混凝土抗壓強(qiáng)度，用負(fù)值代入；為外壓，包括放空管道檢修時(shí)的外水壓力與作用在混凝土襯砌上的高壓灌漿產(chǎn)生的有效預(yù)壓應(yīng)力之和。圖3厚壁圓筒承受外壓QB的應(yīng)力沿壁厚分布532荷載作用在襯砌上的荷載，按其作用的情況，分為基本荷載和特殊荷載兩類。1基本荷載BQA221B2BQA111長(zhǎng)期或經(jīng)常作用在襯砌上的荷載，如設(shè)計(jì)條件下的內(nèi)水壓力水庫(kù)正常蓄水位及調(diào)壓室中產(chǎn)生最高涌浪時(shí)，相應(yīng)管道內(nèi)的水壓力，由水道水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算確定、穩(wěn)定滲流情況下的地下水壓力、圍巖壓力、襯砌自重、高壓固結(jié)灌漿對(duì)襯砌產(chǎn)生的有效預(yù)壓應(yīng)力等。2特殊荷載出現(xiàn)機(jī)遇較少的，不經(jīng)常作用在襯砌上的荷載，如校核洪水位時(shí)的內(nèi)水壓力和相應(yīng)的地下水壓力、施工荷載、溫度荷載、灌漿壓力及地震荷載等。533荷載組合計(jì)算荷載應(yīng)根據(jù)上列兩類荷載同時(shí)存在的可能性，分別組合為基本組合和特殊組合兩類。在襯砌計(jì)算中應(yīng)采取各自最不利的組合情況，并分別采用不同的安全系數(shù)，其值按SDJ2078規(guī)定采用。534結(jié)構(gòu)分析方法的選取535地下鋼筋混凝土高壓管道結(jié)構(gòu)分析5351高壓管道的鋼筋布置由于高壓管道常有較大的埋深，一般來(lái)說(shuō)其配筋量是按限裂計(jì)算確定的，通常采用在內(nèi)層布置單層鋼筋的辦法控制混凝土的裂縫寬度。如果布置兩層鋼筋，亦宜將兩層鋼筋均布置在襯砌內(nèi)側(cè)。5352用結(jié)構(gòu)力學(xué)法考慮高壓管道混凝土襯砌開裂的鋼筋面積計(jì)算按SD13484有關(guān)公式計(jì)算。1在、類圍巖的管道，直徑D小于6時(shí)，只按內(nèi)水壓力作用的襯砌靜力計(jì)算公式計(jì)算鋼筋面積提示1外水壓力當(dāng)高壓管道上部設(shè)有排水廊道時(shí)，其檢修狀態(tài)下管道襯砌所承受的外水壓力，應(yīng)根據(jù)排水廊道的高程與位置予以折減。一般情況下排水廊道高程以下的外水壓力按全水頭考慮，排水廊道高程以上者應(yīng)按圍巖類別進(jìn)行折減。2襯砌自重當(dāng)內(nèi)水壓力或外水壓力遠(yuǎn)大于襯砌自重時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可忽略混凝土襯砌自重影響。提示1高壓管道結(jié)構(gòu)計(jì)算，在本階段可根據(jù)圍巖的分類、荷載作用形式與施工條件等，選用結(jié)構(gòu)力學(xué)法、彈性力學(xué)法及有限元方法分析。一般情況下，管道四周的圍巖穩(wěn)定性較差，自承力越差，越宜采用偏于安全的方法如結(jié)構(gòu)力學(xué)法分析。當(dāng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)法分析無(wú)法滿足裂縫開展寬度時(shí)，可按實(shí)際的地質(zhì)斷面進(jìn)行高壓管道的有限元分析。2當(dāng)靜水頭不按邊界力處理而按滲透場(chǎng)考慮時(shí)，應(yīng)作專題研究。上述處理方法僅適用于、類圍巖為主的管道段。