淺析倒虹吸工程運行管理經(jīng)驗

弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局,新疆烏魯木齊 830001)

淺析倒虹吸工程運行管理經(jīng)驗

弋昭媛

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局,新疆烏魯木齊 830001)

本文將以某供水工程的倒虹吸工程為例,對倒虹吸管道工程在運行管理過程中出現(xiàn)的問題及解決的方法進行闡述,希望對倒虹吸管道工程的施工建設(shè)、運行管理提供參考依據(jù)。

倒虹吸 管道 運行管理

1 工程概況

北疆供水工程三個泉倒虹吸工程位于吉拉溝三個泉5km處，進口與戈壁明渠末端相連，出口與沙漠明渠首部相連。全長10.627km，是全國規(guī)模、工作難度最大的倒虹吸工程。設(shè)計流量為30.5m3/s，加大流量為35m3/s。倒虹吸主要由進口段、管身段、出口段組成，其中管身段由鋼管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)組成，管道最大工作壓力為1.6Mpa，其直徑分別為2.7m和2.8m。工作壓力＞1.4Mpa為雙線鋼管，工作壓力≤1.4Mpa為雙線預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。鋼管管道為外露式，并以鎮(zhèn)墩支承。

2 倒虹吸工程的安全監(jiān)測項目及布置

為保障倒虹吸的安全運行，在其具有特征的部位設(shè)置一定的儀器設(shè)備，以監(jiān)測該工程的結(jié)構(gòu)性態(tài)變化，確保工程的運行安全。管道沿線布設(shè)自動化安全監(jiān)測設(shè)備共有95個安全監(jiān)測儀器，目前92個處于正常工作狀態(tài)。另外對31組管道伸縮節(jié)進行人工觀測。

測縫計：倒虹吸進口傾斜段PCCP管間接縫受到重力引起的拉力，在通水時還受到水流產(chǎn)生的推力，這些力均對PCCP管的接縫將產(chǎn)生作用，監(jiān)測其變化將可預(yù)防接縫的不利變形，防患于未然。6支測縫計沿水流方向布置于PCCP管的接縫上。由于材料和結(jié)構(gòu)的差異，在PCCP和鋼管兩端交接的接縫處應(yīng)設(shè)置測縫計以監(jiān)測其縫寬的變化。兩端均設(shè)置2支測縫計共計4支。倒虹吸出口段變化更陡，故也對其進行相同的布置，在沿水流方向的PCCP管接縫上布置6支測縫計。

應(yīng)變計：倒虹吸進口傾斜段及反彎段PCCP管的應(yīng)力狀態(tài)變化比較大，尤其是反彎段將受到較大的水流離心推力，監(jiān)測其變化以預(yù)防管道因超限而產(chǎn)生裂縫有重要作用。在該部位沿縱向和環(huán)向各布置6支應(yīng)變計共計12支。兩PCCP端均設(shè)置縱向應(yīng)變計2支和環(huán)向應(yīng)變計2支共計8支。同樣，由于材料和結(jié)構(gòu)的差異，在PCCP和鋼管兩端交接處附近設(shè)置應(yīng)變計以監(jiān)測因材料的變化而引起結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化。鋼管段兩側(cè)也各對應(yīng)布置縱向應(yīng)變計1支和環(huán)向應(yīng)變計1支共計4支。在反彎段沿縱向和環(huán)向各布置6支應(yīng)變計共計12支。

壓力計：當(dāng)?shù)购缥苤械牧髁啃∮谠O(shè)計流量時，倒虹吸管進口將形成降水曲線，進水段成為無壓流，管內(nèi)發(fā)生水躍現(xiàn)象，由于水躍的脈動和摻氣，將引起管身的振動，有可能使管身和伸縮接頭的止水破壞，惡化管道的正常工作條件。三個泉倒虹吸高差達150多米，為監(jiān)視進口段倒虹吸管因振動而引起的壓力變化情況，在該管段設(shè)置高精度壓力傳感器2支。傳感器除按正常周期監(jiān)測外，當(dāng)該處倒虹吸壓力出現(xiàn)異常時，將連續(xù)加密監(jiān)測30分鐘，以期獲得因振動導(dǎo)致管內(nèi)壓力的變化情況，并據(jù)以評估振動對倒虹吸管工作性狀的影響。

滲漏計：在PCCP管道段上選擇5個典型斷面，在每個典型斷面管道中央布設(shè)滲漏測孔，埋設(shè)花管，用弦式滲壓計監(jiān)測管道滲漏情況，共設(shè)5個測點。

