[发明专利]一种基于热效应结构变形原理的水电站蜗壳埋设方法

说明书

一种基于热效应结构变形原理的水电站蜗壳埋设方法，步骤如下，在浇筑钢蜗壳外包混凝土前，将钢蜗壳进口及座环部位的钢蜗壳出口处采用保温材料封闭；向钢蜗壳内部充入一定温度的热空气提高钢蜗壳的温度，使得钢蜗壳膨胀径向变形，并在保持钢蜗壳各管节钢材温度恒定为T的条件下进行混凝土浇筑；在混凝土浇筑完成并具有一定强度之后恢复钢蜗壳温度到达初始值，结构收缩，钢蜗壳和混凝土之间形成初始缝隙；机组运行时钢蜗壳内水压力需达到一定值才能闭合初始缝隙，此前钢蜗壳将独自承担能够使其变形达到初始缝隙的内水压力大小P₀，而运行时其内水压力超出P₀这部分的大小才与混凝土共同承担，进而混凝土受力。

技术领域

本发明属于水力发电工程技术领域，涉及水电站蜗壳埋设方式，具体涉及一种基于热效应结构变形原理的水电站蜗壳埋设方法。

背景技术

目前，大中型水电站基本采用金属蜗壳作为重要的过流结构，钢蜗壳外部均需浇筑混凝土，如附图1所示，具体是在尾水管锥管段钢衬安装和锥管周围混凝土浇筑完成后，安装座环及钢蜗壳，固定安装好钢蜗壳后再根据不同埋设方式浇筑蜗壳外包混凝土。而在蜗壳埋设方式的选型中有直埋蜗壳、垫层蜗壳以及充水保压蜗壳三种。

在大中型水电站中，若采用直埋蜗壳型式，固定安装好钢蜗壳等后直接在钢蜗壳外表面浇筑外包混凝土，钢衬-混凝土耦合结构共同受力承载时，钢蜗壳和外包混凝土直接接触，由于钢蜗壳内水压力较大，将传递给外包混凝土较大一部分荷载，故需要设法减少蜗壳内水压力传入外包混凝土的比例，以免蜗壳外包混凝土承受过大拉应力而产生较为严重的破坏，进而对机组运行产生不利。

现阶段，实际工程中解决此类问题的方法主要可归纳为两种，第一种是通过在蜗壳上半部外表面一定范围内敷设一层刚度较小的垫层材料，再在其上面浇筑混凝土，形成钢衬-垫层-混凝土耦合结构，利用垫层刚度小的特点，钢蜗壳得以较充分变形，更大程度上发挥钢蜗壳承载能力，减少内水压力传入外包混凝土的比例，即垫层蜗壳的形式；第二种是在浇筑外包混凝土前，对钢蜗壳设置闷头及底座环内封环等封闭措施，之后在蜗壳内充水加压，使之膨胀变形，然后保压浇筑混凝土，混凝土浇筑完成并具有一定强度之后撤去加压设备，蜗壳收缩成初始状态，钢蜗壳外表面和混凝土之间形成初始缝隙，这样机组运行时钢蜗壳将独自承担充水加压时的水压大小，而内水压力超出这部分的大小将与混凝土共同承担，减少了蜗壳内水压力传入外包混凝土的比例，即充水保压蜗壳的形式。除此之外，有一种设想形式是通过在混凝土浇筑前预先在钢蜗壳外围涂抹一定厚度的材料，待混凝土浇筑完成并具有一定强度之后去除涂抹材料得到人工初始缝隙，进而使蜗壳前期能够类似充水保压蜗壳形式独立承担一部分内水压力。