倒虹吸技術(shù)在水利工程中的運(yùn)用分析

董鈺國

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司， 甘肅 蘭州 730000）

在現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)中，工程建設(shè)是極為重要的，發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量愈發(fā)增多，對于水利工程建設(shè)，倒虹吸是極為關(guān)鍵的。渠道和道路較為接近，當(dāng)為平面交叉情況，應(yīng)在倒虹吸建筑下，確保水可以從路面通過。在一般情況下，倒虹吸是以豎井式設(shè)計(jì)為主，對泥沙具有清除作用。另外，倒虹吸分為圓形與箱型兩種方式，在物理原理作用下，確保水往高處走?；诘购缥夹g(shù)來講，要想在真正意義上保證倒虹吸技術(shù)在水利工程中發(fā)揮應(yīng)有作用，應(yīng)設(shè)置進(jìn)口段、管身段和出口段。倒虹吸和虹吸管具有相似之處，從立面角度講，呈現(xiàn)出弓形，與其不同的則為弓彎向下。從輸水原理角度講，倒虹吸與虹吸管相同，都是利用上下游水位差，但倒虹吸在工作過程中，不需要人為對管中的真空進(jìn)行制造，因而利用具有普及性。

1 工程概述

某水利工程項(xiàng)目，在南水北調(diào)中線工程周口境內(nèi)，工程項(xiàng)目主要是由渠道倒虹吸和退水閘以及節(jié)制閘構(gòu)成，其中混凝土施工占據(jù)一定地位。文章結(jié)合工程具體情況，指出了倒虹吸在水利工程當(dāng)中的運(yùn)用。

2 倒虹吸概述

2.1 倒虹吸構(gòu)造

對于倒虹吸管而言，主要分三部分內(nèi)容，分別是進(jìn)口段、出口段和段身三部分內(nèi)容。

2.2 進(jìn)口段

在進(jìn)口段中，包含了漸變段、沉砂池和閘門等內(nèi)容，啟閉設(shè)施、連接段和進(jìn)水口也是組成內(nèi)容?；跐u變段，發(fā)揮著重要組作用，連接了渠道和倒虹吸管進(jìn)口沉砂池間的過渡段，一般以扭曲面為主，具有較小的水頭損失。而沉砂池，最為主要的優(yōu)勢在于會(huì)攔截并沉淀渠道來水?dāng)y帶的大粒徑砂石雜物，避免進(jìn)入到管內(nèi)磨損管道，避免管道出現(xiàn)淤積[1]。閘門主要為了滿足臨時(shí)停水和清淤等需求。虹吸管進(jìn)口應(yīng)設(shè)置閘門，一般是以平板閘門或是疊梁式閘門為主。攔污柵，要想在真正意義上避免漂浮物進(jìn)入到倒虹吸管中，應(yīng)將攔污柵設(shè)置在閘門前，柵面和水平夾角應(yīng)為 75。，便于提高過水?dāng)嗝?，降低流速與水頭損失，也利于清污。工作橋，對于工作橋主要是在啟閉閘門與清理攔污柵中進(jìn)行利用。橋橫斷面一般是以T形為主。連接段，是在閘門之后設(shè)置，虹吸管進(jìn)口前的靜水池段，主要是兩側(cè)側(cè)墻與下游側(cè)擋水胸墻構(gòu)成的。從結(jié)構(gòu)形式角度講，分為消力池式和斜坡式。進(jìn)水口，最為主要的作用是降低水頭損失，虹吸管進(jìn)水口形狀為喇叭狀。喇叭形始末斷面直徑應(yīng)在1.4，喇叭口長度應(yīng)為管道內(nèi)徑的1倍。

2.3 出口段

在出口段中，虹吸管具體分為以下幾點(diǎn)內(nèi)容，分別是出口閘門、消力池和出水口等相關(guān)內(nèi)容。出水口，主要是出口擋水胸墻內(nèi)進(jìn)行設(shè)置的，不管是形式選擇，或是布置要求和進(jìn)水口大概一致。但由于出水口外形，對水頭不會(huì)產(chǎn)生損失，要想利于施工，可以將管道放入到出口胸墻中。出口閘門，針對雙管，或是多管倒虹吸，要想利于管理運(yùn)用，經(jīng)常在出口將閘門進(jìn)行設(shè)置，而虹吸管進(jìn)、出口具備著較大的水位差[1]。基于這樣的情況，應(yīng)設(shè)置出口閘門，利于閘門開度對上游水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保不同流量時(shí)，管進(jìn)口為淹沒狀態(tài)。消力池，對流速分布進(jìn)行調(diào)整，確保水流可以進(jìn)入到下游渠道中，防止出現(xiàn)沖刷，一般都是在出口閘門設(shè)置消力池。如果水流流速很小，將不需要消能。出口漸變，出口漸變一般以扭曲面形式為主。

