书名：水电站压力钢岔管设计关键技术与工程实践
书号：978-7-5239-0636-1
定价：190元
作者：夏勇,伍鹤皋,杨兴义等
出版时间：2026-02-06
出版社：中国电力出版社
页码： 264    字数(千字)：409
开本：16开    版次：1    印次：1

品牌介绍

中国电力出版社成立于 1951 年，作为中国成立最早的中央科技出版社之一，曾隶属于水利电力部、能源部、电力工业部、国家电力公司，现为国家电网公司所属的科技出版社，在电气技术专业出版领域享有极高的声誉。该社作为以图书出版为主体，音像、电子出版物、期刊、网络出版共同发展的大型出版企业，以强大的出版资源和高素质的专业队伍，致力于向读者提供包括电力工程、电气工程、建筑工程、电子技术、信息技术、外语、大中专教材、家教等学科门类齐全的权威出版物，也竭力为广大师生提供精品教材，是教育部和北京市教委规划教材的出版基地之一。

编辑推荐

本书为武汉大学、中国电建成都勘测设计研究院依据工程经验编纂的专著。

产品特色

依托工程经验，形成专著

作者介绍

夏勇，正高级工程师，四川省工程勘察设计大师，现任中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司总工程师。从业30余以来，参加或主持了溪洛渡、锦屏一级、瀑布沟、二滩、大岗山等多个大中型水电站的设计工作，先后负责1项国家重点研发计划，承担多项国家科技攻关任务的研究工作，其主持的工程获得了“国优金奖”“FIDIC杰出工程奖”“詹天佑土木工程大奖”“国际里程碑工程”等奖项。,伍鹤皋，现任武汉大学水利水电学院二级教授，博士生导师；兼任中国水力发电工程学会水工专委会副主任、水电站压力管道信息网主任。长期从事水电站压力管道、厂房结构等水工建筑物及地下工程的教学和研究。,杨兴义，现就职于中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，正高级工程师，长期从事国内外水电站压力钢管设计与研究；获得省部级奖6项，发表核心以上相关论文8篇，获专利11项。

内容介绍

本书以月牙肋钢岔管和新型水平底钢岔管为主要研究对象，同时兼顾传统的梁式钢岔管和贴边钢岔管，系统阐述了它们的设计理论、计算方法及大量的工程应用实例，在此基础上开展了钢岔管三维设计与CAE程序开发。全书共分七章，分别是钢岔管设计与研究现状、月牙肋钢岔管设计理论与方法、平底岔管设计理论与方法及应用、梁式钢岔管设计理论与方法及应用、贴边钢岔管设计、钢岔管三维设计与CAE程序开发、结论与展望。 本书内容翔实、资料丰富，对水电站压力钢岔管结构的设计、技术研究等都有重要参考价值。 本书适合从事水利水电工程和给排水工程设计、科研、施工管理的技术人员阅读，也可供大专院校相关专业师生参考。
本书适用于本书适合从事水利水电工程和给排水工程设计、科研、施工管理的技术人员阅读，也可供大专院校相关专业师生参考

