1 引水管道工程概況
拉西瓦水電站高壓引水管道按單管單機(jī)布置，共有6條，采用隧洞和地下埋管，設(shè)計(jì)管徑9.5m，單機(jī)引用流量380m3/s，管內(nèi)流速5.36m/s。設(shè)計(jì)靜水頭234.7m，最大水頭257.63m。引水管道分為上平段、上彎段、豎井段、下彎段、下水平段。其中上平段、上彎段和豎井段按隧洞設(shè)計(jì)，下彎段和下水平段按地下埋管設(shè)計(jì)。隧洞段鋼筋混凝土襯砌厚度1.0m，地下埋管段鋼板襯砌厚度為30～40mm。2#～6#管上平段包含水平轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑30m，轉(zhuǎn)角24.8°。上平段軸線高程分別為：1#和2#管2344.75m；3#和4#管2364.75m；5#和5#管2384.75m。下水平段軸線高程為2222.30m。1#管上彎段彎曲半徑26m，轉(zhuǎn)角90°，2#～6#上彎段彎曲半徑30m，轉(zhuǎn)角90°；下彎段彎曲半徑26m，轉(zhuǎn)角90°。1#管下水平段包含水平轉(zhuǎn)彎段,轉(zhuǎn)彎半徑26m,轉(zhuǎn)角25°。引水管道長(zhǎng)度見(jiàn)表1-1。
表1-1 引水管道軸線長(zhǎng)度
管號(hào) 剛襯 鋼筋混凝土襯砌段（m） 剛襯段（m） 管道長(zhǎng)度
總計(jì)（m）
漸變段 上平段 上彎段 豎井段 合計(jì) 下彎段 下平段 合計(jì)
1 20 0 40.84 70.45 111.29 40.84 44.83 85.67 216.96
2 20 38.41 47.12 66.45 151.98 40.84 24.80 65.64 237.62
3 20 53.37 47.12 86.45 186.94 40.84 26.19 67.03 273.97
4 20 68.33 47.12 86.45 201.90 40.84 27.58 68.42 290.32
5 20 83.29 47.12 106.45 236.86 40.84 28.96 69.80 326.66
6 20 98.25 47.12 106.45 251.82 40.84 30.35 71.19 343.01
合計(jì) 120.0 341.65 276.44 522.70 1140.79 245.04 182.71 427.75 1688.54
引水管道垂直埋深130～440m，巖性均為花崗巖。巖體風(fēng)化輕微、無(wú)卸荷，嵌合緊密、完整性好，屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)圍巖，局部地段與斷層交匯處有Ⅲ類(lèi)圍巖（少量）分布。構(gòu)造節(jié)理主要有NNW、NE兩組，傾角大于50°，相向傾斜，可形成不穩(wěn)定楔形體。斷層在引水管道處分布稀少，切入上平段、豎井段的主要是一組緩傾角斷層Hf8、HL32、Hf10等。原始地下水位高程2280m左右，由于巖體完整，透水性差，地下水以裂隙網(wǎng)絡(luò)形式滲流。
2 對(duì)目前引水管道設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)意見(jiàn)
2.1 豎井段的開(kāi)裂滲水問(wèn)題
豎井段鋼筋混凝土襯砌按水工隧洞限裂設(shè)計(jì)，布置了大量的鋼筋，但是，只有混凝土開(kāi)裂后鋼筋才能起作用，混凝土開(kāi)裂前，大量的內(nèi)水壓力由混凝土承擔(dān)，而鋼筋應(yīng)力很小。拉西瓦工程引水管道的特點(diǎn)是管徑大，內(nèi)水壓力高，盡管?chē)鷰r承載力較高，混凝土的拉應(yīng)力仍然很高，混凝土襯砌的開(kāi)裂不可避免。目前，解決隧洞開(kāi)裂問(wèn)題主要思路是對(duì)混凝土襯砌施加預(yù)壓應(yīng)力，使隧洞充水時(shí)混凝土襯砌出現(xiàn)環(huán)向預(yù)壓應(yīng)力或拉應(yīng)力小于混凝土允許拉應(yīng)力，使襯砌運(yùn)行中的工作狀態(tài)可以大大得到改善。