SL∕T 281-2020 水利水电工程压力钢管设计规范.pdf

2.1.12贴边岔管hemreinforcedbranch

sistance of buckling

钢管承受外压时维持稳定的最高理论压力值

2.1.14加劲环stiffenerring

管外侧设置的用于提高钢管抗外压稳定发电机标准规范范本，或为加强钢管制 作、安装时刚度的环状结构

2. 1. 16 阻水环

支座间起支承、加固作用的环状结机

地下埋管、坝内埋管（或钢衬）始端起截水作用的环状 结构。

2. 1.17 止推环 thrust collar

2.1.19软垫层 soft cushion

两段钢管之间用于适应温度变化和地基不均匀沉陷而设置的 具有伸缩或角变位性能的联结部件

1.21止水填料packingmaterial

2. 1. 22焊缝系数

在计算中考虑管壁焊接质量、成型误差和热影响而采用的不 大于1.0的允许应力折减系数

2.1.23钢管圆度偏差

钢管同一截面处相互垂直 差值

2. 1. 24壁厚裕量

25水压试验hydrostaticpressu

按规定进行的充水加压试验，以检验设计、材料、制造、 装等方面质量，消除部分残余应力，钝化缺陷，保障钢管安全 运行。

2.1.26 膜应力 membrane stres

沿钢管厚度均匀分布的拉（压）应力及管壁平面内的重 应力。

沿管壁厚度变化的正应力，其最大值发生在管壁的表面处。

在内水压力作用下，满足基本力的平衡条件而产生的、沿截 面厚度均匀分布的应力，其影响范围遍及整个结构，不具有自 限性。

2. 1.29局部膜应力

在内水压力作用下，因管壳不同锥体连接处母线的不连续： 造成整体结构不连续。满足变形协调关系而产生的、沿截面厚度 均匀分布的应力，其影响范围仅限于结构局部区域。

2.1.30局部膜应力十弯曲应力

沿管壁厚度上同时存在局部膜应力和弯曲应力，其最大值 生在管壁的表面处。

2.1.31峰值应力peak stress

局部结构管壳不连续或者加强构件约束产生的弯曲应力，或 者温度产生的局部热应力统称为峰值应力，具有自限性

工程总体布置要求，考虑地形、地质、环境、水力学、施工、交 通、运行管理、建设征占地、既有地面地下设施等因素，经技术 经济比较后确定

地质条件、机组安装的分期、制作安装和运输条件，电站工程还 应考虑电站运行方式及其在电力系统中的地位等因素，经技术经 济比较后确定

3.1.4管道布置应考虑控制管内压力流态，正常运行条件下， 电站工程管道顶面应在最低压力线以下2m，输水工程管顶线宜 布置在最低压力线以下2m。

3.1.5电站工程明管、坝内埋管、钢衬钢筋混凝土管以

机前不设进水阀的地下埋管、回填管，在管道首端应设置快速闸 （阀）门和必要的检修设施。

3.1.6管道进口闸（阀）门下游必须设置通气装置。充水阀出 水水流不得封堵通气孔口。通气孔上端应设在启闭室之外，孔口 高于设计最高运行水位，并应有防护设施

3.1.6管道进口闸（阀）门下游必须设置通气装置。充

3.1.7电站工程管道进口闻阀处应设充水阀或旁通充水管，充

3.1.7电站工程管道进口闸阀处应设充水阀或旁通充水

管道转弯半径可适当减小。位置相近的平面转弯和立面转弯宜合 并，位置相近的弯管和渐缩管宜合并成渐缩弯管。

3.1.9渐变段长度不宜短于1倍管径。渐变段进口断面与钢管

圆形断面的面积比应根据布置、结构、进水口流态、水头损失及 启闭机规模等因素，综合比较后确定。 3.1.10在管道低点宜设置排水阀等设施，其数量、直径应结合 管道系统自排能力和管段放空时间计算确定。 3.1.11抽水蓄能电站压力钢管应根据水流的双向性，确定管道 布置，尤其是进出口、渐变段（渐缩段）、岔管和弯管的型式。 3.1.12管道在穿越厂坝分缝或其他建筑物分缝及过断层处，应 考虑不均匀变形等因素的影响，采取适当管道过缝或过断层技术

