第四章 地下埋管

1、第四章第四章 地下埋管地下埋管4.1 4.1 地下埋管的特点及构造地下埋管的特点及构造地下埋管是埋藏于地层岩石之中的钢管，其为地下埋管是埋藏于地层岩石之中的钢管，其为水电站中水电站中应用最多的一种压力管道应用最多的一种压力管道。一、地下埋管的性质一、地下埋管的性质地下埋管的性质地下埋管的性质：钢衬与岩体之间用混凝土回钢衬与岩体之间用混凝土回填后共同受力的组合结构。填后共同受力的组合结构。小结：小结：明钢管的设计步骤明钢管的设计步骤1、线路选择线路选择。2、供水方式供水方式选择选择。3、管径确定。管径确定。4、管道布置及附件设计：镇墩、支墩、伸缩管道布置及附件设计：镇墩、支墩、伸缩节、进人孔、阀

2、门。节、进人孔、阀门。5、水力计算水力计算(1)恒定流：计算恒定流：计算h损损。(2)非恒定流：计算水锤压力。非恒定流：计算水锤压力。6、压力钢管结构设计压力钢管结构设计(1)初步拟定管壁厚度初步拟定管壁厚度；(2)进行钢管外压稳定校核，确进行钢管外压稳定校核，确定是否设置加劲环，并计算其尺寸；定是否设置加劲环，并计算其尺寸；(3)进行强度校核进行强度校核。7、校核镇墩的稳定及地基应力。校核镇墩的稳定及地基应力。二、地下埋管的工作特点二、地下埋管的工作特点与明管相比与明管相比（1）优点）优点布置灵活方便。布置灵活方便。钢管与围岩共同承担内水压，减小钢衬钢管与围岩共同承担内水压，减小钢衬。运行安

3、全。运行安全。(2)缺点缺点施工安装工序多，工施工安装工序多，工艺要求高，施工条件较差。艺要求高，施工条件较差。外压稳定问题突出。外压稳定问题突出。下弯段钢管底部隆起下弯段钢管底部隆起锚环焊缝开裂锚环焊缝开裂三、布置三、布置1、布置要求、布置要求(1) 线路应尽量选择在地形、地质条件优越地区，线路应尽量选择在地形、地质条件优越地区，并与调压室和厂房有良好的总体布置。并与调压室和厂房有良好的总体布置。(2)应布置在坚固、完整、应布置在坚固、完整、覆盖层厚覆盖层厚的岩体中。的岩体中。(3)管轴线尽量与岩层构造面垂直。管轴线尽量与岩层构造面垂直。(4)布置在地下水位低的岩层中，同时应避开地布置在地下

4、水位低的岩层中，同时应避开地下水压力和涌水量很大而又不易下水压力和涌水量很大而又不易采取有效排水措施采取有效排水措施的地段。的地段。(5)地下埋管宜多采用地下埋管宜多采用联合供水联合供水。当同时要求开。当同时要求开挖几条隧洞时，隧洞间要有足够的间距。挖几条隧洞时，隧洞间要有足够的间距。(3D)水电站厂房水电站厂房水轮发电机机组水轮发电机机组压力管道压力管道2、地下埋管的布置形式、地下埋管的布置形式竖井竖井：常用于首部式开发的地下电站。：常用于首部式开发的地下电站。斜井斜井：适用于地面和地下厂房。：适用于地面和地下厂房。平洞平洞：作为过渡段使用。：作为过渡段使用。四、地下埋管的施工要求四、地下埋

5、管的施工要求地下埋管施工过程地下埋管施工过程：开挖岩洞（清理石渣、支：开挖岩洞（清理石渣、支护等）护等）安装钢管安装钢管回填砼回填砼各种灌浆各种灌浆(回填灌浆、回填灌浆、固结灌浆、接缝灌浆固结灌浆、接缝灌浆)。(1)洞井开挖可以用不同方法。洞井开挖可以用不同方法。先先开挖导洞开挖导洞，后，后扩大导洞断面，扩大导洞断面，开挖方向如前。开挖方向如前。尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖，保持尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖，保持圆形孔口，减少爆破松动影响。圆形孔口，减少爆破松动影响。开挖过程中包括：开挖过程中包括：放线、打眼、装药、放炮、放线、打眼、装药、放炮、排烟、清除危岩、喷锚支护等。排烟、清