常用的施加預(yù)應(yīng)力的方法有兩種，一種是對(duì)圍巖按特定要求進(jìn)行高壓固結(jié)灌漿，使混凝土襯砌處于受壓狀態(tài)，漿液凝固后，襯砌仍能保存一定的壓應(yīng)力，這種方法稱(chēng)為灌漿式預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌；另一種施加預(yù)應(yīng)力的方法是機(jī)械式張拉預(yù)應(yīng)力錨索，使其對(duì)襯砌產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，稱(chēng)為機(jī)械式預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌。廣州抽水蓄能電站曾耗資數(shù)百萬(wàn)元，對(duì)混凝土襯砌的管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，表明，對(duì)圍巖采用高壓灌漿技術(shù)，并不能在襯砌上產(chǎn)生均勻的預(yù)壓應(yīng)力，有的部位根本就沒(méi)有產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。所以這種預(yù)應(yīng)力灌漿技術(shù)并不十分可靠。1978年我國(guó)首次采用預(yù)應(yīng)力灌漿技術(shù)的湖南黃嶺水庫(kù)引水管道（管徑1.8m，水頭310m）實(shí)際運(yùn)行539天后就出現(xiàn)了管道爆裂事故，其最大灌漿壓力為2.55MPa。而其后在白山，廣蓄和天荒坪等大型工程中，由于圍巖本身?xiàng)l件較好，所以也取得了成功。
拉西瓦的引水管道布置參考了二灘工程，據(jù)了解二灘工程的豎井段運(yùn)行中就出現(xiàn)過(guò)滲水事故，后來(lái)又進(jìn)行了高壓灌漿處理。
拉西瓦廠房導(dǎo)洞開(kāi)挖中出現(xiàn)的塌方情況表明，緩傾角裂隙和陡傾角裂隙均較為發(fā)育。而豎井隧洞段的水平固結(jié)灌漿對(duì)緩傾角裂隙的效果可能不好。
一旦出現(xiàn)豎井混凝土襯砌開(kāi)裂，高壓水就會(huì)直逼帷幕，如果帷幕存在薄弱環(huán)節(jié)，就會(huì)對(duì)地下廠房的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，因?yàn)閺呢Q井到地下廠房?jī)H有55m，滲徑很短。
2.2 下彎段的抗外壓穩(wěn)定問(wèn)題
豎井混凝土襯砌開(kāi)裂滲水，會(huì)導(dǎo)致地下水位升高，對(duì)下彎斷和下平段的鋼管的安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅，管道放空時(shí)有可能出現(xiàn)外壓失穩(wěn)問(wèn)題。原設(shè)計(jì)對(duì)此有所考慮，在鋼管外設(shè)置了加勁環(huán)。但是，由于管徑太大，設(shè)置加勁環(huán)將會(huì)大量增加鋼板工程量�，F(xiàn)對(duì)加勁環(huán)和管壁的臨界外水壓力復(fù)核計(jì)算如下：
（1）加勁環(huán)的臨界外水壓力計(jì)算
管徑r＝4.75m，如果取管壁厚度t＝40mm，加勁環(huán)間距l＝2m，加勁環(huán)高度h＝30cm，厚度a＝40mm。16Mn鋼板 ＝295N/mm2，計(jì)算公式如下：
（2.2-1）
上式中加勁環(huán)有效截面積AR計(jì)算公式如下：
（2.2-2）
將有關(guān)參數(shù)帶入式（2.2-2）中，求得AR＝40799.529mm2，將其帶入式（2.2-1）中，求得 ＝1.26 N/mm2，根據(jù)規(guī)范要求，取安全系數(shù)為1.8，則設(shè)計(jì)的臨界外水壓力 ＝0.71 N/mm2，相當(dāng)于71m水頭。
（2）加勁環(huán)間管壁的臨界外水壓力計(jì)算
加勁環(huán)間管壁的臨界外水壓力計(jì)算公式如下：
（2.2-3）
式中：n——最小臨界壓力的波數(shù)，由 估算，取近似的整數(shù)。經(jīng)計(jì)算，取n=14。
將有關(guān)參數(shù)代入式（2.2-3），可求得臨界外壓 。安全系數(shù)為1.8，則設(shè)計(jì)的加勁環(huán)間管壁的臨界外水壓力為1.84N/mm2，相當(dāng)于184m水頭。
上述計(jì)算表明，如果考慮到所采取的排水措施的可靠程度，對(duì)外水壓力予以折減，則加勁環(huán)間管壁的抗外壓?jiǎn)栴}能滿足要求，但是，加勁環(huán)抗外壓尚不滿足要求，需要對(duì)上述加勁環(huán)尺寸進(jìn)行調(diào)整。