前言

钢岔管是水力发电工程和引调水工程的重要组成部分，其结构设计直接影响工程整体的安全性与运行效率。通常,根据钢岔管的结构型式和加强构件布置的不同，可将其分为贴边、梁式、月牙肋、球形及无梁五种结构类型。其中，月牙肋钢岔管、梁式钢岔管和贴边钢岔管是工程中应用最为广泛的3 种结构型式，而球形钢岔管和无梁钢岔管应用相对较少。 月牙肋钢岔管由基本锥管、过渡锥管和内伸月牙肋板三部分组成，是在二分梁式钢岔管（简称二分岔管或三梁钢岔管）的基础上发展起来的一种岔管型式。由于岔管的外形尺寸较小，用于地下埋藏式布置时可减少围岩开挖量，管壳外表光滑，有利于发挥围岩抗力，因此，在国内外大中型水电站中得到了广泛应用。在20 世纪90 年代之前，月牙肋钢岔管规模（一般由钢岔管主管直径和设计内水压力的乘积HD 值表征）较小，即使钢岔管埋藏于地下围岩当中，一般也不考虑围岩的承载作用，按明钢岔管进行设计。后来，随着水电站（特别是抽水蓄能电站）建设规模的不断扩大，月牙肋钢岔管的HD 值由2000m·m 逐渐增大到5000m·m（浙江天台抽水蓄能电站钢岔管，主管直径为4m，设计内压为1250m），在此背景下，月牙肋钢岔管开始要求采用与围岩联合承载的设计思路。为此，本书研究团队和国内众多学者协同攻关，围绕钢岔管的应力控制标准、围岩承载比的计算与限值、对称Y 形和卜形岔管的优化布置等关键技术，开展了大量研究，积累了大量宝贵成果。NB/T 35110—2018 《水电站地下埋藏式月牙肋钢岔管设计规范》的发布，标志着我国月牙肋钢岔管的设计理论和方法处于国际领先水平。 梁式钢岔管是在主管和支锥管的相贯线外侧设置U 形梁和腰梁，组成空间梁系和钢壳的组合结构，根据输水系统布置的不同，梁式钢岔管又可以分为二分梁式钢岔管（1根U 形梁和2 根腰梁，俗称三梁钢岔管）和三分梁式钢岔管（2 根U 形梁和两根腰梁，简称三分岔管）。该钢岔管型式梁系中的应力主要是弯曲应力，材料的强度利用不充分，但是有长期的设计、制造和运行经验，因此广泛应用于内压较高但直径不大的大中型水电站。当梁式钢岔管HD 值较大时，所需加强梁截面高度可能高达1m 甚至数米以上，无法适用于地下埋藏式布置，一般布置于地面或采用沟埋形式。梁式钢岔管是一种传统的钢岔管型式，总的研究成果有限，本书研究团队主要针对梁式钢岔管加强梁截面高度过大的情况，提出了将受力最大的U 形梁部分内伸，以达到改善其受力并明显降低截面高度的目的，拓展了梁式钢岔管的HD 值使用范围。例如，本书介绍的巴基斯坦塔贝拉四期水电站梁式钢岔管（主管直径13m，设计内水压力165m，U 形梁内伸3.5m，外延2.5m），已经成功建成且安全运行多年，充分验证了技术方案的可靠性和实用性。 贴边钢岔管是在主管和支管的相贯线两侧一定范围内，在其内外两侧或者单侧设置与管壁紧密贴合的补强钢板。