6、除危岩、喷锚支护等。(2)施工时应施工时应合理地选择合理地选择水平施工支洞的水平施工支洞的高程及高程及平面位置平面位置，以利出渣、钢衬的运输安装和回填砼，以利出渣、钢衬的运输安装和回填砼，并考虑作为永久性排水洞和观测洞的可能。并考虑作为永久性排水洞和观测洞的可能。TBM掘进机工作过各示意图掘进机工作过各示意图TBM刀盘部分刀盘部分 全长全长100多米，钻头多米，钻头直径直径8米多，隧洞的衬砌，米多，隧洞的衬砌，支护可一气呵成支护可一气呵成 。(3)钢管管壁与围岩之间的径向净空尺寸视施工钢管管壁与围岩之间的径向净空尺寸视施工方法和结构布置而定。方法和结构布置而定。钢管就位以后需要在管外焊接作业的

7、钢管就位以后需要在管外焊接作业的：两侧及：两侧及顶部至少留顶部至少留0.5m，底部至少留，底部至少留0.6m或更大。加劲环或更大。加劲环距岩壁应至少留距岩壁应至少留0.3m。注注：应尽量避免现场管外焊接，应尽量避免现场管外焊接，减少加劲环减少加劲环高度高度，以节省开挖和回填混凝土量。，以节省开挖和回填混凝土量。 0.5m0.6m0.3m(4)钢衬一般在加工厂焊制成一定长度的管节，钢衬一般在加工厂焊制成一定长度的管节，运输到洞内用预埋的锚件固定，校正圆度，压缝整运输到洞内用预埋的锚件固定，校正圆度，压缝整平后，焊接安装环缝。平后，焊接安装环缝。(5)钢衬与围岩之间钢衬与围岩之间回填的砼仅传递径向

8、内压回填的砼仅传递径向内压力力，故标号一般在故标号一般在150#-250#之间，且不低于之间，且不低于150#(稍稍低于低于C15)。回填砼一般采用砼泵浇筑。回填砼一般采用砼泵浇筑。回填砼分层浇筑回填砼分层浇筑。当需加当需加快施工进度时快施工进度时，可在管内架设，可在管内架设临时支撑。临时支撑。为振捣方便，砼浇筑可在为振捣方便，砼浇筑可在安装好几段钢管后交叉进行。安装好几段钢管后交叉进行。浇筑时需注意钢衬外围和刚性环附近振捣密实，浇筑时需注意钢衬外围和刚性环附近振捣密实，防止出现空洞，防止地下水浸入冲走水泥浆造成无防止出现空洞，防止地下水浸入冲走水泥浆造成无强度空洞。强度空洞。(6)采用合适的

9、原材料和级配、合理的输送、浇采用合适的原材料和级配、合理的输送、浇筑和震捣工艺更为重要，以保证回填混凝土密实、筑和震捣工艺更为重要，以保证回填混凝土密实、均匀并和围岩及钢衬密切贴合。均匀并和围岩及钢衬密切贴合。回填砼的缺陷会引起钢衬的局部弯曲回填砼的缺陷会引起钢衬的局部弯曲，特别不特别不利，甚至不如明管。所以利，甚至不如明管。所以这些缺陷常常是造成地下这些缺陷常常是造成地下埋管事故的重要原因。埋管事故的重要原因。(7)采用预埋骨料压浆砼和微膨胀水泥等采用预埋骨料压浆砼和微膨胀水泥等，常可，常可取得较好的效果，而且可将砼浇筑和回填灌浆的工取得较好的效果，而且可将砼浇筑和回填灌浆的工艺结合为一，并

10、对钢衬起艺结合为一，并对钢衬起一定预压作用一定预压作用。采用竖井和较陡的斜井，利于回填砼的质量。采用竖井和较陡的斜井，利于回填砼的质量。(8)灌浆分回填灌浆、接缝灌浆和固结灌浆。灌浆分回填灌浆、接缝灌浆和固结灌浆。顶拱回填灌浆顶拱回填灌浆：平洞、斜井，在砼浇筑：平洞、斜井，在砼浇筑14天天后进行。后进行。基岩基岩固结灌浆固结灌浆可视具体条件选用可视具体条件选用。灌浆过程中应严密监视，防止钢衬失稳事故；灌浆过程中应严密监视，防止钢衬失稳事故；灌浆后全部灌浆孔均必须严密封堵灌浆后全部灌浆孔均必须严密封堵，以防运行时内，以防运行时内水外渗，造成事故。水外渗，造成事故。固结灌浆应在回填灌浆固结灌浆应在