2.4 管身段

在管身段中，主要以以下幾點(diǎn)內(nèi)容為主，分別是管壁厚度、泄水孔和接縫等內(nèi)容。管壁厚度，應(yīng)依據(jù)管徑與工作水頭大小情況，初擬尺寸時(shí)，可以對已建工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參考，或是利用近似法，依據(jù)荷載，在結(jié)構(gòu)計(jì)算下，進(jìn)行修正和校核，并進(jìn)行抗裂計(jì)算。管身分縫和接縫，主要分為兩種方法，一種是現(xiàn)澆管，另一種則是預(yù)制管方法。管身支承，鋼筋混凝土圓管，或是箱形管和地基連接部件，則為管身支承，支承形式和土石壩下埋管極為相似。泄水，基于高水頭倒虹吸管，主要是為了滿足檢修和清淤等需求。

3 倒虹吸施工管理優(yōu)勢作用

第一，在實(shí)際施工中，倒虹吸技術(shù)包含較多方面，具體為深基坑開挖施工，或是金屬結(jié)構(gòu)安裝施工和混凝土澆筑施工等。在施工項(xiàng)目中，倒虹吸技術(shù)管理時(shí)，應(yīng)對施工進(jìn)行全面了解，并將施工設(shè)備準(zhǔn)備工作落到實(shí)處[2]。第二，施工管理環(huán)境具有復(fù)雜性。基于倒虹吸施工，在地形地貌上極為復(fù)雜，由于施工項(xiàng)目是交叉作業(yè)的，出現(xiàn)安全事故的幾率較大。而倒虹吸施工管理中，應(yīng)考察施工環(huán)境，確保安全系數(shù)的提升。第三，針對倒虹吸施工管理，應(yīng)進(jìn)行全程控制。要想在真正意義上確保倒虹吸安全質(zhì)量，有效控制全過程施工，這樣才能提高倒虹吸施工安全性能，確保各個(gè)環(huán)節(jié)在安全標(biāo)準(zhǔn)中，還能保證倒虹吸建設(shè)具有良好效果，并達(dá)到相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)。

4 倒虹吸管設(shè)計(jì)

在倒虹吸管設(shè)計(jì)當(dāng)中，包含了管路與進(jìn)出口設(shè)置，還包含水力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對于倒虹吸管檢修具有一定的困難性，在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)給檢修創(chuàng)造出便利條件。針對倒虹吸管構(gòu)造的認(rèn)識，明確構(gòu)造是極為復(fù)雜的，要想在真正意義上在水利工程中發(fā)揮應(yīng)有作用，和工程具體情況結(jié)合開來，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 管路布置特征形式

依據(jù)相關(guān)資料和以往倒虹吸利用情況，倒虹吸管設(shè)置過程中，給予布設(shè)管路一定的關(guān)注。管路在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮管路埋設(shè)情況，并考慮高差大小[3]。在正常情況下，從布置形式角度講，依據(jù)管路埋設(shè)情況，倒虹吸管主要以四種布置形式為主，一種是豎井式，另一種則是斜管式，第三種是曲線式，最后一種則為橋式。第一，豎井式。對于豎井一般都是在內(nèi)壓水頭低，流量小，穿越道路的倒虹吸中利用。這種倒虹吸管從結(jié)構(gòu)上看，極為簡單，并且管路較短，但流水條件較差，大多數(shù)都是在規(guī)模很小的倒虹吸管中利用。第二，斜管式。斜管式都是在內(nèi)水頭小，穿越渠道倒虹吸中利用。在河流主槽底部，將水平管段設(shè)置其中，兩端利用斜管段和進(jìn)、出口相連，具有較好的水流條件，同時(shí)構(gòu)造極為簡單，并且施工便利，在工程中具有有效的利用。第三，曲線式。如果河谷較寬，岸坡較緩，地形具有復(fù)雜性，倒虹吸管可以和地形同步敷設(shè)為曲線形。曲線倒虹吸管具有較小的開挖量，施工較為方便，同時(shí)水流條件較好。受溫度影響，或是地基沉陷，會(huì)導(dǎo)致管身裂縫，出現(xiàn)泄漏的情況，對工程安全造成不良影響。第四，橋式。如果渠道通過窄深式河谷過程中，要想減少管道內(nèi)壓水頭，降低水頭損失，減少管長與施工難度，以深槽部位建橋，在橋面上將管道敷設(shè)其中，或是支撐在橋墩上。另外，在山坡轉(zhuǎn)彎處，管道應(yīng)設(shè)鎮(zhèn)墩，將虹吸管放水孔設(shè)置在鎮(zhèn)墩上，兼作維修，利于檢查維修。

4.2 進(jìn)出口漸變段設(shè)計(jì)

對于漸變段會(huì)消耗較多的水頭，管身允許消耗的水較少，造成管身斷面將不斷加大，建筑物投資具有一定的難度性?；谶@樣的情況，不斷優(yōu)化進(jìn)出口漸變段。漸變段長度不能太長，如果漸變段長度為固定值時(shí)，增加漸變段長度，對減少水頭損失作用很小[3]。另外，漸變段底坡不能特別大，假如漸變段進(jìn)出口底部高程較大，漸變段長度可以增加，降低底坡漸變段，降低水頭損失。