調(diào)整后加勁環(huán)的間距為100cm，加勁環(huán)高度h=40cm，厚度a=5cm，計(jì)算的臨界外水壓力 ＝2.9 N/mm2，考慮1.8的安全系數(shù)，則設(shè)計(jì)的臨界外水壓力 ＝1.61 N/mm2，則相當(dāng)于161m水頭。這樣 ，僅加勁環(huán)一項(xiàng)需要的用鋼量為2087t，如果在加上管壁的用鋼量4008t，則總用鋼量將達(dá)到6095t，將比原初設(shè)報(bào)告中的鋼材量4147t增加1948t，投資增加2254.9萬(wàn)元。
3 引水管道設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議
拉西瓦高壓引水管道設(shè)計(jì)面臨的兩大問(wèn)題是鋼筋混凝土襯砌段的開(kāi)裂滲水問(wèn)題和鋼襯段的抗外壓穩(wěn)定問(wèn)題。這兩大問(wèn)題解決不好，將對(duì)壓力管道和地下廠房的安全運(yùn)行流下隱患。要很好地解決這兩大問(wèn)題，又不能增加工程投資，只有大膽采用新技術(shù)。
其實(shí)，壓力隧洞開(kāi)裂滲水和地下埋管抗外壓穩(wěn)定是目前水電站壓力管道所面臨的共同問(wèn)題。為了解決高水頭大直徑地下高壓引水管道設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，我們提出了雙層混凝土鋼板防滲地下高壓輸水管道技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙層管），將傳統(tǒng)的隧洞技術(shù)和地下埋管技術(shù)結(jié)合起來(lái)，既保證了工程運(yùn)行的安全可靠，又能大幅度降低工程投資，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的目的。
3.1 雙層管的基本原理
目前，地下輸水管道發(fā)展中遇到了一些急待解決的問(wèn)題。在混凝土襯砌的隧洞段，其防滲問(wèn)題很難解決，在高水頭內(nèi)壓作用下，混凝土襯砌必然開(kāi)裂而產(chǎn)生內(nèi)水外滲，使外水壓力升高，當(dāng)隧洞放空時(shí)，使混凝土襯砌遭到破壞。同時(shí)，內(nèi)水外滲還可能造成圍巖抗剪參數(shù)降低、軟化及邊坡失穩(wěn)等一系列問(wèn)題，類(lèi)似的工程實(shí)例很多。有些工程為了防止出現(xiàn)過(guò)大外水壓力，設(shè)置內(nèi)外水相通的排水孔，但其滲水量難以控制，且外壓削減也不可靠。而對(duì)于鋼板襯砌的地下埋管段，雖然防滲問(wèn)題解決了，但是，鋼管的抗外壓?jiǎn)栴}卻十分突出，如美國(guó)的巴斯康蒂抽水蓄能電站，我國(guó)的綠水河電站和六盤(pán)水響水電站等工程，均發(fā)生了外壓失穩(wěn)的嚴(yán)重事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。地下埋管的管壁厚度一般由外水壓力控制，由于鋼管是薄壁結(jié)構(gòu)，其抗外壓能力較差，所以按抗外壓設(shè)計(jì)時(shí)，其管壁往往較厚。有時(shí)還要采用加勁環(huán)，不僅影響了混凝土的澆筑質(zhì)量，而且還加大了開(kāi)挖洞徑。管壁加大后不僅材料用量增加，而且焊接工藝要求提高，因此增加了工程投資。根據(jù)工程實(shí)例，在內(nèi)水壓力作用下的鋼管的實(shí)際應(yīng)力并不高，說(shuō)明鋼管的作用未能充分發(fā)揮。
雙層管就是在這種背景下提出來(lái)的，其優(yōu)點(diǎn)是能合理地發(fā)揮每種材料的長(zhǎng)處，避免了其短處。鋼管的長(zhǎng)處是防滲性能好，短處是抗外壓能力差，而混凝土的抗外壓能力較好，但其防滲性能差，一般情況下，地下引水管道的圍巖較好，大部分內(nèi)水壓力通過(guò)混凝土襯砌傳給圍巖承擔(dān)。雙層管由四種材料組成，分別為：內(nèi)層鋼筋混凝土、鋼管、外層混凝土、圍巖。能承擔(dān)三種力和滿足一種要求的四種作用，分別為：內(nèi)水壓力、山巖壓力、外水壓力、防滲要求。所以鋼板主要用來(lái)起防滲作用，因而其厚度可大大減薄，內(nèi)層鋼筋混凝土主要起抗外水壓力作用，外層混凝土和鋼管，內(nèi)層混凝土一起承擔(dān)山巖壓力，圍巖主要承擔(dān)內(nèi)水壓力。雙層管結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)剖面見(jiàn)圖3-1。鋼管和內(nèi)層鋼筋混凝土采用預(yù)制辦法施工，在鋼管加工廠制作。預(yù)制管在洞內(nèi)組裝，然后用泵管澆筑外圈混凝土。
