引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管设计.docx

引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管设计徐汇（甘肃省水利水电勘测设计研究院,甘肃兰州730000）摘要：引大入秦工程总干渠先明峡倒虹吸压力钢管管径φ2.65m，设计最大工作水头107.12m，总重量约1535t，属高水头大管径倒虹吸压力钢管，现钢管安全运行已近15a。主要介绍了钢管壁厚选择、支承方式、管道伸缩节以及人行桥和进人孔、放空管的设计情况，对焊缝和防腐涂装进行了重点要求。为今后进一步优化倒虹吸压力钢管设计，高质量地完成工程建设任务积累了经验。关键词：引大入秦工程；先明峡倒虹吸；压力钢管；设计中图分类号：文献标识码：B1工程概况引大入秦灌溉工程是甘肃省中部地区一项大型跨流域调水工程，设计引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，灌溉面积86万亩。引大入秦灌溉工程总干渠从甘肃省天祝县天堂寺引大通河水，全长86.810km，设隧洞33座；渡槽9座；倒虹吸（先明峡倒虹吸和水磨沟倒虹吸）2座；此外尚有明渠和暗渠近10.000km及分水、泄水建筑物61座。干渠工程3条：东一干渠全长49.970km，设计流量14m3/s；东二干渠全长54.312km，设计流量18m3/s；东二干电干渠全长18.670km，设计流量3.51m3/s。总干渠先明峡倒虹吸位于兰州市西北212km，距永登县98km，距渠首引水枢纽约26km，起止桩号26+567.45～27+055.27，直线长度487.82m，起止高程2242.644～2240.271m。主要设计参数如表1所列。表1先明峡倒虹吸主要设计参数设计水头/m设计压设计流加大流管内流钢管直钢管根钢管中力/MPa量/m3·s-1量/m3·s-1速/m·s-1径/m数/根心距/m107.121.23236～32.6524.2先明峡倒虹吸压力钢管管道布置由2根钢管公称直径2.65m明管组成，单管长度524.802m，管道进出口均设有防止管道事故的节制闸门，支承形式为每10m设一个支承环，两镇墩间管道设单向管道伸缩节及进人孔，伸缩节均设在支承跨度小于10m间距的零数内；在水平管段二根钢管之间设有人行桥，水平管段底部设有放空管。倒虹吸压力钢管管道布置如图1所示。2242.6442240.27130°①①①②②②20°①40°①②③②①40°①2139.000139.500图1先明峡倒虹吸压力钢管管线布置图/m①单向伸缩节；②进人孔；③放空管2倒虹吸压力钢管设计倒虹吸压力钢管设计主要包括钢管、支承环、伸缩节、人行桥、进人孔、放空管几个部分。2.1钢管材料钢管材料由引大入秦工程建设指挥部提供，为德国进口全镇静钢钢板。按照德国工业标准DIN17100/1980，属上等质收稿日期：2008-10-28作者简介：徐汇（1957-），男，上海人，工程师，主要从事水利水电工程金属结构设计。2008年第6期甘肃水利水电技术第44卷量。辐射灵敏度试验按照德国工业标准DIN1543，轧机试验按照德国工业标准DIN50049/3.1.B，该标准略高于国内的A3钢。2.2钢管设计先明峡倒虹吸压力钢管管径大、水头高、用钢量大，因此管壁厚度的确定不仅要考虑其安全可靠，还要考虑节约工程造价。在设计计算管壁厚度时，初步计算管壁厚度的公式：较差，且钢板经数十年的含沙水流磨蚀和锈蚀，钢管的耐压强度会大大降低。故设计时按照规范规定管壁厚度增加了2mm锈蚀裕度和2mm磨蚀裕度，并满足每节加工、运输管段的自稳能力。根据《规范》规定，明管以外径为基准设计，因此所有不同管壁厚度的钢管均以公称直径2.65m加2倍的22mm管壁厚度确定明管外径（表2）。表2先明峡倒虹吸压力钢管特性δ=0.1HJD/2［σ］ch（1）管壁厚度/mm1416182022由于先明峡倒虹吸压力钢管较长，管轴线转折点较多，将式（1）改写为：管段长度/mm2×1162×832×882×602×160HJ=2［σ］ch/0.1Dδ=Kδ（2）2.3管道支承方式管道支承方式选用了支承环形式，每10m设一个支承环，滑动支座。支承环为箱形断面，下部钢制滑块，不锈钢滑动表面；支座为橡胶支座，中间夹有3层薄钢板以增加其承载力，橡胶支座的滑动表面贴有1层2mm厚的聚四氟乙烯板，摩擦系数较低。每个支墩与支承环滑动支座间有1000mm×1000mm×400mm的200#二期混凝土，埋件设有侧向限制装置以限制管道的横向位移。管道支承环装置见图2。设计水头HJ与计算断面处A点的距离x的关系式为：HJ=Hs+（Hx-Hs）x/L，x=［（HJ-Hs）（/Hx-Hs）］L将式（2）代入式（3）得式（4）：x=［（Kδ-Hs）（/Hx-Hs）］L（3）（4）这样可以得到不同钢板厚度在轴线长度方向上的可适用长度和范围。根据上述公式计算出的管壁厚度经第三强度理论验算，管壁应力满足允许应力，但每节加工、运输管段