考虑不均匀变形等因素的影响，采取适当管道过缝或过断层技术 措施，可设伸缩节或垫层管等。压力钢管穿过厂房上游墙处，宜 设软垫层。

水保证率、受水区水源数量及调蓄能力等因素，经技术经济比较 后确定。如采用双条管道或多条管道输水时，管道之间的连通管 数量及断面应按相关要求确定。

3.1.14输水工程管道与建筑物、铁路和其他管道的水平净距，

4输水工程管道与建筑物、铁路和其他管道的水平净距，

应根据建筑物基础结构、路面种类、卫生安全条件、管道埋深、 管径、施工条件、管内工作压力、管道上附属构筑物大小等确 定，并符合 GB 50013的规定，

3.1.15不具备明挖沟槽敷设条件的输水工程管道，可选择架

3.1.15不具备明挖沟槽敷设条件的输水工程管道，可选择架 空、顶管、沉管和水平定向钻等工艺施工，并应根据需要采取相 应保护措施

3.1.16输水工程调流调压设施、检修阀、排水阀、通气阀

.1.16输水工程调流调压设施、检修阀、排水阀、通气阀 孔）等设施的设置、型式和数量应根据管道布置、运行管理和 水力过渡过程分析成果要求确定

3.1.17地形等条件允许时，可优先在输水管线适当位置设调压

3.1.17地形等条件充许时，可优先在输水管线适当位置设调压 井或调压塔，减小运行中可能产生的水锤压力

隔5～10km宜设置一个检修阀室（井）。穿越河（渠）道、铁 路、高等级公路可根据相关要求设置检修阀。检修阀前或后宜设

3.1.19输水工程管道高点或隆起点和长平缓段应设通气设施 平缓管段每间隔1km左右宜设通气设施。 3.1.20在管径大于等于DN1000的输水工程管道平直段上必要 位置宜设置检查孔，检查孔宜与通气设施结合布置。

3.2.1明管线路宜避开滑坡、崩班、泥石流等不良地质段。不 能避开山洪、坠石等影响时，应采取其他管型（如洞内明管、地 下埋管或外包混凝土的钢管）。遇有河沟，可用倒虹吸管或管桥 等型式，并应考虑洪水和泥石流等对这些建筑物的影响

镇墩下游侧。波纹管伸缩节可设置在管段中部。 3.2.5超过150m的直线管段，宜在其间加设镇墩。布置在软 基上的管段，镇墩间距宜适当减小。 3.2.6支墩间距应通过钢管应力分析，可按附录A计算，并考 虑安装条件、支墩型式和地基条件等因素确定。在两相邻镇墩之 间，支墩宜等间距布置。设有伸缩节的一跨，间距宜缩短。 3.2.7支座型式可按管径等因素选择鞍型滑动支座、平面滑动 支座、滚动支座、摇摆支座等型式。在钢管两侧温差较大的区 域，宜在支座上设置侧向限位措施。地基可能产生不均匀沉陷或 管道通过活动断裂区域，应采取相应工程结构措施 3.2.8管道沿线应布置排水沟和交通道，并应在钢管下设置横 向排水沟。

支座、滚动支座、摇摆支座等型式。在钢管两侧温差较大的区 域，宜在支座上设置侧向限位措施。地基可能产生不均匀沉陷或 管道通过活动断裂区域，应采取相应工程结构措施 3.2.8管道沿线应布置排水沟和交通道，并应在钢管下设置横 向排水沟，

3.2.9在高地震区和地震高发区，压力管道失事对其他

可能产生严重危害时，不宜采用明管

3.2.10寒冷地区管道应根据运行要求设置必要的保温措施

3.3.1地下理管线路应选择地形、地质条件相对优良的地段， 宜避开成洞条件差、活动断层、滑坡体、地下水位高和涌水量大 的地段。管道埋深宜适中，覆盖岩层厚度要求可按附录B.1.3 计算。

