三峡水电站共有26台机组，左岸14台，右岸12台。厂房蜗壳采用保压浇混凝土的结构形式，保压水头70m。压力钢管直径D为12.4m，设计内水压力H为1.40MPa，参数属世界前列。挡水坝为重力坝，厂房为坝后式，大坝与厂房之间设有温度沉陷缝。如按常规设计，厂坝联接处压力钢管设置伸缩节以适应厂坝间的相对变形。对于三峡水电站这样的巨型管道，伸缩节的制造、安装以及运行期的止水等技术问题都较突出。为克服伸缩节的缺点、节省工程投资，国内外很多工程都在设法取消伸缩节。三峡工程由于工期紧，工程量大，也提出了是否取消伸缩节问题。工程实践表明，在适当条件下，取消伸缩节技术是可行的。但是，每个水电站的条件各异，这些经验只能参考，不能照搬。非凡是三峡压力钢管HD值超过1700m2，因此需要专门论证研究。取消伸缩节后，常用一段外设软垫层的钢管以适应厂坝间的相对位移，其上、下游两端分别置于大坝和厂房的混凝土中并随之变形。影响垫层管应力的因素包括内水压力、相对合拢时的钢管温差及两端相对位移，以及垫层传力等。其中，两端位移与大坝、厂房所受荷载和温度徐变变形、钢管合拢时间、端部的固定形式以及厂房蜗壳结构形式等有关，在论证研究阶段，需通过三维仿真计算确定。本文在左岸岸坡和河床部位各选取一台机组为研究对象，将大坝、厂房蜗壳和钢及部分基础作为整体进行三维有限元仿真计算，模拟厂房蜗壳混凝土保压浇筑过程、水库蓄水过程等，考虑了自重、温度和徐变的影响，对设与不设预留环缝、钢管合拢时间、垫层管下游端是否设止推环等进行系统的分析比较，为取消伸缩节的决策提供科学依据。

1计算模型及计算条件

1.1结构计算模型

坝顶高程185m，建基面高程岸坡坝段90m、河床坝段25m，厂房建基面高程22.2m。坝体包括钢管坝块及实体坝块，两坝块间为永久横缝。主厂房模拟至，上、下游副厂房模拟下部实体部分，见图1。厂坝间分缝的计算模型为：岸坡坝段Δ51m以下岩坡进行接缝灌浆，按传力考虑；河床坝段下部岩坡也按传力考虑，上部分缝设软垫层，按不传力考虑。

1.2垫层管两端计算模型垫层管长度10m，其中坝内长5.8m，厂内长4.2m。钢管厚度60mm，考虑锈蚀厚度2mm，计算厚度按58mm考虑。垫层厚度50mm，360°全包。两端固定形式分两种：上、下游两端均设止推环；上游端设止推环，下游端不设止推环，即下游端的下游侧1.1m长钢管段上半圆设垫层、下半圆摩擦接触。1.3压力钢管合拢时间为研究选择有利的合拢时段，对钢管合拢时间和设与不设预留环缝进行了敏感性计算。对于不设预留环缝方案，凑合节的最后一道环缝在浇筑该部位混凝土之前合拢，合拢时间分别按夏、冬2个季节进行计算；对于设预留环缝方案，合拢时间在厂房混凝土浇筑完毕后分别按春、夏、秋、冬4个季节进行计算。

1.4上、下游水沙压力荷载正常设计库水位175m，泥沙高程1.06m，泥沙浮容重5kN/m3；下游设计洪水位76.4m。初期运行库水位135m，相应下游水位6.2m。钢管合拢前后的上、下游水沙压力荷载按施工进度和水库蓄水过程确定。河床坝段的钢管合拢前，库水位已到初期运行水位135m。

1.5材料参数钢材。钢管、座环和固定导叶等钢材E=210GPa，μ=0.30，α=1.2×10-5/℃，γ=78kN/m3。垫层。E=2.4MPa，分块铺设，只法向传力。蜗壳管壁与混凝土间的摩擦系数f=0.5，不计凝聚力。基岩。厂房基岩E=26GPa；大坝基岩：河床坝段E=26GPa;岸坡坝段建基面以下5m和钢管槽四周10m范围E=10GPa，Δ22mm以下E=26GPa，其余E=15MPa。μ=0.23，α=0.85×10-5/℃，导温系数a=0.083m2/d。大坝混凝土。E=26GPa。μ=0.167，α=0.85×10-5/℃，a=0.083m2/d。伸缩节厂房混凝土。μ=0.167，α=0.85×10-5/℃，a=0.083m2/d。γ=24.5kN/m3；弹模、绝热温升和徐变度分别见式～式。

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