11、回填灌浆7-14天天之后进行。之后进行。接缝灌浆：接缝灌浆：钢衬与砼、砼与围岩之间进行，钢衬与砼、砼与围岩之间进行，且宜在气温最低的季节施工且宜在气温最低的季节施工，以减少缝隙值。于，以减少缝隙值。于固固结灌浆结灌浆14天后进行天后进行。(9)地下水位较高地区，可打排水洞地下水位较高地区，可打排水洞(效果好效果好)、设排水管设排水管(易堵塞易堵塞)，也可外设加劲环。，也可外设加劲环。可采用环向、纵向排水暗管。可采用环向、纵向排水暗管。环向排水环向排水：可用砾石铺成，每隔：可用砾石铺成，每隔6-8m设一道，设一道，收集的渗水汇集后由衬砌下部的纵向排水暗管收集的渗水汇集后由衬砌下部的纵向排水暗管(

12、例如例如无砂混凝土管无砂混凝土管)排向下游排向下游。4.24.2地下埋管承受内压分析地下埋管承受内压分析一、基本工作原理一、基本工作原理1、基本假定、基本假定(1)围岩、砼、钢管为弹性状态，围岩、砼、钢管为弹性状态，岩石为完全弹性体，且各向同性。岩石为完全弹性体，且各向同性。(2)岩石开挖后已充分变形，岩石开挖后已充分变形，回回填填砼和钢衬施工后无初始应力。砼和钢衬施工后无初始应力。(3)在设计内压作用下，回填在设计内压作用下，回填砼承受荷载开裂砼承受荷载开裂以后只传递径向压力，不承担环向荷载。以后只传递径向压力，不承担环向荷载。2、基本工作原理、基本工作原理r1二、计算内容二、计算内容(1)

13、 在已知钢管厚度情况下，求钢衬应力在已知钢管厚度情况下，求钢衬应力；钢衬环向拉应力的计算公式钢衬环向拉应力的计算公式：(2) 在已知钢衬允许应力的情况下求钢衬厚度。在已知钢衬允许应力的情况下求钢衬厚度。给定允许应力和焊缝系数的情况下，求给定允许应力和焊缝系数的情况下，求管壁厚度管壁厚度的计算公式：的计算公式：ErKK/100100Pr1001 ErK101100Pr 除公式不同除公式不同外，计算结果处外，计算结果处理同明钢管理同明钢管。三、影响钢衬应力因素的分析三、影响钢衬应力因素的分析1、围岩的单位抗力系数、围岩的单位抗力系数K0。概念见教材概念见教材K0=Ed/100(1+d)应该尽量改善

14、围岩的质量，提高其弹性模量，应该尽量改善围岩的质量，提高其弹性模量，途径为途径为固结灌浆固结灌浆。是否需要需论证是否需要需论证Ed与与d可由试验得出，可由试验得出，无论是室内还是现场无论是室内还是现场试验都应注意试验结试验都应注意试验结果的局限性。果的局限性。ErKK/100100Pr1001r12、初始缝隙、初始缝隙。对应力影响大，但不易确定。对应力影响大，但不易确定。施工缝隙施工缝隙0：砼浇筑或接缝灌浆完工后，温：砼浇筑或接缝灌浆完工后，温度恢复正常时，钢衬与砼衬圈及砼与围岩间的间隙度恢复正常时，钢衬与砼衬圈及砼与围岩间的间隙总和。由砼的收缩和施工质量不良造成。总和。由砼的收缩和施工质量不

