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(3)箍管。當(dāng)hd>1000m2時,鋼板厚度通常會逾越40mm,其加工比照困難,因而在這種情況下常選用箍管。箍管是在焊接納或無縫鋼管外套以無縫的鋼環(huán)(鋼箍,稱為加勁環(huán)),然后使管壁和鋼箍一同接受內(nèi)水壓力,以減小管壁鋼板的厚度。
鋼管所運用的鋼材應(yīng)根據(jù)鋼管結(jié)構(gòu)型式、鋼管計劃、運用溫度、鋼材功用、制作設(shè)備技術(shù)需要以及經(jīng)濟(jì)合理等要素 參照計劃規(guī)范選定。
(二)鋼筋混凝土管
鋼筋混凝土管具有造價低、剛度較大、經(jīng)久耐用等利益,通常用于內(nèi)壓不高的中小型水電站。除了通常的鋼筋混凝土管外,還有預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管、鋼絲網(wǎng)水泥管和預(yù)應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥管等。通常鋼筋混凝土管適用于hd<50m2的情況,預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管的hd可抵達(dá)200m2,而預(yù)應(yīng)力鋼絲網(wǎng)水泥管的抗裂功用好,hd可逾越300m2。
為了保證上覆巖層的安 穩(wěn),應(yīng)留有滿意的巖石厚度。
洞井的安 頓方法有豎井、斜井平和洞三種,應(yīng)根據(jù)工程安 頓、施工條件、施工機(jī)械和施工方法選用。
(三)結(jié)構(gòu)與施工需要
地下埋管是鋼襯、回填混凝土、巖體一同受力的組合結(jié)構(gòu)。其施工程序包括洞井開挖、鋼襯設(shè)備、混凝土回填和灌漿四個工序。
(1)洞井開挖
洞井開挖要盡量選用光面、預(yù)裂爆破或掘進(jìn)機(jī)開挖,以堅持圓形孔口,使洞壁盡量平整,并減少爆破松動影響。其他,要合理選擇施工支洞的高程和方位,以便利出碴、運送鋼襯和混凝土澆筑,并考慮作為耐久排水洞和觀測洞。鋼管管壁與圍巖之間的凈空間標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)施工方法和結(jié)構(gòu)安 頓(開挖、回填、焊接等施工方法以及有無錨固加勁環(huán)等)判定。需要在管壁外側(cè)進(jìn)行焊接者,兩邊和頂部起碼留0.5m,底部起碼留0.6m。加勁環(huán)距巖壁起碼0.3m。應(yīng)盡量減少現(xiàn)場管外焊接,減小加勁環(huán)高度,以減少巖石開挖和混凝土回填方量。
(2)鋼襯設(shè)備
鋼襯通常在工廠制成一定長度的管節(jié),運送到洞內(nèi),用預(yù)埋錨件固定,校正圓度、壓縫整平后進(jìn)行焊接。
(3)混凝土回填
鋼襯與圍巖之間回填的混凝土僅起傳遞徑向內(nèi)壓力而不必承受環(huán)向拉力,標(biāo)號不必太高,但也不宜低于c15。更主要的是要選用適合的原材料和級配、合理的運送、澆筑和振搗技術(shù),以保證回填混凝士密實、均勻、圍巖和鋼襯嚴(yán)密貼合。平管的底部,止水環(huán)和加勁環(huán)附近加強(qiáng)振搗,制止出現(xiàn)疏松區(qū)和空泛區(qū);炷粱靥畹娜毕輰︿撘r外壓安 穩(wěn)非常不利。選用預(yù)埋骨料壓漿混凝土和微脹大水泥等,常會獲得較好的作用。
(4)灌漿
灌漿分為回填灌漿,接縫灌漿和固結(jié)灌漿。我國鋼管計劃標(biāo)準(zhǔn)規(guī)矩:平洞、斜井應(yīng)作頂拱回填灌漿,灌漿壓力不應(yīng)小于0.2mpa,但也不得大于鋼管抗外壓臨界壓力。鋼管與混凝土襯圈之間假設(shè)存在逾越計劃容許的縫隙,應(yīng)進(jìn)行接縫灌漿。接觸灌漿宜在氣溫最低的時節(jié)施工,以減少縫隙值,其灌漿壓力不宜大于0.2mpa,并保證鋼管在灌漿過程中的變形不逾越計劃容許值。基巖固結(jié)灌漿可視圍巖情況、內(nèi)水壓力、計劃假定、開挖爆破方法等情況判定,其灌漿壓力不宜小于0.5mpa。