因补强钢板刚度较小，一般适用于中小型低水头电站，尤其适用于地下埋藏式钢岔管。然而，随着水电站或引调水工程建设规模的不断扩大，从大直径钢管上分流出小支管的情况越发常见，以本书介绍的巴基斯坦塔贝拉四、五期水电站工程为例，其均需从直径13m 主管中分流引出8m 或3.5m 的支管，此时若仍采用贴边钢岔管进行补强，不仅会导致贴边层数过多，增加补强板卷制与焊接的施工难度，钢岔管锐角区仍然存在严重的应力集中问题。因此，亟需改进补强措施，例如推广国内已经成功应用的外包钢筋混凝土联合承载结构，可大幅降低大HD 值贴边钢岔管的设计与制造难度。 水平底钢岔管是从梁式钢岔管和月牙肋钢岔管体形设计理论出发，将岔管段和支管段管轴线下压，使得岔管各管节底部在同一高程上，从而形成水平底钢岔管。该体形便于地下洞室开挖、混凝土浇筑和管片拼接等工序，同时保证放空检修时管内积水直接自流排出，这对水电站长期运行效益非常有利。基于此优势，本书研究团队提出水平底钢岔管这一创新结构后，分别对岔管结构特性和水力学特性进行了多方面的可行性论证，对相关设计、制造关键技术进行了深入探讨，最终将这种新型钢岔管成功应用于我国新疆夏特水电站和尼泊尔塔纳湖水电站，为同类项目提供了切实可行的技术范例。当前，面对抽水蓄能电站建设蓬勃发展，考虑到抽水蓄能电站输水系统存在双向水流的特殊情况，还需要对输水系统采用平底钢岔管后双向水流工况下的水力学问题开展系统研究，进一步完善技术体系，方能推动水平底钢岔管在我国常规水电站和抽水蓄能电站中实现更广泛的工程应用。 随着钢岔管设计手段持续革新，以及CAD/CAE 一体化技术的日益成熟，针对各种钢岔管自主开发包括体形设计、分析计算、AutoCAD 制图和算稿自动编写等功能的一体化设计系统是当前钢岔管设计发展的核心趋势。为了提高钢岔管的设计效率，本书研究团队基于钢岔管设计理论和规范的相关规定，对月牙肋钢岔管、三分梁式钢岔管、贴边钢岔管、二分梁式钢岔管等几种钢岔管类型开发形成了集CATIA 三维设计、ABAQUS有限元计算、AutoCAD 制图和Word 算稿于一体的钢岔管设计系统，为多种体形钢岔管设计、分析、出图提供了一站式解决方案。然而，随着上述新型水平底钢岔管的提出，以及抽水蓄能电站输水系统双向水流的特殊情况，结合行业发展需求，现有系统仍需进一步完善，一是将水平底钢岔管纳入到该钢岔管一体化设计系统，二是补充钢岔管水力学计算模块，实现结构设计及水力学分析的全内容覆盖，从而进一步拓展系统的适用场景与使用价值。 本书在参考和总结国内外水力发电工程输水钢岔管的设计理论方法、技术成果和典型工程案例的基础上编著而成，共分为七章，主要内容包括：钢岔管设计与研究现状；月牙肋钢岔管设计理论与方法及其应用；水平底钢岔管设计理论与方法及其应用；梁式钢岔管设计理论与方法及其应用；贴边钢岔管设计理论与方法及其应用；钢岔管三维设计与CAE 程序开发；展望。