15、良造成。若施工处理较好，可取若施工处理较好，可取0 0.2mm。ErKK/100100Pr1001r1减小施工缝隙的措施：减小施工缝隙的措施：A.浇筑砼的水化热消散后在低温时进行接缝灌浇筑砼的水化热消散后在低温时进行接缝灌浆。浆。B.在砼浇筑时降低入仓温度和对钢衬进行冷却，在砼浇筑时降低入仓温度和对钢衬进行冷却，如喷洒冷水。如喷洒冷水。C.采用膨胀砼回填。此法有时可不进行接缝灌采用膨胀砼回填。此法有时可不进行接缝灌浆。浆。D.采用预埋骨料压浆砼。采用预埋骨料压浆砼。r1钢衬冷缩缝隙钢衬冷缩缝隙S（温差缝隙温差缝隙）：）：其值取决于其值取决于钢衬竣工时温度钢衬竣工时温度(无确切资料可用无确切资料

16、可用平均地温平均地温)与运行与运行时温度时温度(最低水温最低水温)之差之差ts。其为非定值，冬季最大。其为非定值，冬季最大。 S=stsr1(1+)r1围岩冷缩缝隙围岩冷缩缝隙R RRdRrt1RRdRrt1围岩破碎区相对围岩破碎区相对半径影响系数半径影响系数 围岩破碎区外半径围岩破碎区外半径r4取值：取值：坚硬完整岩石可取隧坚硬完整岩石可取隧洞内半径，破碎软弱岩石可取洞内半径，破碎软弱岩石可取7倍钢管内半径。倍钢管内半径。RRdRrt1围岩塑性压缩缝隙围岩塑性压缩缝隙p：岩体的残余变形。：岩体的残余变形。r1一般可用适当降低一般可用适当降低K0值的方法加以考虑。值的方法加以考虑。计算时计算时

17、初始缝隙初始缝隙的取值的取值 ：= 0+ S + R=(35) 10-4r1。 ErK101100Pr注，此式适用条件：注，此式适用条件： 否则地下埋管壁厚按明管计否则地下埋管壁厚按明管计算。算。四、非均质围岩中钢衬应力分析四、非均质围岩中钢衬应力分析 实际上任何地下埋管都非轴对称问题。因为实际上任何地下埋管都非轴对称问题。因为 ：(1) 围岩的性质和初始应力状态不可能是各向同围岩的性质和初始应力状态不可能是各向同性的。性的。 (2) 围岩孔口不是正圆。围岩孔口不是正圆。 (3) 施工缝隙不可能是均匀的而呈复杂的局部施工缝隙不可能是均匀的而呈复杂的局部分布状态。分布状态。 (4) 回填的混凝土

18、衬圈未必沿圆周均匀地径向回填的混凝土衬圈未必沿圆周均匀地径向开裂。开裂。 层状岩体是最典型的各向异性岩体，对这种岩层状岩体是最典型的各向异性岩体，对这种岩体内埋管的研究结果表明：体内埋管的研究结果表明： (1)钢衬应力的绝对值和它的不均匀性受管道钢衬应力的绝对值和它的不均匀性受管道轴线与岩层相对位置的影响很大；轴线与岩层相对位置的影响很大；钢衬应力最大值钢衬应力最大值发生在围岩变形模量最大的方向的位置发生在围岩变形模量最大的方向的位置。(2)围岩两正交方向的变形模量值之比越大，钢围岩两正交方向的变形模量值之比越大，钢衬应力分布的不均匀程度也越大。衬应力分布的不均匀程度也越大。 (3)围岩变形模

19、量的绝对值越大，围岩各向异围岩变形模量的绝对值越大，围岩各向异性对钢衬应力的影响也大。性对钢衬应力的影响也大。 (4)混凝土衬圈的非均匀开裂对钢衬应力的不混凝土衬圈的非均匀开裂对钢衬应力的不均匀性有相当影响。均匀性有相当影响。E五、围岩承载能力五、围岩承载能力 实质：实质：即为确定钢管外岩石覆盖层厚度即为确定钢管外岩石覆盖层厚度。同时满足以下两个条件同时满足以下两个条件：1、埋管顶部基岩净厚度埋管顶部基岩净厚度Hd不小于管道砼不小于管道砼衬圈外直径三倍，即：衬圈外直径三倍，即： Hd6r3工程上应用较多，工程上应用较多，但不合理，势必被淘汰。但不合理，势必被淘汰。2、抗上抬方法、抗上抬方法31