3.2 雙層管的設(shè)計(jì)
內(nèi)水壓力大部分由圍巖承擔(dān)，小部分由鋼管承擔(dān)。鋼管承擔(dān)內(nèi)壓比 按下是式計(jì)算：
當(dāng)鋼管工作在彈性狀態(tài)時(shí)， （3.2-1）
當(dāng)鋼管工作在塑性狀態(tài)時(shí)， （3.2-2）
令鋼管工作在彈性階段時(shí)圍巖的最低的單位抗力系數(shù)為 ，鋼管在塑性屈服平臺(tái)工作時(shí)的圍巖最低彈性抗力系數(shù)為 ，計(jì)算公式如下：
（3.2-3）
（3.2-4）
式中： ——鋼管應(yīng)力（ ）；
——鋼管壁厚（ ）；
——設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力（ ）；
——鋼管內(nèi)半徑（ ）；
——鋼板屈服點(diǎn)（ ）；
——圍巖承擔(dān)內(nèi)壓比；
——鋼管與外圈混凝土之間的縫隙值（ ）。
（1）當(dāng)實(shí)際工程 時(shí)，鋼管工作在彈性狀態(tài)，環(huán)向應(yīng)力：
（3.2-5）
圍巖分擔(dān)內(nèi)壓比率：
（3.2-6）
（2）當(dāng)實(shí)際工程 時(shí)，鋼管應(yīng)力處于塑性屈服平臺(tái)，鋼管應(yīng)力等于鋼材屈服點(diǎn)。圍巖分擔(dān)內(nèi)壓比率：
（3.2-7）
（3）當(dāng)實(shí)際工程 ，說(shuō)明圍巖地質(zhì)條件太差，需要通過(guò)固結(jié)灌漿來(lái)提高 值。
上述計(jì)算中未考慮預(yù)制管鋼筋承擔(dān)內(nèi)水壓力的作用，實(shí)際上盡管承受內(nèi)水壓力時(shí)預(yù)制管混凝土要開(kāi)裂，但鋼筋仍能承擔(dān)部分內(nèi)水壓力。上述計(jì)算公式中未考慮，是將其作為一種安全儲(chǔ)備。
3.2.2 抗外壓設(shè)計(jì)
假設(shè)外圈現(xiàn)澆混凝土已經(jīng)裂穿，外水壓力直接作用在鋼板上，外水壓力完全由內(nèi)層預(yù)制管承擔(dān)。預(yù)制管按構(gòu)造要求配筋，管壁混凝土厚度和鋼板厚度根據(jù)抗外壓穩(wěn)定計(jì)算確定，預(yù)制管混凝土標(biāo)號(hào)采用C50?C60。
對(duì)于光面管可采用結(jié)構(gòu)力學(xué)公式計(jì)算臨界外水壓力，按拱頂和兩腰混凝土裂穿后形成的三鉸拱計(jì)算，彈性失穩(wěn)的計(jì)算公式如下：
（3.2-8）
如果計(jì)算中不考慮鋼管和鋼筋抗外壓的作用，則計(jì)算公式為：
（3.2-9）
式中： ——臨界外水壓力( );
——混凝土彈性模量( );
——鋼板和鋼筋混凝土組合截面對(duì)形心慣性距( );
——鋼管外半徑( );
L——沿管軸方向單位長(zhǎng)度( );
——預(yù)制管混凝土厚度( )。
在外水壓力作用下，預(yù)制管管壁受壓，外水壓力由鋼板、鋼筋混凝土組合截面承擔(dān)，當(dāng)壓應(yīng)力超過(guò)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生塑性失穩(wěn)，計(jì)算公式如下:
（3.2-10）
（3.2-11）
式中： ——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值( );
——預(yù)制管內(nèi)半徑( )。
設(shè)計(jì)時(shí)，先初步設(shè)定預(yù)制管的混凝土壁厚 和鋼管壁厚t， 一般為15～25cm左右，管徑較大時(shí)可選用大值。t一般取6～10cm，選用Q235，C、D級(jí)鋼。若抗計(jì)算結(jié)果不滿足要求，則調(diào)整 和t，直至滿足抗外壓要求。由于雙層管抗?jié)B性較好，所以，外水壓力可按考慮水庫(kù)繞滲后的地下水位線確定，為了保證結(jié)構(gòu)安全，計(jì)算時(shí)可考慮一定的安全系數(shù)。