3.3.2洞井型式（平洞、斜井、竖井）及坡度，应根据布置要

求、工程地质条件和施工因素等选用。长度和高差过大的斜井和 竖井，可布置中间平段。

3.3.3宜结合施工支洞、排水廊道等，在合适的位置设置检修 进人孔。

3.3.4地下埋管宜减少主管条数。并列的主管宜同期建设，当

有分期完工或单管充水要求时，应满足岩体在施工期和运行期的 稳定及强度要求。

3.3.5对于埋置较深的钢管应研究地下水位与管道的关系。

水压力较大时应布置排水防渗系统，其措施应安全可靠，宜能检 修，并监测地下水位变化

3.3.6地下埋管的起始位置应根据内水压力和地质条件，并结

合工程布置的具体情况确定。地下厂房前或地下理管出洞前的钢 管长度不宜小于钢管最大静水头的0.25倍

3.4.1压力钢管的平面位置宜位于坝段中央，管径不宜大于坝 段宽度的1/3，不应大于坝段宽度的1/2。

3.4.1压力钢管的平面位置宜位于坝段中央，管径不宜大于

3.4.2管线在坝体铅垂面中的布置应进行方案比较，包括

钢管对坝体稳定和应力的影响。 2 工程量和水头损失的大小。 钢管安装、坝段混凝土的施工条件以及相互干扰

3.5钢衬钢筋混凝土管

3.5.1布置在混凝土坝下游面的管道及引水式电站或输水工程 沿地面布置的管道可采用钢衬钢筋混凝土管。沿地面布置的钢衬 钢筋混凝土管宜视管道规模和地形条件进行土体回填。 3.5.2混凝土坝下游面钢衬钢筋混凝土管的平面位置宜位于坝 段的中央，对于拱坝宜沿径向布置

沿地面布置的管道可采用钢衬钢筋混凝土管。沿地面布置的钢衬 钢筋混凝土管宜视管道规模和地形条件进行土体回填。

3.5.3钢衬钢筋混凝土管在下游坝面的位置，应经技术经济计

1斜直管段紧贴于下游坝面，管道外包混凝土的底面与下 游坝面一致。 2坝下游面预留管槽，管道可部分或全部布置于坝面以内

3.6.1回填管线路应选择地形、地质条件相对优良的地段，宜 避开崩珊、滑坡等不稳定土层，以及活动断层、流砂、淤泥、人 工填土、湿陷性黄土、永久性冻土、膨胀土、地下水位高和涌水 量大的地段。必须敷设时，应采取保证管道施工及运行安全的工 程措施，

3.6.2钢管宜敷设在挖掘的沟槽中。钢管的

质、地基状况、外荷载、地下水位、地层冻结深度、地表植被、 环境温度、交通、河流冲刷等因素确定。 3.6.3回填管转弯处，应根据管线布置通过稳定计算确定是否 设置镇墩。回填管沿线一般不设伸缩节，但对敷设在地震区或穿 过活动断裂带的管道，沿线应设置必要数量的伸缩节，宜布置在 伸缩节井内

3.6.3回填管转弯处，应根据管线布置通过稳定计算确定是否

3.6.4寒冷地区回填管管顶宜布置在冻土深度以下，管顶埋置

3.6.5多条回填管平行安设在同一沟槽中时，相临两条管道

求，不宜小于500mm

4.1.1钢管管壁、支承环、岔管及其加强构件等主要受力构件 应使用镇静钢。钢材的性能及技术要求应符合国家现行有关标准 的规定，材料屈服强度和抗拉强度取值应符合表4.1.1的规定。 1宜采用的碳素结构钢有Q235、Q275的C、D级钢板；低 合金高强度结构钢有Q355、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、 Q620、Q690的C、D、E级钢板；压力容器用低焊接裂纹敏感 性调质高强度钢07MnMoVR、07MnNiVDR、07MnNiMoDR、 12MnNiVR；锅炉与压力容器用钢有Q245R、Q345R、Q370R、 Q420R等。 2明管、岔管宜采用压力容器用钢。其他受力构件，如明 管支座滚轮等可采用Q235碳素结构钢，Q355低合金高强度结 构钢，35、45优质碳素结构钢以及ZG270～ZG500、ZG310~ ZG570碳素铸钢等。