經(jīng)過這幾年的運行管理，對自動化采集的數(shù)據(jù)進行分析，與工程輸水和環(huán)境變化特性相一致，能夠真實反映倒虹吸運行狀況，起到了時時監(jiān)控工程運行的目的。為工程的安全運行和運行決策提供了有力的技術(shù)數(shù)據(jù)保證。自動化監(jiān)測已成為現(xiàn)行運行機制下的重要監(jiān)測手段之一，在監(jiān)控經(jīng)驗的不斷積累下更好發(fā)揮其監(jiān)測作用。

3 倒虹吸工程出現(xiàn)的問題及處理方法

三個泉倒虹吸工程2005年9月正式通水，已安全運行9年，在多年的運行過程中也出現(xiàn)過一些問題，解決這些問題的措施經(jīng)過通水運行的檢驗，證明效果還是比較好的。

(1)根據(jù)倒虹吸運行管理中需重點進行檢查觀測的部位及在運行中易出問題的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合工程本身的特性和運行特點，制定《倒虹吸工程運行管理控制要求》。其中確定了倒虹吸工程的運行控制標(biāo)準(zhǔn)，同時提出了在運行管理中應(yīng)該嚴(yán)格遵循的操作規(guī)程和細(xì)則。(2)為確保倒虹吸工程的安全運行，制定切實可行的檢查、檢測實施辦法和相應(yīng)的實施細(xì)則，從而對工程薄弱環(huán)節(jié)加大檢查檢測力度，及時發(fā)現(xiàn)問題和安全隱患?！秾嵤┺k法》、《實施細(xì)則》中對工程安全監(jiān)測主要項目、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)成果分析匯總和資料整編等都進行了詳細(xì)的要求，具有較強的可操作性。(3)倒虹吸進出口建筑物伸縮縫滲水處理，倒虹吸進、出口建筑物由于伸縮縫本身結(jié)構(gòu)不完善等原因滲水較多。為保證建筑物所有伸縮縫的止水效果和建筑物的運行安全，2006年3～5月份對倒虹吸進出口建筑物所有第二道伸縮縫按照設(shè)計單位變更方案進行重新處理，其需處理伸縮縫總長度為2142.29m。按照設(shè)計變更方案，具體處理情況如下：1)拆除伸縮縫原有表層填縫材料，縫底增加一道封膠帶或油紙作為隔離層，再用雙組份聚硫密封膠灌縫。2)對原有外止水橡皮及其外壓鐵板的預(yù)埋螺栓周圍增加密封膩子。3)對建筑物表面出現(xiàn)的較大砼裂縫，采用環(huán)氧類專用材料灌漿處理。(4)倒虹吸PCCP管道滲水處理，三個泉倒虹吸于2006年6月18日投入運行，6月21日凌晨巡視人員發(fā)現(xiàn)，正在運行的B線PCCP管堤兩處覆土出現(xiàn)塌陷、裂紋現(xiàn)象，A管線注水過程中又發(fā)現(xiàn)46#鎮(zhèn)墩擋墻處管接頭滲水。6月22日，組織有關(guān)專家、施工單位，對鎮(zhèn)墩接頭滲水原因及處理方案進行了分析研究，并確定了處理方案。隨后倒虹吸通過倒灌運行方法，采用雙組密封膠填充并焊接方案，對A、B線雙管街頭問題分別進行檢查處理。A線所有鎮(zhèn)墩兩側(cè)接頭打壓64處，13處不合格，按照制定的處理方案于6月28日處理完畢;7月4日開始對B線進行全面檢查共打壓64處，10處打壓不合格，該10處漏水部位于7月19日處理完畢，此次PCCP管接頭滲水問題及其處理工作未影響倒虹吸管道的正常運行，并處理后一直到目前未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，處理效果顯著，運行狀況良好。(5)倒虹吸法蘭墊片、緩沖閥及進人孔蓋板O型圈的更換;2005年試運行期間，倒虹吸部分排氣閥法蘭墊片漏水，組織運行管理單位及施工單位于2006年4月初對進排氣閥法蘭墊片進行更換。在更換法蘭墊片的過程中，發(fā)現(xiàn)部分排氣閥閘閥根部出現(xiàn)裂紋，由此，對112個閘閥及6個緩沖閥進行全部更換。更換倒虹吸法蘭墊片476個，進人孔蓋板O型橡膠圈更換22個。(6)倒虹吸進口清污機改造;在2008年通水初期，由于上游渠道來流挾帶雜草過多，運轉(zhuǎn)負(fù)荷過大，致使倒虹吸進口清污機安全銷剪斷，鏈條脫軌，無法正常運轉(zhuǎn)，對倒虹吸的正常運行造成安全隱患，對此，聯(lián)系專業(yè)技術(shù)人員，對倒虹吸清污機采取拆除底柵、維修調(diào)整鏈條的處理措施，從而確保年度安全輸水，目前清污機運轉(zhuǎn)正常。(7)倒虹吸出口閘門導(dǎo)向輪脫落及其處理;由于出口閘門控制運行方式對出口閘門產(chǎn)生持續(xù)的振動原因，2007年停水后發(fā)現(xiàn)倒虹吸出口2#閘門有3個導(dǎo)向輪脫落，在2008年停水后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)出口2#閘門3個導(dǎo)向輪脫落。2008年10月10日組織設(shè)計、施工單位對倒虹吸出口閘門導(dǎo)向輪頻繁脫落問題召開專題會議，并根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，進行技術(shù)論證，提出了具體的解決方案。方案確定：對出口閘門導(dǎo)向輪脫落，采取加厚輪軸擋板并焊接的方案進行處理。取消原橡皮墊塊，改用側(cè)輪墊板替換并焊接到閘門邊梁上，將側(cè)輪裝置焊接到側(cè)輪墊板上，原螺栓連接取消，經(jīng)方案處理后2009年沒有脫落，但2010年至2012還是有脫落現(xiàn)象。2013年對導(dǎo)向輪進行改進采用此方案：在原有的導(dǎo)向輪銷子上焊接加長過絲并用大螺帽固定銷子，在螺帽中間打孔固定螺帽，兩邊加固墊片防止螺帽松動。按照此方案進行了處理，經(jīng)過一年的試用導(dǎo)向輪未發(fā)生脫落現(xiàn)象，繼續(xù)采用以上方法并在原來的基礎(chǔ)上再加以改進。(8)倒虹吸鋼管段伸縮節(jié)異常變形;2008年發(fā)現(xiàn)的倒虹吸管道部分鎮(zhèn)墩處伸縮節(jié)變位異常情況，按照專題會議“變位異常的伸縮節(jié)可撓度最大變形總量為4.14度(16#鎮(zhèn)墩伸縮節(jié))，還在原設(shè)計角度變形總量范圍5度以內(nèi)，因此暫不處理;對伸縮節(jié)加強觀測”的決定，我處一直在持續(xù)觀測，年初3月份的觀測表明變位異常的伸縮節(jié)相比去年有所恢復(fù)，但目前隨著環(huán)境溫度的大幅升高個別伸縮節(jié)的變位增加，目前最大值為4.88度，接近設(shè)計允許最大可撓度5度。從整個鋼管段的變形過程來說，影響鋼管段伸縮節(jié)變形最主要的因素是環(huán)境氣溫，通水之后，環(huán)境氣溫的影響依然存在，由于受管內(nèi)水溫的影響，變幅有所減少。管道內(nèi)水壓力對接縫變形雖然有一定的影響，但從整個接縫的變化過程來看，影響的量值較小，通水后，產(chǎn)生增大趨勢的突變，但隨后整體呈現(xiàn)出減小的趨勢。