20、1/)(rprq311/)(rprq)/1000/()1000(10110111ErKKprs111)1 (rtsss2、抗上抬方法、抗上抬方法当当60，可用考虑围岩摩擦力的侧推平衡原，可用考虑围岩摩擦力的侧推平衡原则分析围岩水平覆盖厚度的要求。一般则分析围岩水平覆盖厚度的要求。一般f1，故水，故水平覆盖厚度应大于垂直覆盖厚度平覆盖厚度应大于垂直覆盖厚度。3、数值分析方法、数值分析方法，包括有限元、流线元及，包括有限元、流线元及DDA等分析方法。等分析方法。方便快捷，但参数的选取比较麻烦，程序本身方便快捷，但参数的选取比较麻烦，程序本身有待进一步改进。有待进一步改进。 4.34.3地下埋管的抗

21、外压失稳地下埋管的抗外压失稳地下埋管钢衬的外压失稳问题比内压问题更需地下埋管钢衬的外压失稳问题比内压问题更需注意，因为：注意，因为：地下埋管是一种薄壳结构，有围岩联合作用，地下埋管是一种薄壳结构，有围岩联合作用，其承受内压的潜在安全度相当高其承受内压的潜在安全度相当高，但管但管道放空时所受外压力的值可能远大于大道放空时所受外压力的值可能远大于大气压力气压力，造成管道外压失稳。，造成管道外压失稳。一、钢衬的外压荷载一、钢衬的外压荷载 (1) 地下水压力地下水压力，即工程上常说的，即工程上常说的外水压力外水压力。可根据勘测资料选定。可根据勘测资料选定。 (2) 钢衬与混凝土之间钢衬与混凝土之间接缝

22、灌浆压力接缝灌浆压力。计算时。计算时接缝灌浆压力一般为接缝灌浆压力一般为0.2MPa。另外工程上另外工程上回填回填及及接触灌浆接触灌浆的压力一般为的压力一般为0.15-0.25 MPa，固结灌浆固结灌浆压力一般为压力一般为0.45-0.55 MPa，常，常取为取为0.5 MPa。一、钢衬的外压荷载一、钢衬的外压荷载 (1) 地下水压力地下水压力(2) 钢衬与混凝土之间钢衬与混凝土之间接缝灌浆压力接缝灌浆压力(3) 回填砼时流态混凝土的压力。回填砼时流态混凝土的压力。即施工期一次浇筑的流态砼的压力，即施工期一次浇筑的流态砼的压力，其值决定其值决定于混凝土一次浇筑的高度于混凝土一次浇筑的高度，其值

23、为：，其值为： 砼HC二、埋管钢衬在外压下失稳的特征二、埋管钢衬在外压下失稳的特征临界压力：临界压力：工程上钢衬达到工程上钢衬达到屈服强度屈服强度时的状时的状态称为失稳，相应的外界压力称为态称为失稳，相应的外界压力称为临界压力临界压力。埋管与明钢管外压下失稳的重要区别埋管与明钢管外压下失稳的重要区别：地下：地下埋管失稳埋管失稳受外围混凝土的限制受外围混凝土的限制。埋管钢衬的临埋管钢衬的临界压力与材料的屈服强度和初始缝隙值界压力与材料的屈服强度和初始缝隙值直接有关。直接有关。两种失稳模式两种失稳模式 (a) n个屈曲波个屈曲波 (b)三个半波三个半波埋管钢衬在外压下失稳的特征埋管钢衬在外压下失稳

24、的特征：外压外压钢衬屈曲钢衬屈曲钢衬变形达到钢衬变形达到0外压继续外压继续增加增加钢衬发生更多波形的屈曲钢衬发生更多波形的屈曲钢衬应力值钢衬应力值钢衬应力达到材料屈服值钢衬应力达到材料屈服值失稳。失稳。此形式较符此形式较符合实际情况，合实际情况，较常见较常见钢衬的屈曲失稳形式可以是整体的或局部的钢衬的屈曲失稳形式可以是整体的或局部的三、光面钢衬临界压力计算三、光面钢衬临界压力计算1、阿氏公式、阿氏公式(我国钢管设计规范推荐阿氏公式作为主要计算我国钢管设计规范推荐阿氏公式作为主要计算公式，对于公式，对于光面管光面管，阿氏公式为：，阿氏公式为：Er45. 01)(r46. 3Er121rEN0s1