灌漿過程中,應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)督,防止鋼管失穩(wěn)等事端,必要時可采用暫時支護(hù)方法。灌漿后,悉數(shù)灌漿孔有必要嚴(yán)密封閉,以防工作時內(nèi)水外滲,形成事端。
二、地下埋管承受內(nèi)壓時的強(qiáng)度核算
從結(jié)構(gòu)上來看,地下埋管相當(dāng)于一個圓筒型多層組合結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)核算根據(jù)以下假定:
(1)結(jié)構(gòu)中的各層材料(鋼材、混凝土、巖石等)均處于彈性情況,且為各向同性體;
(2)鋼襯設(shè)備后回填混凝土之前,圍巖現(xiàn)已充分變形,故混凝土層和鋼襯中不存在初始應(yīng)力;
(3)在鋼襯與混凝土、混凝土和圍巖之間存在細(xì)微的初始縫隙。
地下埋管的結(jié)構(gòu)剖析方法,根據(jù)縫隙條件和掩蓋圍巖厚度,分為鋼管與圍巖一同承受荷載和由鋼管單獨承受荷載兩類情況。單獨承擔(dān)和載情況的核算與明鋼管相同。一同承擔(dān)荷載時,地下埋管在內(nèi)壓作用下發(fā)作變形,變形前后的情況和荷載傳遞情況見圖8-39所示。圖的上下兩有些分別為地下埋管受內(nèi)水壓力前后的有些橫斷面圖。埋
圖8-39地下埋管的變形
管承受內(nèi)壓后,鋼襯發(fā)作徑向位移,待縫隙不見后,繼續(xù)向混凝土襯圈傳遞內(nèi)壓,使混凝土內(nèi)發(fā)作環(huán)向拉應(yīng)力,從而在襯圈內(nèi)發(fā)作徑向裂縫。內(nèi)壓經(jīng)過混凝土楔塊繼續(xù)向圍巖傳遞,圍巖發(fā)作向外的徑向位移并形成圍巖抗力,使埋管在內(nèi)壓下得到平衡。假設(shè)縫隙是均勻的,巖石又是各向同性的,那末地下埋管是對稱的組合圓筒結(jié)構(gòu),在均勻內(nèi)壓下的位移和應(yīng)力可按平面應(yīng)變下的相容條件得出解析答復(fù)。地下埋管承受內(nèi)壓時的核算包括兩方面,其一是在已知鋼管厚度情況下,求鋼襯應(yīng)力σθ,其二是在已知鋼襯容許應(yīng)力的情況下求解鋼襯厚度。
在內(nèi)水壓力p作用下,設(shè)現(xiàn)已開裂的混凝士襯圈與圍巖之間的徑向接觸應(yīng)力為q,則根據(jù)襯圈楔塊的力的平衡條件,鋼襯與襯圈之間的接觸應(yīng)力:
上二式中:e——鋼襯的彈性模量;
μ——鋼襯的泊松比。
混凝士襯圈的楔塊僅在徑向遭到pc及q的作用,在混凝土澆筑質(zhì)量得到保證的情況下,其徑向壓縮位移量很小,可以忽略不記。圍巖在內(nèi)壓q作用下的徑向位移
(8-43)
式中,k稱為圍巖的抗力系數(shù),其界說是圍巖中給定半徑的圓形孔口受均勻內(nèi)壓作用下,孔周發(fā)作1cm徑向位移值時所需的均勻內(nèi)壓值,單位為mpa/cm。工程上常運用單位抗力系數(shù)k0,即半徑為100cm的孔口受均勻內(nèi)壓時,孔周發(fā)作1cm徑向位移值時均勻內(nèi)壓值,假設(shè)圍巖是線彈性體,則存在下列聯(lián)絡(luò)
三、影響鋼襯應(yīng)力的要素
對鋼襯應(yīng)力影響比照大的是巖體特性和初始縫隙。
1.圍巖單位抗力系數(shù)k0的影響
首要看一下單位抗力系數(shù)k0的影響程度。設(shè)有一地下埋管,其r1=200cm,δ=1.2cm、p=2mpa,δ=0時,k0分別等于0(圍巖無抗力)及40mpa/cm,則鋼襯應(yīng)力由333mpa降為85.5mpa。可見k0值是很主要的。
但是工程設(shè)計中很難準(zhǔn)確地選擇k0值。由于巖體中常存在比照脆弱的節(jié)理和裂隙,所以巖體自身并不是線彈性各向同性體,在試驗室中也無法準(zhǔn)確地判定巖體的參數(shù),所以巖體的參數(shù)只要靠大規(guī),F(xiàn)場試驗或工程閱歷判定。但一方面現(xiàn)場試驗本錢高,其他隧洞線路較長,各有些的參數(shù)不盡相同,且試驗探洞的部位以及荷載大小等都對效果有影響,所以選用核算參數(shù)時要非常穩(wěn)重。
在判定了巖體的彈性模量er和泊松比μr后,可以由下式核算單位抗力系數(shù)k0
(8-50)
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