前言

为了促进水电站压力管道结构设计和工程实践的进步,交流水电站压力管道近年来在科研、设计及制造、施工方面的科技成果,由中国水力发电工程学会水工及水电站建筑物专业委员会、中国水利学会水工结构专业委员会、水电站压力管道信息网、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司、武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室共同组织,于2014年9月在成都召开“第八届全国水电站压力管道学术会议”,并同步出版本届会议论文集。

本届会议充分交流了水电站压力管道建设的成功经验及教训,对进一步提高我国在压力管道研究、设计及制造施工和运行管理方面的技术水平具有重要的现实意义。

本届会议文集共收编学术论文93篇,分为压力管道,分岔管,伸缩节、波纹管及蜗壳,施工工艺及材料,管道规范与设计标准等五部分。文集紧紧围绕我国现阶段的水电建设项目,系统地整理了近年来在压力管道的理论研究、工程设计、施工技术、材料选型等方面取得的丰硕成果,全面总结了我国近年来压力管道的建设经验,这些宝贵的技术信息对进一步提高我国压力管道的发展水平将起到很好的促进作用。

在我国近年建设的许多大型水电站和抽水蓄能电站中,地下埋管仍然是主要的引水管道结构形式,如溪洛渡、向家坝、锦屏、三峡等大型水电站以及仙居、洪屏、琼中、天池、呼和浩特、张河湾等抽水蓄能电站。钢筋混凝土作为地下埋藏式压力管道的衬砌形式之一,设计理念已由把围岩作为荷载转变为把围岩作为承载体,提出的以围岩为承载体的地下埋管设计准则在工程中得到了成功应用,取得了明显的经济效益。近年来,在“安全第一”和“资产全寿命周期管理”总体最优的思想指导下,地下埋藏式钢管在高水头抽水蓄能电站引水系统中的应用越来越普遍,但其设计理论和方法总体变化不大,主要变化体现在新材料和新工艺的研发和推广应用等方面。

近年来混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道(简称背管)在坝后式水电站中得到了进一步的推广和应用,例如金沙江中下游的金安桥、阿海、龙开口、观音岩、向家坝水电站以及澜沧江下游的景洪水电站。为了避免管坝施工相互干扰,同时提高背管承受高烈度地震(例如9度)荷载作用的能力,这些电站大多采用了浅槽式钢衬钢筋混凝土管道形式(即管道一半左右布置在坝下游面以外),对管道两侧的管坝接缝面取消垫层而采用键槽加插筋的接缝形式,也取得了成功。由于600MPa级高强钢的普及应用,并考虑到背管结构混凝土裂缝的存在和为了减小厂坝之间的距离,近年来也有些电站开始采用预留管槽的浅埋式坝内埋管(或垫层管)形式,如藏木、丰满水电站压力管道。因此,有必要在分析愈来愈多的原型观测资料的基础上,认真总结规律和经验,为坝后式水电站压力管道形式的选择提出更科学的依据。

此外,在长距离、复杂地基和高地震区的输水钢管设计、施工、新材料和新工艺的研究等方面,我国也取得了丰硕的成果。比如复式万向型波纹管伸缩节、新型钢管支座的研究与应用,解决了牛栏江-滇池补水工程输水钢管过小江区域活动断裂带的关键技术问题,为我国今后其他引水工程(如滇中引水工程等)类似技术难题的解决提供了宝贵的经验。

随着水电站建设规模的不断增大,引水发电系统分岔管的HD值也愈来愈高。在广大工程技术人员的共同努力下,无论是钢岔管还是钢筋混凝土岔管设计、施工,都取得了前所未有的成就。中国水电工程顾问集团公司企业标准《地下埋藏式内加强月牙肋岔管设计导则》(Q/HYDROCHINA008—2011)颁布以后,地下埋藏式钢岔管已经实现了由过去的按明钢岔管设计向围岩联合承载的转变。为了减小钢岔管管壁厚度,降低厚钢板的焊接困难,国内许多单位还组织开展了800MPa级甚至1000MPa级高强钢及其相关施工工艺的研发和应用,目前国产的800MPa级高强钢已经成功应用于内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站,成果卓著。

随着三峡、向家坝、溪洛渡等巨型水电站的建成发电,水轮机蜗壳结构形式(或埋入方式)的优化设计研究也取得了丰硕的成果。不仅充水保压蜗壳和垫层蜗壳结构形式已经成功地应用于三峡、龙滩、拉西瓦等水电站的700MW巨型水轮发电机组,而且由我国创造性地提出的设置局部垫层的直埋蜗壳新结构形式,也已经在三峡、向家坝、溪洛渡等水电站中成功应用,为我国乌东德、白鹤滩等一大批巨型水电站蜗壳结构形式的选择提供了系统的设计理论方法和丰富的工程实践经验。

近年来,随着海外水电工程业务的快速发展,中国水电工程技术标准国际化已成为困扰和制约我国对外承包工程行业发展的因素之一,如何将中国工程技术标准与国际技术标准接轨并推向国际市场,是打破国际市场技术壁垒、增强我国企业综合竞争力的关键。通过对中国水电技术标准和国外标准内容的对比,以及据此进行的设计成果的比较,找出差异所在,分析各自的适用条件,是解决中外标准统一化问题的关键所在。美国和欧盟标准作为国际主流设计标准的典型代表,几乎得到世界各地的认可,国内许多设计、研究及施工单位结合各自承担的海外工程,对这些国外标准的引进和应用做了大量的工作,取得了很好的效果。

以上成果的取得,不仅为水电站压力管道专业的技术进步提供了坚实的理论基础和丰富的工程实践经验,而且可为新一轮的水电站压力钢管设计规范的修编提供参考依据,值得我们进一步总结、分析和交流。因此,有理由相信本文集对于提高我国水电站压力管道的研究、设计、制造、施工和运行水平,推动我国水电工程技术标准的国际化将起到重要的促进作用。

在文集的编印过程中得到了全国各水电水利工程设计、施工、科研院所等相关单位以及诸多专家的鼎力支持,在此表示衷心感谢!

由于组编文集时间紧迫,经验和专业水平不足,如存在错误和问题,敬请读者批评指正。

编委会

2014年8月