1278910式中F內(nèi)圈環(huán)向鋼筋面積，CM2/M；G鋼筋的允許應(yīng)力，KN/CM2；R鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，N2；KG鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù)；P均勻內(nèi)水壓力，KN/CM2；E鋼筋的彈性模量，N2；K0圍巖的單位彈性抗力系數(shù)，N3；R高壓管道混凝土襯砌內(nèi)半徑；R0高壓管道混凝土襯砌外半徑；E混凝土彈性模量，N2；E考慮混凝土開裂的彈塑性模量，N2。按7式計(jì)算的鋼筋面積不得小于襯砌最小配筋率。鋼筋應(yīng)力校核，按下面11式計(jì)算11用11式計(jì)算出鋼筋應(yīng)力后，再按復(fù)核混凝土裂縫開展寬度。2在、類圍巖的高壓管道，直徑D大于6或通過(guò)、類圍巖的高壓管道，在內(nèi)水壓力作用下，按7式計(jì)算鋼筋截面積。其它荷載作用下，鋼筋面積按式12計(jì)算，最后疊加。其值不得小于襯砌結(jié)構(gòu)的最小配筋率。12式中0襯砌的有效厚度，；N除內(nèi)水壓力以外的其它荷載產(chǎn)生的軸向力總和，使襯砌斷面受壓應(yīng)力者為正，KN；M除內(nèi)水壓力以外的其它荷載產(chǎn)生的彎矩總和，其符號(hào)，使襯砌內(nèi)表面受拉應(yīng)力的彎矩M為正，KN。GIIGERKMRPF011001IHIELN850GKR01GGIIGIEKFMP20GHMNF13按式13校核鋼筋應(yīng)力13用13式計(jì)算出鋼筋應(yīng)力后，再按SDJ2078復(fù)核混凝土襯砌裂縫開裂寬度。5353鋼筋混凝土襯砌最大裂縫寬度允許值，按SDJ2078表10規(guī)定執(zhí)行。5354用變形協(xié)調(diào)及彈性力學(xué)公式，結(jié)合鋼筋混凝土限裂計(jì)算，確定橫截面鋼筋面積1用變形協(xié)調(diào)條件推導(dǎo)圍巖承受的內(nèi)水壓力計(jì)算式承受內(nèi)水壓力前、后的襯砌，其相應(yīng)變形變形前及變形后詳見圖4。1變形協(xié)調(diào)條件0（）（）14式中C為灌漿后混凝土襯砌的壓縮變形；為松動(dòng)圈圍巖的壓縮變形。2鋼筋的總徑向變形為0153上述各量值的表達(dá)式161718194在內(nèi)水壓力作用下即可推導(dǎo)出高壓管道圍巖承受的壓力P20以上式中P內(nèi)水壓力；P圍巖承受的內(nèi)水壓力；R襯砌混凝土內(nèi)半徑；R受力鋼筋內(nèi)半徑；R管道開挖半徑；R0管道開挖半徑加上松動(dòng)圈深度；A每米長(zhǎng)沿管軸線方向配置鋼筋面積；2010GGIIGFHMNEKFMPSRSSEARP120RLNLN0SRCRSSCRREDL01RRP1LNL201RRRSRCSRSRCRERREAR14E鋼筋彈模；E0混凝土彈模；E1圍巖松動(dòng)區(qū)彈模；E2圍巖非松動(dòng)區(qū)彈模；泊松比。圖4變形前及變形后的襯砌2按照SDJ2078中的限裂計(jì)算式，在確定縫寬，后，假設(shè)某一配筋量沿管軸線方向1長(zhǎng)的配筋量，可求出相應(yīng)的鋼筋工作應(yīng)力，采用公式如下212223以上式中平均裂縫間距，；裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，當(dāng)03時(shí)，取03；1、2計(jì)算系數(shù)，可按下列數(shù)值取用，軸心受拉1016，2056。高壓管道鋼筋混凝土襯砌按軸心受拉考慮；FGFLE10740MAX,61DLFGR215環(huán)形受拉鋼筋實(shí)際應(yīng)力；受力鋼筋直徑，；受力鋼筋的配筋率，AAA為全部受力鋼筋截面面積，A為混凝土橫截面有效面積；R混凝土抗裂設(shè)計(jì)強(qiáng)度；與受力鋼筋表面形狀有關(guān)的系數(shù)，螺紋鋼筋取，光面鋼筋取10；0鋼筋初始應(yīng)力，高壓管道結(jié)構(gòu)02000N2。