地下埋管一般多采用联合供水方式，但如果管道较短、引用流量较大、机组台数较多、分期施工间隔较长或工程地质条件不易开挖大断面洞井，则经技术经济比较，也可采用两根或更多的管道，用分组供水或单元供水方式向机组输水。相邻两管道之间应有足够的间距，以保证其岩体的强度，防止出现失稳情况。
　　为保证施工运行安全，地下管道应布置在坚固完整、地下水位低的岩层中。对管线的地质构造(岩石走向、节理裂隙)进行认真研究，以防塌方和岩石脱落，地下施工要考虑出碴和浇筑混凝土要求，管道与水平面夹角不宜小于40。
　　为了保证上覆岩层的稳定，应留有足够的岩石厚度。
　　洞井的布置方式有竖井、斜井和平洞三种，应根据工程布置、施工条件、施工机械和施工方法选用。
(三) 构造与施工要求
　　地下埋管是钢衬、回填混凝土、岩体共同受力的组合结构。其施工程序包括洞井开挖、钢衬安装、混凝土回填和灌浆四个工序。
　　(1) 洞井开挖
　　洞井开挖要尽量采用光面、预裂爆破或掘进机开挖，以保持圆形孔口，使洞壁尽量平整，并减少爆破松动影响。另外，要合理选择施工支洞的高程和位置，以方便出碴、运输钢衬和混凝土浇筑，并考虑作为永久排水洞和观测洞。钢管管壁与围岩之间的净空间尺寸，根据施工方法和结构布置(开挖、回填、焊接等施工方法以及有无锚固加劲环等)确定。需要在管壁外侧进行焊接者，两侧和顶部至少留0.5m，底部至少留0.6m。加劲环距岩壁至少0.3m。应尽量减少现场管外焊接，减小加劲环高度，以减少岩石开挖和混凝土回填方量。
　　(2) 钢衬安装
　　钢衬一般在工厂制成一定长度的管节，运输到洞内，用预埋锚件固定，校正圆度、压缝整平后进行焊接。
　　(3) 混凝土回填
　　钢衬与围岩之间回填的混凝土仅起传递径向内压力而不必承受环向拉力，标号不必太高，但也不宜低于C15。更重要的是要采用合适的原材料和级配、合理的输送、浇筑和振捣工艺，以保证回填混凝士密实、均匀、围岩和钢衬紧密贴合。平管的底部，止水环和加劲环附近加强振捣，严禁出现疏松区和空洞区。混凝土回填的缺陷对钢衬外压稳定非常不利。采用预埋骨料压浆混凝土和微膨胀水泥等，常会取得较好的效果。
　　(4) 灌浆
　　灌浆分为回填灌浆，接缝灌浆和固结灌浆。我国钢管设计规范规定：平洞、斜井应作顶拱回填灌浆，灌浆压力不应小于0.2MPa，但也不得大于钢管抗外压临界压力。钢管与混凝土衬圈之间如果存在超过设计允许的缝隙，应进行接缝灌浆。接触灌浆宜在气温最低的季节施工，以减少缝隙值，其灌浆压力不宜大于0.2MPa，并保证钢管在灌浆过程中的变形不超过设计允许值。基岩固结灌浆可视围岩情况、内水压力、设计假定、开挖爆破方式等情况确定，其灌浆压力不宜小于0.5MPa。
　　灌浆过程中，应严密监视，防止钢管失稳等事故，必要时可采取临时支护措施。灌浆后，全部灌浆孔必须严密封闭，以防运行时内水外渗，造成事故。
二、地下埋管承受内压时的强度计算
　　从结构上来看，地下埋管相当于一个圆筒型多层组合结构，其结构计算基于以下假定：
　　(1) 结构中的各层材料(钢材、混凝土、岩石等)均处于弹性状态，且为各向同性体；
　　(2) 钢衬安装后回填混凝土之前，围岩已经充分变形，故混凝土层和钢衬中不存在初始应力；
　　(3) 在钢衬与混凝土、混凝土和围岩之间存在微小的初始缝隙。
　　地下埋管的结构分析方法，根据缝隙条件和覆盖围岩厚度，分为钢管与围岩共同承受荷载和由钢管单独承受荷载两类情况。单独承担和载情况的计算与明钢管相同。共同承担荷载时，地下埋管在内压作用下发生变形，变形前后的状态和荷载传递情况见图8-39所示。图的上下两部分分别为地下埋管受内水压力前后的部分横断面图。埋
　　
　　图8-39 地下埋管的变形
管承受内压后，钢衬发生径向位移，待缝隙消失后，继续向混凝土衬圈传递内压，使混凝土内发生环向拉应力，从而在衬圈内产生径向裂缝。内压通过混凝土楔块继续向围岩传递，围岩产生向外的径向位移并形成围岩抗力，使埋管在内压下得到平衡。如果缝隙是均匀的，岩石又是各向同性的，那末地下埋管是对称的组合圆筒结构，在均匀内压下的位移和应力可按平面应变下的相容条件得出解析解答。地下埋管承受内压时的计算包括两方面，其一是在已知钢管厚度情况下，求钢衬应力σθ，其二是在已知钢衬允许应力的情况下求解钢衬厚度。
　　在内水压力P作用下，设已经开裂的混凝士衬圈与围岩之间的径向接触应力为q，则根据衬圈楔块的力的平衡条件，钢衬与衬圈之间的接触应力：
　　                                                (8-40)
　　钢衬在内压P和外压Pc作用下的环向拉应力：
　　                                        (8-41)
　　钢衬的径向位移(离心方向)：
　　                                   (8-42)
　　            
上二式中：E——钢衬的弹性模量；
　　     μ——钢衬的泊松比。
　　混凝士衬圈的楔块仅在径向受到Pc及q的作用，在混凝土浇筑质量得到保证的情况下，其径向压缩位移量很小，可以忽略不记。围岩在内压q作用下的径向位移
