淺論倒虹吸技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

摘要：倒虹吸主要用于水利工程中。它是在渠道與道路、河流發(fā)生交叉或在渠道穿越山谷時經(jīng)常采用的一種立交水工建筑物。早在2000多年前，中國已有成功的運用。與虹吸管一樣，它在立面上也呈弓形；不同的是，其弓彎向下。而且，雖然倒虹吸管和虹吸管的輸水原理相同，即都借助于上下游的水位差，但倒虹吸在開始工作時不需人為地制造管中的真空，因而更為普及。

關(guān)鍵詞：倒虹吸；進口段；出口段

中圖分類號：TV672.5 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-0432（2012）-10-0232-1

1 倒虹吸管的構(gòu)造

倒虹吸管一般由進口段、出口段、段身三部分組成。

1.1 進口段

進口段一般包括漸變段、沉沙池、退水沖殺設(shè)施、閘門、攔污柵以及啟閉設(shè)施、連接段、進水口等組成。

漸變段。它是渠道與倒虹吸管進口沉沙池之間的過渡段，漸變段常采用扭曲面，其水頭損失??；沉沙池。其作用是攔截和沉淀渠道來水所挾帶的大粒徑砂石及雜物，防止其進入管內(nèi)磨損和淤積管道。閘門。為滿足沖沙、清淤、檢修和臨時停水等需要，虹吸管進口常須設(shè)置閘門。多采用平板閘門或疊梁式閘門；攔污柵。為防止漂浮物或人畜落入渠內(nèi)被吸入倒虹吸管，閘門前應(yīng)設(shè)攔污柵，柵面與水平夾角宜采用70°～80°，利于增加過水?dāng)嗝?，減小流速和水頭損失，也便于清污；工作橋。用于啟閉閘門和清理攔污柵。橋橫斷面多采用 T 形。連接段。其設(shè)于閘門之后、虹吸管進口之前的靜水池段，由兩側(cè)側(cè)墻和下游側(cè)擋水胸墻組成。結(jié)構(gòu)形式有消力池式、斜坡式和消力井式。進水口。為減少水頭損失，虹吸管進水口常做成喇叭形。喇叭形始、末斷面直徑比或?qū)挾缺纫话銥?.3～1.5，喇叭口長度約為0.83倍管道內(nèi)徑。

1.2 出口段

出口段包括虹吸管出水口、出口閘門、消力池及出口漸變段組成。

出水口 其設(shè)于出口擋水胸墻內(nèi)，形式選擇與布置要求與進水口基本相同，但因出水口外形對水頭損失無影響，為了便于施工，常將管道直接伸入出口胸墻內(nèi)；出口閘門：對雙管或多管倒虹吸，為了便于管理運用，常在出口設(shè)置閘門；若虹吸管進、出口水位差過大，也常需設(shè)置出口閘門，以便于利用閘門開度調(diào)節(jié)上游水位，以保證在不同流量時管進口均處于淹沒狀態(tài)；消力池：為調(diào)整流速分布使水流平穩(wěn)進入下游渠道，避免產(chǎn)生沖刷，常在出口閘門口設(shè)置消力池，若水流流速較小，則可不需消能；出口漸變：漸變也常采用扭曲面形式。

1.3 管身段

管身段包括管壁厚度、分封與接縫、管身支承、泄水孔及入人孔組成：

管壁厚度：根據(jù)管徑和工作水頭大小，參考已建工程的經(jīng)驗或近似法初擬尺寸，再根據(jù)荷載，由結(jié)構(gòu)計算進行校核或修正，并進行配筋和抗裂計算；管身分縫與接縫：有現(xiàn)澆管和預(yù)制管兩種方法；管身支承：鋼筋混凝土圓管及箱形管與地基的連接部件即管身支承，支承形式與土石壩下埋管基本相同；泄水、入人孔 對較長和高水頭的倒虹吸管，用于檢修、沖沙、放空或清淤等需要。