表4.1.1常用钢材强度指标

表 4. 1.1 (续)

表4. 1. 1 (续)

表 4. 1.1 (续)

表4. 1. 1 (续)

4.1.2当采用强度等级为780MPa或以上的钢材，应采用性能 稳定、经验成熟、经过工程实际考验或经过试验充分论证的钢 种。当采用本标准未列出的其他牌号钢材或国外标准的钢材时 其化学成分和力学性能及焊接性能不应低于表4.1.1同级别钢材 的有关规定。 4.1.3用作主要受力构件的钢材，除应符合钢材国家标准或行 业标准规定的化学成分和力学性能等技术要求以外，还应满足下 列条件： 1应具有良好的焊接性能以及焊接接头的韧性，焊后强度 不低于母材。 2沿板厚方向受拉的构件用材，还应符合GB/T5313的要 求。每张钢板均应进行检查。月牙肋钢岔管肋板乙向性能级别 可按表4.1.3选用。 3需经冷弯的构件应做冷弯试验。 4冲击韧性指标、冲击试验温度和取样部位及取样方向等 应按相应钢材国家标准或行业标准执行

4.1.2当采用强度等级为780MPa或以上的钢材，应采用性能 稳定、经验成熟、经过工程实际考验或经过试验充分论证的钢 种。当采用本标准未列出的其他牌号钢材或国外标准的钢材时， 其化学成分和力学性能及焊接性能不应低于表4.1.1同级别钢材 的有关规定

业标准规定的化学成分和力学性能等技术要求以外，还应满足下 列条件：

1应具有良好的焊接性能以及焊接接头的韧性，焊后强度 不低于母材。 2沿板厚方向受拉的构件用材，还应符合GB/T5313的要 求。每张钢板均应进行检查。月牙肋钢岔管肋板Z向性能级别 可按表4.1.3选用。 3需经冷弯的构件应做冷弯试验。 4冲击韧性指标、冲击试验温度和取样部位及取样方向等， 应按相应钢材国家标准或行业标准执行

表4.1.3月牙肋钢岔管肋板Z向性能级别

4.1.4钢管结构所用的焊条、焊丝和焊剂应与母材相匹配。特 殊钢种所用焊接材料应通过试验确定。

水、软垫层、钢筋和混凝土材

4.2.1止水、软垫层、钢筋和混凝土材料应符合国家现行的有 关标准。

4.2.2套筒式伸缩节止水材料可用油浸麻、橡胶、石棉、聚四

氟乙烯等。高水头伸缩节止水材料应作专门研究。 法兰及人孔止水材料可采用橡胶、聚四氟乙烯、石棉、 铅等。

4.2.3钢管外包软垫层材料可选用聚氨酯软木、聚苯乙烯泡沫

板、聚乙烯塑料板等，软垫层材料稳定变形模量的适用范围为 0.5~5.0N/mm，厚度常用范围为4~50mm。软垫层材料应具 有材料稳定性、设计要求的物理力学特性、耐久性、防腐性、可 黏贴性以及经济性等。垫层管的软垫层材料的弹性模量和厚度应 经过计算确定，必要时可进行试验验证。

4.2.4管周、镇墩和支墩所用混凝土和钢筋材料应符合SL191

5.1.1水力计算应包括水头损失计算和水锤计算，计算应符合 下列规定： 1压力管道和附属设备的水头损失，宜进行下列部分计算： 1）摩擦引起的沿程水头损失 2）进水口段、渐缩段、渐扩段、弯管、岔管以及阀门等 引起的局部水头损失。 2水锤计算应结合工程实际合理确定计算工况，并提供下 列计算成果： 1）最高压力线 2）最低压力线。 5.1.2应根据设计阶段、工程规模等选用解析法、数值分析法 等计算水锤压力，必要时，应进行模型试验。在计算分析、试验 的基础上，应根据工程重要性及输水系统布置特点，结合工程实 践经验综合分析后确定