4 結(jié)語

由于倒虹吸管道已廣泛應(yīng)用于水利行業(yè)的各個工程，因環(huán)境、壓力、長度、材料等不同因素的影響，工程的控制應(yīng)用方式方法也不盡相同，本文僅針對該工程簡單介紹倒虹吸管道工程在運行過程中的一些經(jīng)驗和建議，希望能對倒虹吸工程的運行管理提供一些借鑒。

[1]陳守開,丁兵勇.倒虹吸地涵混凝土結(jié)構(gòu)施工期溫控敏感性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,(5)：7-12.

[2]張尹耀,譚林,魏銳等.南水北調(diào)中線工程七里河倒虹吸導(dǎo)流設(shè)計及施工[J].水利水電技術(shù),2013,(5)：25-26.

[3]張倬元,蔣良文.倒虹吸形成深飽水帶大型充填溶洞的典型實例——圓梁山隧道毛壩向斜深飽水帶特大型充填溶洞的形成及充填物成災(zāi)機制分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2010,(4)：455-469.

[4]張龍飛,姚賢華,岳超然等.溫度變化對大型預(yù)應(yīng)力混凝土倒虹吸結(jié)構(gòu)受力的影響[J].南水北調(diào)與水利科技,2013,(4)：196-199.

[5]丁利明.南水北調(diào)中線唐河倒虹吸工程施工技術(shù)[J].水利水電技術(shù),2007,(5)：37-38.