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混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌在低水头压力管道中运用较多，但若用于高水头情况，在内水压力作用下，混凝土衬砌难免开裂，所以运用较少。在高水头情况下，防渗和承担内水压力首要靠围岩。因此，其作业机理与不衬砌隧洞类似。衬砌首要只能起到平整洞壁的作用。为了防渗和承担内水压力，围岩有必要较新鲜无缺，一起，其初始的最小主压应力应不小于该点的内水压强，并有1.2～1.4的安全系数，以防在充水后围岩被水力劈裂。洞室开挖后的二次应力与充水后的三次应力不光与洞室的尺度和形状有关，而且决定于初始地应力场。因此，判定初始地应力场是地下工程计划的重要内容。但对小型工程和在计划的开始时期，由于地质资料短少，初始地应力场难以判定，在这种情况下，也可依据岩石的掩盖厚度开始判定管道的方位和线路。依据挪威的履历，管顶以上岩体的最小掩盖厚度应满意(8-57)

式中Lr——核算点至岩面的最小间隔，见图8－41；

γw、H——水的容重和核算点的静水压；

γr、α——岩体容重和山坡倾角；

K——安全系数，可取1.2～1.4。

围岩的掩盖厚度除满意上述需求外，还应该是新鲜无缺的，以满意防渗需求。

2．预应力混凝土衬砌

预应力混凝土衬砌是在管道充水之前在衬砌中施加预压应力，使管道充水后衬砌中不出现拉应力，或在有些只需很小的拉应力。混凝土衬砌中预压应力的施加方法首要有以下三种：

(1)高压灌浆。在混凝土衬砌与围岩之间进行高压灌浆，给衬砌施加预压应力。这种方法简略可靠，运用较广，但需求围岩新鲜无缺，并有满意的厚度。

(2)钢缆施压。在混凝土衬砌外围预设钢缆，待混凝土强度满意后，张拉钢缆给衬砌施加预压应力。这种做法安全可靠，对围岩的需求不高，但施工杂乱，造价较高。

(3)用胀大混凝土衬砌。在混凝土的凝聚过程中，因本身胀大构成压应力。若围岩不可无缺或掩盖厚度不可，可在衬砌靠围岩一侧安排钢筋，使其在衬砌混凝土的胀大过程中接受拉应力，以确保混凝土能够构成满意的压应力并减小混凝土胀大在围岩中致使的应力。

第十节混凝土坝体压力管道

一、混凝土坝体压力管道的特征、类型和安排

混凝土坝体压力管道是依附于混凝土坝身，即埋设在坝体内或固定在坝面上，并与坝体成为一体的压力输水管道。其特征是结构紧凑简略，引水长度最短，水头丢掉小，机组调理确保条件好，造价低，作业处理会集便利，但是管道设备会搅扰坝体施工，坝内埋管空腔削弱坝体，使坝体应力恶化。

混凝土重力坝和坝内钢管及坝后厂房是运用非常广泛的传统型式，这些年混凝土坝轻贱面压力管道也逐步得到运用，混凝土坝坝式水电站选用坝体管道的更加广泛。多见的混凝土坝体压力管道分为两种：坝内埋管、坝体轻贱面钢管(坝后背管)。

二、坝内埋管

坝内埋管的特征是管道穿过混凝土坝体，悉数埋在坝体内。

(一)坝内埋管的组织

坝内埋管在坝体内的组织原则是：尽量缩短管道的长度；减少管道空腔对坝体应力的倒运影响，特别要减少因管道致使的坝体内拉应力区的计划和拉应力值；还应减少管道对坝体施工的搅扰并有利于管道本身的设备和施工。

在立面上，坝内埋管有三种典型的组织方法：

(1)歪斜式组织：管轴线与轻贱坝面近于平行并尽量靠近轻贱坝面，如图8-42所示。其利益是进水口方位较高，承受水压小，有利于进水口的各种设备组织；管道纵轴与坝体内较大的主压应力方向平行，可以减轻管道周围坝体的应力恶化；与坝体施工搅扰较少。缺陷是管道较长，弯段多。此外，管道与轻贱坝面间的混凝土厚度较小。

(2)平式平和斜式组织：管道组织在坝体下部，如图8-43所示。优缺陷与歪斜式组织相反。对于拱坝，坝体厚度不大，而管径却较大时，

图8－23支承环支承方法

(a)侧支承；(b)下支承

(1)侧支承式支承环的内力核算。支承环所承受的荷载主要是管重和水重法向分力发生的剪力(表现为支承环两头管壁上的剪应力)，以及支墩两头的反力0.5Q，还有支承环自重，但相对较小，可以不计。钢管一般都是歪斜组织，支承反力为。管重和水重在支承环两头管壁上发生的剪应力均为，因而沿管壁圆周单位长度上效果在支承环上的剪力为(8-26)

要进行支承环截面的内力核算，实际上是要核算一个封闭圆环各断面上的弯矩MR、剪力TR和轴力NR。其核算简图如图8－24所示。运用结构力学中的弹性基地法，将圆环顶部切开加上内力TG和MG；因为圆环是对称图形，该处没有剪力。把内力移到弹性基地，令弹性基地处的力矩为M0，推力为T0。由弹性基地法可以求得(8-27)(8-28)