倒虹吸管的組成與結(jié)構(gòu)布置

徐彥唬，劉 罡

(1. 黑龍江省隆業(yè)水利水電工程建設(shè)有限公司，哈爾濱150040;2. 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

1 倒虹吸管的組成

倒虹吸管由進(jìn)口段、管身、及出口3 部分組成。

1.1 進(jìn)口段

一般包括漸變段、進(jìn)水口、攔污柵、閘門、擋水墻及沉沙池等。進(jìn)口漸變段與渠道應(yīng)平順連接以減小水頭損失，對含沙量大的渠道，為防止粗粒泥沙摩損和淤積管道，可在進(jìn)口前設(shè)沉沙池。為滿足倒虹吸管在通過不同流量時，渠道水位與管道入口水位銜接良好，常將管道進(jìn)口做成喇叭狀，并用彎道與管身連接。

1.2 出口段

與進(jìn)口段基本相同，單管可不設(shè)閘門，多管可設(shè)閘門以便按流量控制運(yùn)行的管數(shù)。出口段一般設(shè)消力池，用以調(diào)整出口水流的流速分布。特別是多管倒虹吸進(jìn)行單管運(yùn)行時，用消力池整流更為必要。對于小流量倒虹吸管，出水口可用梯形斷面直接與下游渠道連接;大、中流量倒虹吸管，出口應(yīng)設(shè)置漸變段，其長度需大于進(jìn)口漸變段。

1.3 管身段

管身斷面型式可為圓形、矩形或城門形。圓形受力條件較好，常用于大、中水頭的倒虹吸管。根據(jù)過水流量大小，運(yùn)用要求及經(jīng)濟(jì)比較，可以設(shè)計成單管、雙管或多管。為了適應(yīng)地基不均勻沉陷及混凝土收縮變形，管身應(yīng)設(shè)變形縫，縫中設(shè)止水。縫的間距根據(jù)地質(zhì)、施工方法和氣候條件決定。在倒虹吸管管路變坡和轉(zhuǎn)彎處設(shè)應(yīng)置鎮(zhèn)墩( 見圖1) ，以連接和穩(wěn)定兩側(cè)管道，為防止倒虹吸管被泥沙淤積，除在進(jìn)口前設(shè)置沉沙池外，還應(yīng)在管段或鎮(zhèn)墩內(nèi)設(shè)置沖沙放水孔，以便沖洗管內(nèi)淤沙和放空管內(nèi)積水進(jìn)行檢修。沖沙孔的底門路高程一般稍高于或等于于水位，如河道枯水期斷流，可將沖沙放水孔設(shè)在管段下游最低的鎮(zhèn)朝墩中。管道沿地面露天敷設(shè)，開挖工程量小，容易檢修。但露天管在氣溫影響下，內(nèi)設(shè)管壁將產(chǎn)生較大溫差，從而引起溫度應(yīng)力，為克服這一缺點(diǎn)，常將倒虹吸管埋于地下或管身上填土。當(dāng)管道通過耕地時，管頂應(yīng)埋在耕作層以下;在冰凍地區(qū)，管頂應(yīng)布置在凍凍層以下;管道穿過河床時，管頂應(yīng)置于沖刷線以下。

圖1 沿地面敷設(shè)的倒虹吸管

2 倒虹吸管的結(jié)構(gòu)布置

2.1 總體布置應(yīng)遵循的原則

1) 具有較良好的地形、地質(zhì)條件時，倒虹吸管的軸線應(yīng)盡可能與溝谷、道路及河道等正交，管軸線的平面布置常在一直線上，以獲得最短的管道軸線;

2) 進(jìn)口段尺可能布置在挖方( 或半填挖) 渠段上，以減少沉陷、滲漏及塌方現(xiàn)象。還應(yīng)考慮:①入口處必須平順，以減少因紊流或漩渦所引起的水頭損失。②小流量時仍能淹沒，以避免管道內(nèi)發(fā)生所蝕震動。③入口處應(yīng)有防止較大礫石或其它飄浮物進(jìn)入管道的設(shè)施。④進(jìn)口段應(yīng)保證管道不愛洪水的沖擊。⑤入口處應(yīng)有保障人蓄安全的設(shè)施。⑥應(yīng)保證管道內(nèi)不被泥沙淤塞。

3) 出口段的布置應(yīng)使出口斷面逐漸擴(kuò)大，以降低出口水流流速減少水頭損失，防止對下游渠道的沖刷。

2.2 布置形式

根據(jù)地形條件、埋設(shè)情況與管隨壓力水頭的大小，一般有以下幾種布置形式。

2.2.1 對于高差不大的小型倒虹吸管，常做成豎井式或緩坡式

1) 豎井式:倒虹吸管多用于通過流量不大，水頭較小( h＜5 m) 的情況，當(dāng)穿經(jīng)道路或人工渠道時，因受兩岸地形限制，岸坡又較陡峻，則采用此種豎井布置較為合適( 圖2) 。其主要優(yōu)點(diǎn)是施工方便，但水頭損失大，水流條件也不如緩坡式或斜管式的水流順暢。豎井式的管道常做成方形或圓開有漿砌石或素混凝土結(jié)構(gòu)。井底部設(shè)0.5 ～0.8 m深的集砂( 或污物) 坑，供清理泥沙及污物用。

2) 緩坡式:用于高差不大，兩岸又較平緩，與地平線交角約在45°以內(nèi)，且管軸線又甚短的小型倒虹吸管，由開敞的進(jìn)出口斜坡與壓力管連接。在實(shí)際工程中比豎井式采用較多。

2.2.2 對于高差較大的大、中型倒虹吸管有以下幾種布置形式

圖2 豎井式倒虹吸管布置形式

1) 斜管式:當(dāng)?shù)购缥芫嘣礁晒龋瑑砂稙樯狡聲r，管道布置可采用斜管式，沿岸坡埋高勇于進(jìn)取地面以下。

如采用露天鋪設(shè)，管外需采取隔溫措施，如搭蓋涼棚或安設(shè)水管噴水，以減少溫度應(yīng)力。采用這種布置形式時，沿管軸線的縱斷面呈折線狀，在彎折處應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩，以穩(wěn)定岸坡斜管。管軸線的水平投影仍盡量采用直線布置，以減少水頭損失與縮短軸線。

2) 加空式:當(dāng)?shù)购缥芸缭捷^深的河谷及山?jīng)_洪溝時，為了減少損失，有時還為了解決兩岸交通要求，可采用架空式管道( 架橋渡管或架支墩渡管) ( 圖2) 。管道應(yīng)設(shè)在該河谷最高設(shè)計洪水位以上0.3 ～1.0 m，以利宣泄洪水。若有通航要求，應(yīng)根據(jù)航道的凈空與跨度要求進(jìn)行布置。架空管道橋頭的兩端山坡及變坡轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩，以穩(wěn)定岸坡斜管。

［1］崔宗培，徐乾清，吳以鰲，等. 中國水利百科全書:第一卷［M］.北京:水利電力出版社，1991.

［2］余際可，魏璟，羅尚生，等. 倒虹吸管［M］. 北京:水利電力出版社，1993.