2 倒虹吸管的設(shè)計

倒虹吸管的設(shè)計包括：管路及進出口布置、管身及鎮(zhèn)墩的形式選擇、水力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。由于倒虹吸管檢修較困難，在設(shè)計中應(yīng)注意為檢修創(chuàng)造條件。

2.1 管路布置形式及特點

根據(jù)管路埋設(shè)情況及高差大小，倒虹吸管有下列幾種布置形式：有豎井式、斜管式、曲線式和橋式四種。

2.1.1 豎井式 豎井多用于內(nèi)壓水頭較低，流量較小，穿越道路的倒虹吸。這種形式的倒虹吸管結(jié)構(gòu)簡單，管路短，但水流條件差，一般用于規(guī)模較小的倒虹吸管。

2.1.2 斜管式 斜管式多用于內(nèi)水頭較小，穿越渠道或河流的倒虹吸。渠道或河流主槽底部設(shè)置水平管段，兩端用斜管段與進、出口相連，水流條件好，且構(gòu)造簡單，施工方便，實際工程中應(yīng)用較多。

2.1.3 曲線式 當(dāng)河谷寬闊，岸坡較緩，地形較復(fù)雜時，倒虹吸管可隨地形敷設(shè)成曲線形。曲線倒虹吸管開挖量小，施工方便，且水流條件好，但溫度影響及地基不均勻沉陷易造成管身裂縫，引起滲漏甚至危機工程安全。

2.1.4 橋式 當(dāng)渠道通過較深的復(fù)式斷面河道或窄深式河谷時，為降低管道內(nèi)壓水頭，減少水頭損失，縮短管長和減小施工難度，可在深槽部位建橋，將管道敷設(shè)于橋面上或者直接支撐于橋墩或排架上。管道在橋頭山坡轉(zhuǎn)彎處設(shè)鎮(zhèn)墩，并在鎮(zhèn)墩上設(shè)置虹吸管放水孔，兼作維修、清淤入孔，以便檢查維修。

2.2 進出口漸變段的設(shè)計

對于按照渠系規(guī)劃給出了一定水頭的倒虹吸工程而言，漸變段消耗水頭越多，管身允許消耗的水頭將越少，這將使管身斷面加大，增加建筑物投資，因此必須對進出口漸變段進行優(yōu)化設(shè)計。漸變段長度不宜過長，當(dāng)漸變段長度達(dá)到一定值時，再增加漸變段長度已對減少水頭損失效果不大。同時，漸變段底坡不宜過大，當(dāng)漸變段進出口底部高程相差較大時，宜適當(dāng)增加漸變段長度，這樣可減少漸變段底坡，從而減小水頭損失。

2.3 管身形式及閘墩設(shè)計管身有圓管、方管等形式

由于圓管施工較復(fù)雜，不宜現(xiàn)澆制模，同時會增加管座的工程量，故采用矩形孔口多孔一聯(lián)的形式。該形式施工較方便，亦不需對地基進行特殊處理。墩頭形狀對水頭損失有一定的影響。 流線形墩頭在閘門全開時水頭損失比半圓形墩頭要略小，但閘門不全部開啟時，流線形墩頭對進水口水流影響較半圓形墩頭要大水頭，損失顯著增加。

通過對倒虹吸技術(shù)的認(rèn)識和學(xué)習(xí)，了解了倒虹吸的一般工作原理和應(yīng)用情況。由于倒虹吸管是一種渠道交叉建筑物，具有工程量少、造價低、施工安全方便和不影響河道洪水宣泄等優(yōu)點，因此在引調(diào)水工程中得到廣泛的應(yīng)用，有利于在更廣范圍內(nèi)進行水資源優(yōu)化配置，改善生態(tài)環(huán)境，提高人民群眾生活水平，增強綜合國力，都具有十分重大的意義。

作者簡介：李丹（1981-），女，滿族，吉林公主嶺人，就職于公主嶺市河道堤防管理站，研究方向：水利工程。