25、N0s12/3N21N1(2) ErrPNsNcr)(35. 01011临界压力公式：临界压力公式：(1) Er45. 01)(r46. 3Er121rEN0s1N0s12/3N21N1(2) ErrPNsNcr)(35. 01011(1) 计算步骤计算步骤：计算时先由式：计算时先由式(1)求出求出N，再由式，再由式(2)求求Pcr。Er45. 01)(r46. 3Er121rEN0s1N0s12/3N21N1(2) ErrPNsNcr)(35. 01011(1) 求求N时需要试算。时需要试算。已已将阿氏公式制成曲线将阿氏公式制成曲线，根，根据钢衬的屈服强度据钢衬的屈服强度s值和值和钢衬的主要

26、参数钢衬的主要参数r1/和和/ r1，即可直接由图查出即可直接由图查出Pcr，见，见P56图图4-4。Er45. 01)(r46. 3Er121rEN0s1N0s12/3N21N1(2) 外压kPrPscr25. 07 . 113440注注：采用高强钢可减小管壁厚度，但可能造采用高强钢可减小管壁厚度，但可能造成临界压力成临界压力Pcr的降低，工程应用时应注意。的降低，工程应用时应注意。理论公式的计算结果不可能完全精确地理论公式的计算结果不可能完全精确地反映实际情况。反映实际情况。阿氏公式算出的临界压力值较低。阿氏公式算出的临界压力值较低。ErrPNsNcr)(35. 01011(2) ErK1

27、01100Pr 2、经验公式、经验公式根据根据38个模型试验资料回归分析的方法建立：个模型试验资料回归分析的方法建立：若外压稳定不满足，更常用的是在管壁外设若外压稳定不满足，更常用的是在管壁外设加加劲环劲环或或锚筋、锚片锚筋、锚片。外压外压PkPrPscr262025. 07 . 11四、加劲环式钢衬临界压力计算四、加劲环式钢衬临界压力计算地下埋管常采用加劲环来提高稳定性和在运输、地下埋管常采用加劲环来提高稳定性和在运输、施工时增加钢衬的刚度。施工时增加钢衬的刚度。有加劲环的埋藏式钢管的抗外压稳定计算有加劲环的埋藏式钢管的抗外压稳定计算：1、加劲环的稳定分析、加劲环的稳定分析用光面管公式计算用

28、光面管公式计算。rl78. 0Er45. 01)(r46. 3Er121rEN0s1N0s12/3N21N1(1) ErrPNsNcr)(35. 01011临界压力公式：临界压力公式：(2) 实际上实际上，加劲环嵌固在混凝土中，向内变形，加劲环嵌固在混凝土中，向内变形时约束大，一般可以不考虑加劲环的外压稳定性问时约束大，一般可以不考虑加劲环的外压稳定性问题，而题，而按强度条件控制按强度条件控制，即，即：lrFPscr1/式中：式中：F加劲环有效截面面积；加劲环有效截面面积； l加劲环间距。加劲环间距。rl78. 02、加劲环之间的管壁外压稳定、加劲环之间的管壁外压稳定目前尚无完善计算方法，可套

29、用带有加劲环的目前尚无完善计算方法，可套用带有加劲环的明管明管的外压稳定计算公式，即认为缝隙值很大，的外压稳定计算公式，即认为缝隙值很大，这这样偏于安全样偏于安全。（式。（式336、337）MParLnnnrErLnnrEPcr2 . 01121)1 (121) 1(2222222332222224/12/174. 2rLrn3、锚筋式钢管、锚筋式钢管用经验公式校核：用经验公式校核： n同一截面上的锚筋数同一截面上的锚筋数l管轴向锚筋间距。管轴向锚筋间距。锚筋具体设计见锚筋具体设计见水工设计手册水工设计手册。43. 018 . 1164. 04 . 021552rnlrnPscr加劲环式钢衬抗