4 拉西瓦電站引水管道采用雙層管方案設(shè)計(jì)
拉西瓦水電站引水管道設(shè)計(jì)水頭高，管徑大，管道抗外壓穩(wěn)定問(wèn)題突出，但是圍巖承載力高，所以采用雙層管技術(shù)是適宜的。
4.1 雙層管方案的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1.1 斷面設(shè)計(jì)
根據(jù)基本資料，初步選定雙層管斷面的主要尺寸為：鋼板鋼筋混凝土預(yù)制管內(nèi)徑9.5m，預(yù)制管混凝土厚度30cm，混凝土標(biāo)號(hào)C60，鋼管壁厚10mm，開(kāi)挖洞徑10.1m，現(xiàn)澆部分混凝土厚度20cm，采用二級(jí)配混凝土。預(yù)制管按構(gòu)造配筋，縱向架立筋Φ10@25cm，環(huán)向鋼筋Φ12@20cm，均為Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋。豎井段采用圓形斷面，上下平管段和上下彎管段采用馬蹄形斷面，見(jiàn)圖4.1-1。
4.1.2 臨界外水壓力計(jì)算
將以下基本參數(shù) =3.5×104N/mm2， =300mm， =5060mm， =4750mm，帶入公式（3.2-8）可求出臨界外壓力， =2.91N/mm2，再按式（3.2-10）進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核，求出滿足強(qiáng)度要求的 ， =2.38N/mm2，取兩個(gè)臨界外壓的小值，考慮安全系數(shù)取1.2，即設(shè)計(jì)允許的 =1.98N/mm2，相當(dāng)于198m水頭。
由于地下埋管基本都位于帷幕以前，地下水位可按正常運(yùn)行庫(kù)水位考慮，取外水壓力水頭為230m，根據(jù)圍巖透水性，可對(duì)外水壓力進(jìn)行適當(dāng)折減，取折減系數(shù)為0.8，則實(shí)際的外水壓力為184m水頭。所以采用雙層管斷面設(shè)計(jì)能滿足抗外壓要求。
4.1.3 承擔(dān)內(nèi)水壓力計(jì)算
將已知參數(shù)內(nèi)水壓力 =2.58N/mm2，縫隙值 =1mm，鋼管壁厚t=10mm，Q235鋼板屈服點(diǎn) =235N/mm2，彈模 =2.1×105N/mm2，鋼管內(nèi)半徑 =5050mm，帶入（3.2-3），求得 =2.30N/mm3=230kg/cm3， = 0.128N/mm3=12.8kg/cm3。
根據(jù)地質(zhì)資料，Ⅰ類(lèi)圍巖 ?200 kg/cm3，Ⅱ類(lèi)圍巖120kg/cm3? ? 200kg/cm3，Ⅲ類(lèi)圍巖40kg/cm3? ?120kg/cm3，地下埋管段基本為Ⅰ～Ⅱ圍巖，參考國(guó)內(nèi)的其他工程，確定圍巖的單位彈性抗力值為 =200kg/cm3，可見(jiàn)滿足 的條件，所以鋼管應(yīng)力處于塑性屈服平臺(tái)，鋼管應(yīng)力等于鋼材屈服點(diǎn)，即鋼管工作在塑性狀態(tài)。鋼板分擔(dān)內(nèi)壓比 =0.18，圍巖分擔(dān)內(nèi)壓比為0.82，鋼管的徑向變位可按下式計(jì)算， ， =6.34mm，如果在預(yù)制管道混凝土管壁預(yù)設(shè)8條縱向裂縫，則預(yù)制管最大裂縫寬度為 =4.9mm。
4.1.4 構(gòu)造設(shè)計(jì)
雙層管的構(gòu)造設(shè)計(jì)包括預(yù)制管節(jié)接頭設(shè)計(jì)和裂縫處鋼筋防銹設(shè)計(jì)。
預(yù)制管管節(jié)接頭的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4.1-1，圖中尺寸單位為mm。
預(yù)制管混凝土沿環(huán)向設(shè)置8條縱向誘導(dǎo)縫，當(dāng)管道承受內(nèi)水壓力作用時(shí)，就會(huì)沿這些誘導(dǎo)縫產(chǎn)生縱向裂縫，避免預(yù)制管無(wú)序開(kāi)裂，設(shè)縫處環(huán)向鋼筋表面涂刷環(huán)氧材料，以防裂縫處鋼筋銹蝕。涂刷長(zhǎng)度為60cm。鋼筋涂刷可在鋼筋籠制作完成后進(jìn)行。
4.1.5 雙層管方案工程量計(jì)算
（1）石方洞挖