4.3 管身形式和閘墩設(shè)計(jì)管身形式

對于圓管施工具有復(fù)雜性，不能進(jìn)行現(xiàn)澆制模，會(huì)導(dǎo)致管座工程量的增加，以矩形孔口多孔一聯(lián)方式。這種形式施工具有便利性，并且不用進(jìn)行特殊化處理。墩頭形式，對水頭損失會(huì)造成影響。閘門在全開狀態(tài)時(shí)，流線形墩頭水頭將會(huì)出現(xiàn)較大的損失，但和半圓形墩頭相比，損失略小一些。但閘門沒有完全開啟時(shí)，流線形墩頭在進(jìn)出口水流具有較大的影響，會(huì)增加一定的損失。

5 倒虹吸施工技術(shù)

5.1 倒虹吸基礎(chǔ)開挖工作

作為測量人員在開挖施工前，將測量工作做好，明確基礎(chǔ)開挖位置，并確定開挖線。在這樣的基礎(chǔ)上，將施工區(qū)域當(dāng)中的清理工作落到實(shí)處，例如清除區(qū)域當(dāng)中的雜物和樹葉等等。另外，在機(jī)械作用下，進(jìn)行基礎(chǔ)土石方開挖工作?；趫?jiān)硬巖石層，利用人工大眼放炮的方式。在挖機(jī)配合清渣的作用下，可以提升施工效率，提高施工效果[4]。如果倒虹吸開挖施工與圖紙規(guī)定基底標(biāo)高相吻合，應(yīng)關(guān)注基礎(chǔ)承載力。而假如基礎(chǔ)和規(guī)定要求不一致，應(yīng)依據(jù)具體情況，利用相關(guān)處理對策。

5.2 倒虹吸模板施工

在倒虹吸施工中，模板不僅是重要設(shè)施，并發(fā)揮著極為有利的作用，對倒虹吸施工建設(shè)具有一定的現(xiàn)實(shí)作用。模板在一般情況下，主要以鋼模形式為主，鋼模應(yīng)確保表面憑證。倒虹吸施工模板在尺寸上應(yīng)保證規(guī)范性，接縫極為緊密，這樣才能確保施工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)漏漿的情況。固定模板以后，可以利用鋼管起到支撐作用。模板在進(jìn)行安裝或是拆卸時(shí)，都是在人工作用下完成的，因此在具體施工中，需要很多工作人員參與其中。

5.3 倒虹吸管道安制工序

在生產(chǎn)壓力鋼管時(shí)，委托倒虹吸是公共要求，確保施工壓力鋼管和施工規(guī)范相吻合。壓力鋼管在生產(chǎn)過程中，將材料選擇落到實(shí)處，保證安裝材料質(zhì)量。針對鋼管制作或是安裝，利用的施工材料都是在監(jiān)理工程師許可下進(jìn)行的。而焊接材料在壓力鋼管中也是極為關(guān)鍵的材料，保證焊接方法與母材材質(zhì)相吻合。壓力鋼管在實(shí)際安裝過程中，將鋼管運(yùn)輸施工工作落到實(shí)處，保證鋼管可以及時(shí)的融入到安裝施工中[5]。另外，鋼管安裝定位方案設(shè)計(jì)工作做好，給予壓力鋼管安裝施工一定的指導(dǎo)，將鋼管安裝調(diào)整工作做好。在具體施工中，假如鋼管安裝和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)存在偏差情況，則應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。例如龍陵縣飲水工程中，為了防止管道小流量，水力脈動(dòng)出現(xiàn)紊流振動(dòng)，在3號鎮(zhèn)將突殼消力腔進(jìn)行設(shè)置，目的是為了對管道運(yùn)行狀況進(jìn)行改善。為了給予消力腔利用一定的配合，倒虹吸進(jìn)水口以豎井進(jìn)水型式進(jìn)水為主。

5.4 倒虹吸混凝土澆筑施工

在倒虹吸施工中，混凝土澆筑施工是極為關(guān)鍵的，發(fā)揮著重要作用，對倒虹吸建設(shè)具有一定意義?；炷翝仓┕み^程中，確保混凝土攪拌制作具有集中性，關(guān)注混凝土坍塌度，并給予均勻性一定的重視。在進(jìn)行澆筑時(shí)，關(guān)注振搗工作，這樣才能提升混凝土澆筑施工質(zhì)量[6]。另外，混凝土澆筑施工前，基于模板和支架，應(yīng)進(jìn)行檢查，保證施工設(shè)備好設(shè)計(jì)要求相吻合。

6 結(jié)束語

綜上所述，對于倒虹吸是渠道交叉建筑物，具備一定的優(yōu)勢作用，例如造價(jià)低，并且工程量較少，施工具有便利性，不會(huì)對河道供水宣泄造成影響。在引調(diào)水工程中具有有效利用，還可以優(yōu)化配置水資源，對生態(tài)環(huán)境起到了改善作用，能夠在真正意義上提升群眾生活水平，增強(qiáng)國力，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。