廖腾耀

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

在以往的水电站厂房设计中，压力钢管穿墙段通常在钢管与墙体之间设置一定厚度的闭孔泡沫板做为弹性垫层使用，保证水下墙在各运行工况下不受压力钢管内水压力作用，避免因钢管内水压力作用，在结合部位墙体出现环向裂缝而形成渗水通道，影响电站的正常使用。近年来，随着能源需求的不断增长，水电站开发以水资源利用最大化为原则，规划设计了一大批高水头、大容量水电站工程，并陆续开建、建设。新形势下传统的工程措施是否仍然有效、可靠，采用传统结构力学很难得到验证，为保证工程安全可靠，需对该结合部位采用有限元法进行分析研究。本文以某高水头水电站为例，应用有限元软件，分别计算钢管与墙洞之间不同接触状态下压力钢管和墙体的受力和变形，总结其应力、应变规律，为该结合部位的结构设计提供指导。

1 工程概况

某水电站工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。工程装机容量116MW，电站额定水头347m，保证出力38.3MW，多年平均年发电量3.83亿kW·h，装机利用小时数3308h。该电站为引水式发电，引水系统总长11.4km，电站最大水头373.77m，最小水头346.33m，机组运行时最大内水压力(加水锤压力)4.5MPa，属于高水头水电站。

2 方案拟定

根据工程实际情况，建立压力钢管穿过厂房水下墙的有限元三维模型，如图1所示。图1中穿墙段压力钢管直径1.2m，厚度26mm，水下墙厚度2m，其中钢管顶部0.5m以上的水下墙厚度变为1m。……