豎井管段總長(zhǎng)度522.7m，圓形斷面面積為80.12m2，體積為4.24萬(wàn)m3。平管段和彎管段總長(zhǎng)度1165.84m，馬蹄形斷面積為92.81m2，體積為10.82萬(wàn)m3。
合計(jì)為15.06萬(wàn)m3。
（2）預(yù)制混凝土C50
管道總長(zhǎng)度1688.54m，預(yù)制管斷面積為9.23m2，預(yù)制管混凝土體積為1.56萬(wàn)m3。
（3）現(xiàn)澆混凝土C25
豎井管段總長(zhǎng)度522.7m，現(xiàn)澆混凝土斷面積為6.47 m2，現(xiàn)澆混凝土體積0.34萬(wàn)m3。
平管段長(zhǎng)度1165.84m，馬蹄形斷面現(xiàn)澆混凝土面積為12.69m2，現(xiàn)澆混凝土體積1.48萬(wàn)m3。
現(xiàn)澆混凝土總計(jì)1.82萬(wàn)m3。
（4）鋼筋
雙層管僅在預(yù)制管內(nèi)有鋼筋，現(xiàn)澆混凝土不配鋼筋。
環(huán)向鋼筋（Ⅱ級(jí)）直徑12mm，每m布置5根，彎曲半徑4790mm，單根長(zhǎng)30.09m，考慮20cm的搭接長(zhǎng)度，單根鋼筋總長(zhǎng)度為30.29m。環(huán)向鋼筋總長(zhǎng)度為1688.54×30.29×5=255729.4m，每m鋼筋重量為0.88kg，環(huán)向鋼筋總重量為225041.86kg=225t。
縱向鋼筋（Ⅱ級(jí)）直徑10mm，環(huán)向布置120根，每m管道鋼筋長(zhǎng)度120m，縱向鋼筋總長(zhǎng)度1688.54m×120=202624.8m，單位重量0.62kg/m，縱向鋼筋總重量125627.4kg= 125.6t。
鋼筋總重量合計(jì)為350.6t。
（5）鋼板
初步按每節(jié)預(yù)制管長(zhǎng)度4m考慮，共有107節(jié)預(yù)制管。
1）鋼管管壁，半徑5.05m，壁厚10mm，截面積每m鋼管截面積為0.317m2，重量為2.49t，鋼板總重量為4204.54t。
2）端部圓環(huán)
每個(gè)斷部圓環(huán)的面積為9.24m2，厚度為6mm，重量為0.43t，每個(gè)預(yù)制管節(jié)兩個(gè)端部圓環(huán)，所以1688個(gè)端部圓環(huán)總重量為726.09t。
3）端部護(hù)圈
端部護(hù)圈的截面積為 =0.179m2，單個(gè)端部護(hù)圈的體積為 =0.00895 m3，重量為0.07t，所以1688個(gè)端部護(hù)圈總重量為1688.16t。
4）承口護(hù)圈
單個(gè)承口護(hù)圈的體積為 =0.0317 m3，重量為0.25t，所以844個(gè)承口護(hù)圈的重量為211t。
鋼板總重量合計(jì)為：5259.83t。
（6）隨機(jī)錨桿
平管段和上、下彎管段布置隨機(jī)錨桿按每4m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面布置8根考慮，1165.84共9327根φ25,長(zhǎng)度6m的錨桿。
（7）回填灌漿
回填灌漿僅在平管段進(jìn)行，按頂部120°范圍，總面積為0.77萬(wàn)m2。
（8）鋼板粘結(jié)劑
鋼板粘結(jié)劑用在雙層管接頭連接部位是一種保險(xiǎn)措施，厚度3mm，總體積為 =15.6m3。
4.2 雙層管方案與原方案投資對(duì)比分析
4.2.1 工程量匯總
雙層管方案與原方案工程量見(jiàn)表4.2-1。
表4.2-1 工程量及投資估算匯總表
序號(hào) 項(xiàng) 目 工程量匯總 綜合單價(jià)
（元） 投資估算（萬(wàn)元）
原方案 雙層管方案 原方案 雙層管方案
1 石方洞挖（萬(wàn)m3） 18.98 15.06 120.27 2282.72 1811.27
2 預(yù)制混凝土C60（萬(wàn)m3） 0.0 1.56 500.0 0.00 780.00
3 洞內(nèi)現(xiàn)澆混凝土C25（萬(wàn)m3） 6.08 1.82 672.84 4090.87 1224.57
4 鋼筋（t） 8169 350.68 5416.17 4424.47 189.93
5 鋼板（t） 6095 5259.83 11575.56 7055.30 6088.55
6 錨桿（根） 9327 9327 269.94 251.77 251.77
7 固結(jié)灌漿（萬(wàn)m） 5.92 0 499.87 2959.23 0.00