30、外压失稳的设计步骤是：加劲环式钢衬抗外压失稳的设计步骤是：1、根据设计外压力荷载值，算出管壁不失稳根据设计外压力荷载值，算出管壁不失稳所需加劲环间距所需加劲环间距l（按式（按式3-36、3-37计算）；计算）；2、根据间距设计加劲环的断面（按式根据间距设计加劲环的断面（按式4-11计计算）算） 。lrFPscr1/2222222332222221121)1 (121) 1(rLnnnrErLnnrEPcr4/12/174. 2rLrn五、防止埋管钢衬受外压失稳的措施五、防止埋管钢衬受外压失稳的措施地下埋管钢衬的严重失稳地下埋管钢衬的严重失稳事故多发生在地下水事故多发生在地下水作用的情况作用的情

31、况。工程上一般可以采用：。工程上一般可以采用：(1) 降低地下水水压力降低地下水水压力。此为防止钢衬失稳的根本方法，排水廊道结合此为防止钢衬失稳的根本方法，排水廊道结合排水孔是比较广泛采用的有效措施。排水孔是比较广泛采用的有效措施。 (2) 精心施工，精心施工，做好钢衬与混凝土之间的接缝做好钢衬与混凝土之间的接缝灌浆灌浆，减小缝隙。，减小缝隙。(3)设加劲环设加劲环的方法来提高稳定性和在运输和施的方法来提高稳定性和在运输和施工时增加钢衬的刚度。工时增加钢衬的刚度。(4) 采用采用夹膜式钢筋混凝土管道夹膜式钢筋混凝土管道(即在二层钢筋即在二层钢筋混凝土中夹薄钢板混凝土中夹薄钢板)，不仅抵抗外压的

32、能力大大增，不仅抵抗外压的能力大大增强，而且具有明显的经济效益。强，而且具有明显的经济效益。(5)流态混凝土的压力稳定可用流态混凝土的压力稳定可用临时支撑解决或临时支撑解决或限制浇筑高度限制浇筑高度。4.4 4.4 地下埋管的改进途径和措施地下埋管的改进途径和措施一、现行设计理论的主要原则及问题一、现行设计理论的主要原则及问题1、设计理论主要原则、设计理论主要原则(1) 内水压作用下，钢衬变形充填缝隙，再使内水压作用下，钢衬变形充填缝隙，再使砼衬圈开裂，并与围岩按变位相容条件联合受力。砼衬圈开裂，并与围岩按变位相容条件联合受力。(2) 把各向异性、具有裂隙等构造的非线弹性把各向异性、具有裂隙等

33、构造的非线弹性岩体当作均匀介质考虑。岩体当作均匀介质考虑。(3) 限制钢衬在其材料的弹性范围内工作，一限制钢衬在其材料的弹性范围内工作，一般将钢衬的允许应力限制为钢材屈服强度的般将钢衬的允许应力限制为钢材屈服强度的0.67倍倍或更低。或更低。(4) 校核围岩的承载力，在满足要求的情况下，校核围岩的承载力，在满足要求的情况下，为提高围岩分担内水压力百分比采用回填、接缝、为提高围岩分担内水压力百分比采用回填、接缝、固结灌浆等工程措施来减小总缝隙，并改善围岩的固结灌浆等工程措施来减小总缝隙，并改善围岩的力学性能。力学性能。(5) 校核外压稳定，必要时以加劲环、锚筋等校核外压稳定，必要时以加劲环、锚筋

34、等措施来增加钢衬的抗外压稳定能力。措施来增加钢衬的抗外压稳定能力。2、以上设计理论及工程实践存在问题、以上设计理论及工程实践存在问题(1) 对钢衬应力有重要影响的一些参数，如对钢衬应力有重要影响的一些参数，如缝缝隙值隙值和反映围岩变形的性能的和反映围岩变形的性能的抗力系数抗力系数，取值很难，取值很难准确，使钢衬的实际工作应力和计算应力可能相差准确，使钢衬的实际工作应力和计算应力可能相差甚远。甚远。(2) 计算出来的围岩所分担的内水压力值与围计算出来的围岩所分担的内水压力值与围岩的实际承载并无必然联系岩的实际承载并无必然联系，当围岩实际承载力超，当围岩实际承载力超过计算中它所分担的内水压力时，围岩承载力没有过计算中它所分担的内水压力时，围岩承载力没有得到充分利用。得到充分利用。(3) 当当K(围岩