［摘要］李仙江石门坎水电站卜型钢岔管采用三维有限元方法，按照明岔管对结构体型进行了优化，优化后的岔管结构合理、应力分布均匀，考虑施工中的不确定因素，就总缝隙值和围岩弹性抗力进行敏感性分析，探讨与岔管应力的关系。

［关键词］石门坎 埋藏式钢岔管

1 工程概况

李仙江石门坎水电站位于云南省思茅市把边江河段上，总库容为1.97×108m3，为Ⅱ等大（2）型工程，枢纽建筑物包括拦河大坝及引水式电站。拦河大坝建筑物级别为2 级；引水发电系统建筑物级别为3 级。引水发电系统采用一洞两机布置方式, 单机容量65mw，单机引用流量104.50m3/s，额定发电水头70m。引水洞沿线穿越的地层岩性为石英砂岩、钙质砂岩夹粉砂岩，围岩大多为微风化～新鲜岩体。

钢岔管主要设计参数：主管内径7.00m，支管内径5.00m，分岔角70°。

2 钢岔管体型设计

岔管体型设计主要考虑三个方面：一是结合引水发电洞轴线和厂房轴线的关系，选择合适的岔管形式；二是水流流态好，水头损失小，三是结构受力合理，钢材用量最省。

李仙江石门坎水电站钢岔管根据引水发电洞轴线和厂房轴线的位置关系，选择采用卜型布置，按照dl/t5141-2001《水电站压力钢管设计规范》中推荐的内加强月牙肋岔管计算方法初步拟定月牙肋钢岔管主管直径7.00m，支管直径5.00m，公切球直径8.00m，分岔角70°。钢材考虑采用16mnr，屈服强度σs≥325mpa，抗拉强度≥490mpa。岔管管壁厚32mm，月牙肋腰部断面宽度1.5m，肋厚75mm。

3 钢岔管三维有限元计算

钢岔管三维有限元计算及体型优化计算程序采用正交曲线坐标系下的等参曲壳单元，以壳体中面的主曲率和外法线构成右手系正交曲线坐标。该程序从三维弹性理论几何方程出发，用壳体中面位移和中面法线转角表示壳体上任意点的位移，计算输出各节点的位移和应力，即是工程上极易理解的壳体的周向、母线方向及法线方向的量值，直观性强。

3.1 钢岔管体型优化

岔管按埋藏式岔管设计，设计内水压力120m，考虑与围岩联合承载，钢岔管与回填混凝土之间、以及混凝土和围岩之间的总缝隙（包括施工缝隙和通水冷却缝隙）取值1.4mm，围岩单位弹性抗力k0=70mpa/cm。开挖面处围岩弹性抗力按照k=100 k0/r计算，其中r 为岔管处的开挖半径，按照dl/t5141 　2001《水电站压力钢管设计规范》，其结构构件的抗力限制见表1。

采用三维有限元方法对初拟方案（1 方案）进行结构计算，明岔管运行工况下，岔管的变形和应力分布不均匀，部分区域应力集中程度高，特别是钝角区c 点，由于该处母线转折角（19°）偏大，导致该处峰值应力最高，等效应力也最高，其局部膜应力值已超过16mnr 材料的屈服强度（325mpa），另外a、b 两处峰值应力也偏高，均超过了允许应力。在埋藏式运行工况下，由于本工程围岩条件较好，管径大，缝隙小，围岩对岔管变形的限制起到很好的分担内水压力作用，c 点的应力集中现象在埋藏式运行工况中并不显著。考虑到埋藏式运行工况下对围岩和缝隙作了理想化的假定，同时考虑到岔管在施工、运行过程中各种缺陷和不确定因素的存在，岔管结构优化在明岔管运行工况下进行。

2 方案增大了管节11