8 回填灌漿（萬(wàn)m2） 1.19 0.77 113.81 135.43 87.63
9 鋼板粘接劑（m3） 15.6 50000.0 0.00 78.00
10 接觸灌漿（萬(wàn)m2） 0.3164 127.14 40.23
專(zhuān)利使用費(fèi) 另計(jì)
合 計(jì) 21240.02 10511.72
注：1.專(zhuān)利使用費(fèi)參考慣例按節(jié)約投資雙方協(xié)商。
2.經(jīng)復(fù)核計(jì)算，對(duì)原方案的部分工程量進(jìn)行了調(diào)整，如洞內(nèi)現(xiàn)澆混凝土原為5.8萬(wàn)m3，經(jīng)復(fù)核后調(diào)整為6.08萬(wàn)m3；鋼板重量原為4147t，經(jīng)復(fù)核后發(fā)現(xiàn)未計(jì)入加勁環(huán)工程量，調(diào)整后為6095t；錨桿量原為6722根，經(jīng)復(fù)核后調(diào)整為9327根。
4.2.2 投資對(duì)比
本次投資估算采用了拉西瓦初設(shè)概算審定批準(zhǔn)的單價(jià)，采用雙層管的總投資為10511.72萬(wàn)元，而采用原設(shè)計(jì)地下埋管方案的總投資為21240.02萬(wàn)元。采用雙層管投資節(jié)約10728.3萬(wàn)元，可見(jiàn)經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
上述僅簡(jiǎn)單根據(jù)工程量，進(jìn)行了投資對(duì)比，其實(shí)雙層管采用的Q235鋼，不論材料費(fèi)還是加工費(fèi)單價(jià)均要大大低于原方案地下埋管。而且還可節(jié)約管道的防腐費(fèi)用。
此外，雙層管技術(shù)在工期上也有優(yōu)勢(shì)，工程質(zhì)量更容易得到保證，由于解決了防滲和抗外壓?jiǎn)栴}，工程運(yùn)行的安全性和可靠性得到了提高。
4.3 雙層管的施工技術(shù)
雙層管施工技術(shù)包括預(yù)制管的生產(chǎn)、預(yù)制管的運(yùn)輸、預(yù)制管的安裝（就位、調(diào)整、環(huán)縫施焊）、現(xiàn)澆混凝土施工、回填灌漿等。
預(yù)制管的生產(chǎn)可在鋼管加工廠進(jìn)行。預(yù)制管鋼管的生產(chǎn)與普通鋼管的生產(chǎn)沒(méi)有區(qū)別，也要進(jìn)行焊縫檢查。預(yù)制管在加工廠制作，可以保證質(zhì)量，降低造價(jià)。
每節(jié)預(yù)制管的重量為45t，因此管節(jié)的吊裝和運(yùn)輸需要采用噸位較大的設(shè)備，目前也是能解決的。中國(guó)北方重型汽車(chē)有限公司生產(chǎn)的3308E自卸汽車(chē)的最大載重量為50t，車(chē)廂尺寸也適合裝載管節(jié)。50t的汽車(chē)吊和卷?yè)P(yáng)機(jī)也是水電工程中常用的設(shè)備。
洞內(nèi)運(yùn)輸設(shè)備也不存在問(wèn)題，在太原引黃工程PCCP管道洞內(nèi)施工中采用了由太原起重機(jī)廠生產(chǎn)的管節(jié)運(yùn)輸安裝車(chē)輛——插管車(chē)，使用很方便，效率很高。引黃工程PCCP管道的管徑為3m，管節(jié)長(zhǎng)度為5m，重量為25t。據(jù)我們現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，每天分兩班施工，一班可安裝14～15節(jié)，及70～75m。這個(gè)進(jìn)度要遠(yuǎn)高于一般的壓力鋼管的施工進(jìn)度。對(duì)縮短工期，提前發(fā)電是十分有利的�，F(xiàn)將我們對(duì)PCCP管道洞內(nèi)安裝技術(shù)調(diào)研的結(jié)果介紹如下：
（1）管道安裝前，先要在隧洞底部澆筑一層混凝土，一方面起找平作用，另一方面安裝軌道預(yù)埋件，隨后安裝軌道。
（2）管節(jié)運(yùn)輸?shù)揭呀?jīng)安裝好的管段附近時(shí)，將膠皮輪伸入已安裝好的管道內(nèi)，然后用液壓裝置放下膠皮輪，升起鋼輪，以便管道接頭能夠?qū)印３锌诤筒蹇趯?duì)接時(shí)在插口端涂抹一種潤(rùn)滑油，以便減小插管時(shí)的摩擦力。在管道對(duì)口過(guò)程中，需要從管頂和管腰三處用鋼尺測(cè)量距離，以便調(diào)整管道的方向。經(jīng)詢問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)施工人員，管節(jié)安裝允許偏差為50mm，實(shí)際安裝中，控制在15mm左右。