目录

第 1章 钢岔管设计与研究现状 1
11 钢岔管技术发展历程 1
111 钢岔管主要类型 1
112 月牙肋钢岔管 3
113 水平底钢岔管 5
12 钢岔管现行设计标准 8
13 钢岔管研究现状及问题 11
131 钢岔管体形设计 11
132 钢岔管结构特性 13
133 钢岔管水力特性 15
第 2章 月牙肋钢岔管设计理论与方法及其应用 17
21 基本理论与方法 17
211 体形设计基本原则 17
212 肋板设计方法 18
22 月牙肋钢岔管体形设计 19
221 工程概况 19
222 计算荷载 20
223 材料参数 20
224 体形初步设计 21
23 围岩简化模拟法有限元计算 23
231 基本假定 23
232 计算模型 24
233 钢岔管应力及变形分析 25
24 埋藏式钢岔管非线性计算方法 27
241 计算方案 27
242 计算模型 28
243 钢岔管应力的比较分析 29
25 肋板单元类型的比较 32
251 计算方案 32
252 单独承载工况下比较 33
253 联合承载工况下比较 36
26 岔管平面布置型式的比较分析 40
261 平面布置型式 40
262 布置型式比较 40
27 岔管周围岩体承载比研究 42
271 围岩承载比问题的提出 42
272 围岩承载比规律分析 44
273 围岩承载比限值讨论 45
28 影响钢岔管联合承载的因素分析 45
281 围岩单位弹性抗力系数的敏感性分析 46
282 初始缝隙值的敏感性分析 47
29 道孚抽水蓄能电站月牙肋钢岔管设计应用 48
291 基本资料 48
292 埋藏式月牙肋钢岔管结构设计 51
293 推荐方案钢岔管三维流场数值计算 62
210 钢岔管原型观测资料分析 73
2101 实际工程钢岔管体形 73
2102 钢岔管监测设计 73
2103 监测资料分析 76
2104 钢岔管计算应力与实测值比较 86
211 小结 90
第 3章 水平底钢岔管设计理论与方法及其应用 92
31 水平底钢岔管设计理论 92
311 几何体形及基本参数 92
312 对称水平底钢岔管结构设计理论 94
313 非对称水平底钢岔管结构设计理论 106
314 设计可行性及计算机辅助设计 119
32 水平底钢岔管结构特性 123
321 计算模型及计算方法 123
322 对称水平底钢岔管结构特性 127
323 非对称水平底钢岔管结构特性 135
33 水平底钢岔管水力特性 143
331 计算模型及计算方法 144
332 对称水平底钢岔管水力特性 148
333 非对称水平底钢岔管水力特性 154
34 尼泊尔塔纳湖水电站平底钢岔管应用实例 158
341 概述 158
342 基本资料 162
343 荷载和荷载组合 163
344 水平底钢岔管设计与分析 164
345 钢岔管外压稳定性分析 167
35 小结 168
第 4章 梁式钢岔管设计理论与方法及其应用 170
41 基本理论与方法 170
42 塔贝拉四期水电站钢岔管设计概况 173
421 工程概况 173
422 主要工作过程和内容 174
423 设计标准及要求 176
424 压力钢管布置 177
43 塔贝拉压力钢管水力学设计 178
431 水头损失理论计算 178
432 水头损失数值模拟计算 182
433 发电压力钢管分岔角敏感性分析 183
434 岔管月牙肋板内伸尺寸敏感性分析 183
435 压力钢管水力学模型试验 185
436 泄水冲砂钢管泄洪流量验证 186
437 现场实测水头损失 187
438 小结 187
44 塔贝拉梁式钢岔管结构设计 188
441 基本资料 188
442 钢岔管型式的选择 191
443 岔管分岔角 192
444 钢岔管加强梁型式比较 193
445 钢岔管U形梁内缘型式比较 194
446 推荐方案F/G钢岔管设计 195
45 塔贝拉压力钢管施工及运行情况 198
46 埃塞俄比亚三分梁式钢岔管设计 200
461 工程概况 200
462 基本资料 201
463 钢岔管体形设计 203
464 计算方案 206
465 计算模型 207
466 计算成果与分析 207
467 钢岔管制造安装及水压试验 209
第 5章 贴边钢岔管设计理论与方法及其应用 211
51 基本理论与方法 211
511 锥锥相贯型几何模型 211
512 锥柱相贯型几何模型 213
513 贴边钢岔管结构设计 214
52 压力钢管竖井检修岔管设计 215
521 总体布置 215
522 进人孔及岔管设计 216
523 检修平台设计 217
524 起吊装置及控制设备 217
525 检修岔管运行情况 218
53 空间弯管分岔管设计 218
531 空间弯管分岔管体形设计 218
532 结构尺寸和计算方案 220
533 计算成果与分析 221
534 现场制造安装 222
54 大型贴边钢岔管设计 223
541 补强型式分析 223
542 贴边钢岔管体形 226
543 计算方案及模型 226
544 成果分析 227
545 现场制造安装 228
第 6章 钢岔管三维设计与 CAE程序开发 230
61 程序开发背景和意义 230
62 程序开发内容及目标 230
63 技术路线 231
64 钢岔管体形设计原理 231
641 二分梁式钢岔管 231
642 三分梁式钢岔管 234
643 贴边钢岔管 236
65 钢岔管三维设计模块 238
651 建模方法 238
652 二分梁式钢岔管模块 240
653 三分梁式钢岔管模块 241
654 贴边钢岔管模块 243
66 钢岔管设计一体化程序 243
661 软件入口界面 243
662 钢岔管设计界面 244
663 辅助功能界面 244
67 小结 245
第 7章 展望 247