3假定某一配筋量A，在滿足縫寬要求的條件下，其鋼筋的應(yīng)力值亦可由美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)刊物2242R86“受拉構(gòu)件的混凝土裂縫寬度”求出。00145A110324A2S25式中裂縫寬度，；鋼筋應(yīng)力，MPA；鋼筋重心至混凝土邊緣距離，混凝土保護(hù)層厚度/2；鋼筋直徑，；S鋼筋間距，。4計(jì)算步驟參見圖51用21式或24式求出滿足裂縫開展寬度要求的某一配筋量A沿管軸線長(zhǎng)1相應(yīng)的鋼筋應(yīng)力。2鋼筋承受的內(nèi)水壓力值PS26SGRAP16圖53根據(jù)力的平衡條件，求出滿足混凝土縫寬要求，需加在襯砌外側(cè)的灌漿有效預(yù)壓應(yīng)力值P為27式中P內(nèi)水壓力；PS鋼筋承受的內(nèi)水壓力；P管周圍巖承受的內(nèi)水壓力；R管道開挖半徑；R管道襯砌內(nèi)半徑；R鋼筋內(nèi)徑。5355用有限元法進(jìn)行高壓管道結(jié)構(gòu)分析1有限元模型模擬高壓管道可分為二維有限元及三維有限元模型。二維有限元模型采用平面應(yīng)變單元模擬襯砌圍巖及斷層；三維有限元模型用厚殼等參單元模擬襯砌、圍巖及RRSBRP提示1對(duì)于通過(guò)斷層的高壓管道，用結(jié)構(gòu)力學(xué)法或彈性力學(xué)法，都無(wú)法模擬斷層的位置及產(chǎn)狀規(guī)模，只能將管周的圍巖類別降低，當(dāng)作全部為斷層區(qū)相應(yīng)的類或類圍巖。這樣的假設(shè)與實(shí)際情況出入較大，計(jì)算結(jié)果配筋量過(guò)大，且不一定能滿足水工鋼筋混凝土限裂要求。2用有限元模型可以模擬斷層的位置及產(chǎn)狀規(guī)模、斷層圍巖及襯砌的物理力學(xué)性質(zhì)、鋼筋數(shù)量、圍巖加固情況等因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。17斷層。鋼筋、巖石錨桿等均可用桿單元模擬。平面有限元計(jì)算網(wǎng)格參見圖6、圖7。圖6圖72二維有限元模型的計(jì)算結(jié)果與三維相比較偏于安全。一般情況下，高壓管道穿越斷層的結(jié)構(gòu)計(jì)算是高壓管道結(jié)構(gòu)分析的難點(diǎn)，上述問(wèn)題可用二維有限元模型解決。3用二維有限元模型進(jìn)行高壓管道穿越斷層區(qū)域的內(nèi)水壓力作用下的結(jié)構(gòu)分析步驟如下1將管道開挖后實(shí)測(cè)的斷層位置或由地質(zhì)鉆孔等方法確定的斷層位置投影到橫斷面上，形成包括圍巖、斷層、混凝土襯砌、鋼筋等單元的有限元網(wǎng)格。上述網(wǎng)格除鋼筋用桿單元外，其余均用平面應(yīng)變單元。2將內(nèi)水壓力按面力處理作用在混凝土襯砌內(nèi)表面，求出混凝土襯砌單元的主拉應(yīng)力值。3如果襯砌單元的主拉應(yīng)力值大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，則認(rèn)為混凝土已開裂。4用各向異性材料單元輸入混凝土開裂的單元，其中與裂縫垂直方向的混凝土彈模取一較小的值，計(jì)算出在內(nèi)水壓力作用下鋼筋單元應(yīng)力及圍巖應(yīng)力值。5用最大的鋼筋單元應(yīng)力值代入SDJ2078裂縫開展寬度計(jì)算式，可求出混凝土縫寬，此縫寬應(yīng)在允許值內(nèi)，否則加大配筋重算。