（3）預(yù)制管外的混凝土澆筑采用混凝土泵，混凝土骨料的最大粒徑為20mm�；炷翝仓侄翁幱没炷令A(yù)制塊砌筑的墻做堵頭。對(duì)現(xiàn)澆混凝土沒(méi)有進(jìn)行固結(jié)灌漿和接觸灌漿。
雙層管施工可借鑒PCCP洞內(nèi)施工技術(shù)，平管段和上下彎管段采用插管車(chē)。豎井段安裝時(shí)，可在上彎段擴(kuò)挖后布置吊車(chē)梁和卷?yè)P(yáng)機(jī)，自下而上，逐節(jié)調(diào)運(yùn)安裝。
5 結(jié)語(yǔ)
建議書(shū)從設(shè)計(jì)、施工、以及投資等方面對(duì)拉西瓦水電站高壓引水管道原設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題提出了意見(jiàn)和建議，應(yīng)該吸取二灘工程豎井段滲水事故的教訓(xùn)，重視壓力管道的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
只有采用雙層管技術(shù)才能達(dá)到提高工程安全度和節(jié)約投資的目的。雙層管是一項(xiàng)獲得國(guó)家專(zhuān)利的新技術(shù)，經(jīng)國(guó)內(nèi)壓力管道技術(shù)專(zhuān)家的共同努力，該技術(shù)在理論上是成熟的，設(shè)計(jì)方法是可靠的，施工技術(shù)上是有保證的，如能在拉西瓦電站使用，將會(huì)提高工程的安全度、簡(jiǎn)化施工程序，降低工程投資，降低糙率系數(shù)（現(xiàn)澆混凝土的糙率系數(shù)為0.014，預(yù)制管的糙率系數(shù)可達(dá)到0.011，而鋼管的糙率系數(shù)為0.012），減小水頭損失，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益（節(jié)約管道投資10728.3萬(wàn)元，占管道總投資的50.5％）。
雙層管技術(shù)目前已在國(guó)內(nèi)號(hào)稱(chēng)亞洲第一井的四川福堂水電站調(diào)壓井采用，其調(diào)壓井高度110m，內(nèi)徑27m，內(nèi)圈混凝土厚度60cm，外圈（靠近巖石側(cè)）混凝土厚度140cm，HD值達(dá)到了2970m2,該值大于拉西瓦水電站高壓引水管道的2451 m2。由于其管徑太大，內(nèi)外圈的混凝土均采用了現(xiàn)澆方式施工。
國(guó)外采用雙層管技術(shù)的工程有奧地利的霍斯林電站的斜井段，設(shè)計(jì)最大水頭744m，管徑3.65m，HD值達(dá)到2715.6 m2。鋼板鋼筋混凝土預(yù)制管內(nèi)徑3.65m，預(yù)制管混凝土厚度18cm，鋼管壁厚6mm，預(yù)制管強(qiáng)度等級(jí)相當(dāng)于C40。現(xiàn)澆混凝土厚度9cm。該工程于上世紀(jì)80年代建成，目前運(yùn)行正常。
雙層管是一種很有前途的技術(shù)，大規(guī)模推廣使用后，將使我國(guó)的壓力管道技術(shù)產(chǎn)生革命性的變化。目前國(guó)內(nèi)的惠州抽水蓄能電站、四川寶興水電站都在進(jìn)行雙層管的技術(shù)論證工作。
根據(jù)拉西瓦工程的進(jìn)展情況，開(kāi)展一些采用雙層管的研究論證工作完全有時(shí)間。主要是開(kāi)展一些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其目的有兩個(gè)：一是檢驗(yàn)雙層管抗外壓和承擔(dān)內(nèi)水壓力的可靠程度；二是實(shí)測(cè)有關(guān)巖石參數(shù)。研究工作可以由建設(shè)部牽頭，在明年引水管道招標(biāo)前完成，最后將邀請(qǐng)目前國(guó)內(nèi)一流的壓力管道技術(shù)專(zhuān)家在拉西瓦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鑒定。根據(jù)試驗(yàn)成果進(jìn)行雙層管詳細(xì)設(shè)計(jì)。