5.2.1水电站压力管道水锤计算工况应根据工程实际、电站在 电力系统的运行情况，按SL655确定。初步计算可按下列工况 进行： 1正常运行水位最高压力计算应符合下列要求： 1）钢管水锤：相应于水库正常蓄水位，由钢管供水的全 部机组突然同时丢弃负荷。 2）调压室或压力前池最高涌浪：相应于水库正常蓄水位， 经由调压室或压力前池供水的全部机组突然同时丢弃 满负荷。

3）经论证分析认为电站运行时不可能同时去弃全部负荷 时，可按丢弃部分负荷计算。 4）钢管水锤与调压室或压力前池涌浪如有重叠可能时应 计及相遇效应。 5）钢管未端压力升高值取值不应小于正常蓄水位静水压 力的10%。 2最高运行水位最高压力计算应符合5.2.1条1款的规定 水库水位应为最高发电水位。 3最低压力计算应符合下列要求： 1）钢管水锤：相应于水库可能出现的最低发电水位，由 钢管供水的全部机组除一台外都在满发，未带负荷的 一台机组由空转增荷至满发或全部机组由2/3负荷增 至满负荷（或最大引用流量）。 2）调压室最低涌浪：相应于水库可能出现的最低发电水 位，共调压室n台机组由n一1台增至n台满负荷发 电或全部机组由2/3负荷增至满负荷（或最天引用流 量）；共调压室的全部机组同时丢弃全负荷，调压室涌 波的第二振幅；共调压室的全部机组瞬时丢弃全负荷， 在流出调压室流量最大时，一台机组启动，从空载增 至满负荷。 3）当系统有特殊运行要求时，可根据具体情况确定增荷 幅度。 4）钢管水锤与调压室或压力前池涌浪如有重叠可能时应 计及相遇效应。 5.2.2对抽水蓄能电站的管道，应结合引水道、调压室和机组 特性分别进行发电、抽水两种运行工况计算在不同负荷变化条件 下的水锤值，并应附加一定裕值。

5.3泵站工程及输水工程压力管道

设备设计图纸5.3.1应按工程运行过程中可能出现的事故停泵、启泵

.3.1应按工程运行过程中可能出现的事故停泵、启泵、关阀、

开阀、正常运行及流量调节等工况，进行水锤计算和防护设计。 5.3.2对于具有分岔进水、汇流出水的泵站，水泵出口最大压 力上升，应根据连接于泵站总管上的泵组台数和电气主接线的连 接方式，按照可能同时发生断电事故的泵站台数进行计算，必要 时可按各种可能的组合工况进行计算

5.3.4输水系统任何部位不应出现水流气化、液柱分离现象。

5.3.4输水系统任何部位不应出现水流气化、液柱分离现象。

6.1.1钢管按弹性工作状态计算所得应力，不应天于表6.1.1 的规定，并满足下列规定： 1若钢材屈强比o/ob大于0.7，应以0。=0.7b计算允许 应力。 2地下埋管和坝内埋管的管壁和加劲环承受外压力的允许 压应力，应按明管采用。 3使用新钢种时，应视其机械性能的可靠程度，酌情降低 允许应力。 4铸钢件和主厂房内的明管应按表6.1.1的允许应力降低 20%电力弱电施工组织设计，弯管降低10%，岔管的允许应力见表7.2.2。 5有限元计算时，峰值应力的允许应力可提高至钢材屈服 强度乘以焊缝系数，但钢管其他应力类型充许应力均应符合表 6.1.1规定。 6地下埋管、坝内埋管可只需计算整体膜应力。对于受力 复杂的地下理管、坝内埋管可通过有限元法计算局部应力。 6.1.2焊缝无损探伤抽查率和焊缝系数?值，应按表6.1.2采用 613各计管占应力应满足下列强度条件，