6計(jì)算圍巖的地應(yīng)力通過(guò)模型邊界加荷的辦法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)混凝土襯砌應(yīng)輸入一個(gè)很小彈模，以視無(wú)地應(yīng)力作用在襯砌上。7地應(yīng)力與內(nèi)水壓力在圍巖所引起的應(yīng)力疊加，如果疊加后仍為壓應(yīng)力，則內(nèi)水壓力18不會(huì)產(chǎn)生圍巖的水力致裂現(xiàn)象。54工程措施541開挖采用光面爆破技術(shù)，減少由于爆破引起的圍巖松動(dòng)圈的深度。對(duì)通過(guò)斷層區(qū)域，應(yīng)采取埋設(shè)巖石錨桿等有效的支護(hù)措施。542灌漿1鋼筋混凝土襯砌的頂部，必須回填灌漿。2回填灌漿的范圍，一般在頂拱中心角90120以內(nèi)，其目的在于填補(bǔ)頂拱由于混凝土澆筑不滿而留下的空隙。故其灌漿孔深均以打穿混凝土遇到空腔為準(zhǔn)，若無(wú)空腔時(shí)則伸入巖石5以上。3高壓管道，一般情況下應(yīng)進(jìn)行固結(jié)灌漿。特別是對(duì)穿越斷層的高壓管道，更應(yīng)做好對(duì)管道周斷層區(qū)域的固結(jié)灌漿，以提高該區(qū)域圍巖的整體性及抗?jié)B性。固結(jié)灌漿是加固穿越斷層區(qū)域的高壓管道的主要工程措施，增大混凝土襯砌厚度及增加配筋量與灌漿相比為次要工程措施。4對(duì)高水頭、大洞徑的高壓管道的固結(jié)灌漿，一般宜分兩步，即淺孔低壓固結(jié)灌漿及深孔高壓固結(jié)灌漿。5壓水試驗(yàn)。為了確定灌漿效果，宜在淺孔固結(jié)灌漿前進(jìn)行較低壓力的水壓試驗(yàn)，在深孔高壓灌漿后進(jìn)行與高壓灌漿壓力相近的水壓試驗(yàn)。上述壓水試驗(yàn)宜在水壓試驗(yàn)孔進(jìn)行。建議當(dāng)吸水率L2時(shí)，可認(rèn)為合格，孔段合格率應(yīng)在80以上。543防滲與排水1高壓管道的防滲與排水設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)管道沿線圍巖的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、設(shè)計(jì)條件，綜合分析選用堵如襯砌、灌漿、截設(shè)置防滲帷幕、排排水廊道、排水孔等措施，以改善襯砌結(jié)構(gòu)和圍巖的工作條件。2對(duì)于外水壓力控制襯砌設(shè)計(jì)的高壓管道，應(yīng)研究設(shè)置排水措施，以減小外水壓力。但應(yīng)注意圍巖可承受的水力梯度，防止高壓水內(nèi)水外滲。3為防止?jié)B流的影響，鋼筋混凝土高壓管道與地下廠房之間，宜設(shè)一鋼管段，以滿足提示圖6、圖7為廣州抽水蓄能電站高壓管道通過(guò)斷層帶的平面有限元計(jì)算網(wǎng)格，供參考。提示1淺孔低壓固結(jié)灌漿的目的有三點(diǎn)一是處理混凝土與巖石之間的接觸縫隙，使之接觸緊密；二是加固因爆破而產(chǎn)生的松動(dòng)圈；三是為深孔高壓固結(jié)灌漿較為堅(jiān)固的塞位。其壓力為1MP2MP，孔深2M3包括混凝土襯砌厚。淺孔固結(jié)灌漿，排間、排內(nèi)不分序，但應(yīng)從底拱孔先開灌。宜將本區(qū)段孔全部鉆好才開灌，以利于排氣及漿液擴(kuò)散。灌漿過(guò)程中如發(fā)生串漿現(xiàn)象則不堵塞串漿孔，而把主灌孔移至串漿孔施灌，若多孔串漿則聯(lián)灌。2深孔高壓灌漿，按排間分序，排內(nèi)分序，即分奇數(shù)孔及偶數(shù)孔，從底拱灌至頂