　　                                                 (8-43)
式中，K称为围岩的抗力系数，其定义是围岩中给定半径的圆形孔口受均匀内压作用下，孔周发生1cm径向位移值时所需的均匀内压值，单位为MPa/cm。工程上常使用单位抗力系数K0，即半径为100cm的孔口受均匀内压时，孔周发生1cm径向位移值时均匀内压值，如果围岩是线弹性体，则存在下列关系
　　                  K＝100K0/r3                               (8-44)
　　于是                                        (8-45)
　　根据钢衬、混凝土衬圈和围岩径向位移必须相容的条件，有
　　                       
将各表达式代入化简，并考虑r2≈r1，可得
　　                          (8-46)
　　                           (8-47)
　　因此可以得出钢衬应力的计算公式，或在给定钢管构件抗力限值的情况下，求管壁厚度的计算公式：
　　                                       (8-48)
　　                                  (8-49)
三、影响钢衬应力的因素
　　对钢衬应力影响比较大的是岩体特性和初始缝隙。
　　1．围岩单位抗力系数K0的影响
　　首先看一下单位抗力系数K0的影响程度。设有一地下埋管，其r1=200cm，δ＝1.2cm、P＝2MPa，Δ＝0时，K0分别等于0(围岩无抗力)及40MPa/cm，则钢衬应力由333MPa降为85.5MPa。可见K0值是很重要的。
　　但是工程设计中很难准确地选取K0值。因为岩体中常存在比较软弱的节理和裂隙，所以岩体本身并不是线弹性各向同性体，在试验室中也无法准确地确定岩体的参数，所以岩体的参数只有靠大规模现场试验或工程经验确定。但一方面现场试验成本高，另外隧洞线路较长，各部分的参数不尽相同，且试验探洞的部位以及荷载大小等都对结果有影响，所以选用计算参数时要非常谨慎。
　　在确定了岩体的弹性模量Er和泊松比μr后，可以由下式计算单位抗力系数K0
　　                                    (8-50)
　　2．初始缝隙值Δ对钢衬应力的影响
　　初始缝隙值Δ对钢衬应力的影响也可由下面的算例看出，设r1=200cm，δ＝1.2cm、P＝2MPa，K0＝40MPa/cm，则Δ由0变为1mm时，钢衬应力由85.5MPa增加到171MPa。
　　初始缝隙值Δ的变化很大，影响其大小的因素很多，也相当复杂，不易准确确定。初始缝隙主要由以下几种缝隙组成：
　　(1) 施工缝隙Δ0：回填的混凝土在凝固过程中释放的水化热使钢衬膨胀，混凝土凝固以后温度恢复正常，混凝土和钢衬均发生收缩，在钢衬和混凝土以及混凝土与岩石之间形成缝隙。
　　施工缝隙的大小与混凝土的收缩和施工质量有很大关系，各工程和钢管的不同部位也都不相同。平洞和坡度较小的斜井在浇筑混凝土时，钢管两侧易于平仓振捣，回填混凝土的质量较易保证；而顶、底拱部位易于形成较大空隙，故施工缝隙沿管周的分布是不均匀的。减小施工缝隙的有效措施是提高混凝土垫层的浇筑质量和进行回填及接缝灌浆。一般情况下，如果管外的混凝土填筑质量很好，并进行了认真的接缝灌浆，则Δ0可取0.2mm。
　　(2) 岩石的塑性蠕变缝隙Δrc。岩石不是完全弹性体，在长期反复荷载作用下，有部分变形在卸荷后不能复原，形成残余变形，且在一定时间内会逐渐增大，其原因是岩体的节理和裂隙在加荷后闭合而卸荷后不能完全复原，这种残余变形称为塑性蠕变缝隙。塑性蠕变缝隙的大小与岩体的破碎程度有关。完整岩体的残余变形很小。例如，我国某电站埋管，围岩较好，建成后5年之内实测的钢衬应力基本没有变化。对于较破碎的岩体进行固结灌浆，封堵节理和裂隙，能有效地减小岩体的残余变形。
　　日本东川电站的现场试验研究表明，岩体的残余变形和弹性变形存在良好的相关关系，残余变形可用与弹性变形的比值βr表示，即
　　                                     (8-51)
该电站实测的βr=0.3～0.6。
　　(3) 温度收缩缝隙。钢管通水后，因水温较低，钢管和围岩冷却收缩，与混凝土垫层间形成缝隙。在埋管水压试验的稳压阶段，在一定时间之内钢衬应力会随时间逐渐增大，就是由于钢衬和围岩因热交换逐渐冷却的结果。钢衬的径向温降收缩可用下式计算
　　                
式中，和分别为钢材的线胀系数和泊松比，为钢衬充水前后的温差。
　　如果施工季节选择不当，Δst可以达到相当数值。
　　围岩破碎区和开裂的混凝土
衬圈，温降后缝隙值增加。其径向变位为
　　               
式中，和分别为围岩的线胀系数和岩壁充水前后的温差，为围岩破碎区影响系数，可按 
 
 
 
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