淺談管道安裝在倒虹吸中的應(yīng)用

楊遠(yuǎn)航

(甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

倒虹吸是一種常見的水利工程設(shè)施，其主要用于城市供水管道中。倒虹吸的結(jié)構(gòu)原理是利用重力和虹吸作用將管道中的水從低處輸送到高處，從而實現(xiàn)供水管道的輸送和分配。在倒虹吸中，管道的安裝對于倒虹吸的運(yùn)行和維護(hù)至關(guān)重要。將探討管道安裝在倒虹吸中的應(yīng)用，并對其優(yōu)缺點進(jìn)行分析。

1 本標(biāo)段主要建設(shè)內(nèi)容及建筑物型式結(jié)構(gòu)

1.1 標(biāo)段主要建設(shè)內(nèi)容

本標(biāo)段為主體工程施工第63標(biāo)，該標(biāo)段從八干渠14#隧洞出口控制段樁號42+359.95 起～21# 隧洞進(jìn)口控制段樁號 61+307.32止，標(biāo)段渠線長18947.37m。主要建設(shè)內(nèi)容為：14#隧洞640.84m，4#倒虹吸2757.67m(含4#退水閘及15#隧洞長492.83m)，16# 隧洞長 2006.79m，15#直斗節(jié)制閘長15m，17#隧洞長3232.75m，16#直斗節(jié)制閘長15m，18#隧洞長 3127.54m，5#倒虹吸長1075.59m(含5#退水及17#直斗分水口)，明洞22.15m，19#隧洞長 2345.88m，6#倒虹吸長296.02m(含6#退水閘)，20#隧洞長1739.82m，7#倒虹吸長552.67m(含7# 退水閘及六支渠分水口)，21# 隧洞長1119.65m。壓力鋼管采購與安裝、水機(jī)設(shè)備采購與安裝；對環(huán)境保護(hù)和水土保持措施實施。本標(biāo)段隧洞、倒虹吸、明洞及退水管(渠)等建筑物設(shè)計流量 1.7m3/s，加大流量2.0m3/s。八干渠隧洞采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，三心圓斷面型式，縱坡1/1250，凈斷面尺寸寬×高=1.6×1.923(m)，設(shè)計水深 h=0.97m，設(shè)計流速v=1.18m/s，加大流量水深h=1.11m，流速v=1.21m/s。明洞采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，三心圓斷面型式，凈斷面尺寸及設(shè)計縱坡、流量均與隧洞相同。4#～7#倒虹吸進(jìn)出口采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，倒虹吸管道均采用鋼管，管徑為 D=1.0m。直斗節(jié)制閘為開敞式單孔結(jié)構(gòu)，采用鋼筋混凝土澆筑，倒虹吸退水閘為地面開敞式結(jié)構(gòu)，均采用管道退水，管材為鋼管，管徑D=1.0m和0.8m。

具體建設(shè)內(nèi)容包括：1)隧洞的開挖、支護(hù)、混凝土澆筑及灌漿等主體工程的土建施工；2)隧洞間連接建筑物(倒虹吸、分水閘(閥)等)的開挖、基礎(chǔ)處理、襯砌、護(hù)坡(岸)等主體工程的土建施工；3)閘(閥)室、直斗口、退水渠(管)、縱向排水溝、排洪渠、等建筑物土建施工；4)完成主體工程所必需的所有臨時工程。

1.2 建筑物型式結(jié)構(gòu)

本標(biāo)段主要建筑物有隧洞、倒虹吸、明洞、分水口、退水閘、退水渠、架空管、各類閥井、鎮(zhèn)墩等建筑物。

1.3 標(biāo)段工程等別

本標(biāo)段隧洞及連接建筑物等主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時性建筑物級別為5級；4#～7#倒虹吸主要建筑物級別為 2 級，次要建筑物級別為3級，臨時性建筑物級別為4級。

2 倒虹吸原理及優(yōu)點

2.1 原理

倒虹吸的原理是進(jìn)出口兩端的壓強(qiáng)基本等于大氣壓，而進(jìn)口端的水位壓力大于出口端的水位壓力，因此推動倒虹吸流動的能量來源是倒虹吸管道進(jìn)出口之間的水位差，是水位差推動水的流動。

倒虹吸是在渠道與道路、河流等發(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，當(dāng)水渠穿越道路、河流等障礙時，利用管道連通的方式使其水流從路面或河溝下穿過；倒虹吸現(xiàn)象是利用水柱壓力差，是水上升后在流到低處。

2.2 優(yōu)點

1)高效輸送：倒虹吸可實現(xiàn)高速、高效的流體輸送，尤其適用于長距離輸送；2)穩(wěn)定性好：由于倒虹吸受重力作用影響較大，流體在管道中的流動更加穩(wěn)定，減少了泄漏的風(fēng)險；3)靈活性高：倒虹吸可以適應(yīng)各種復(fù)雜的地形和環(huán)境條件，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；4)易于維護(hù)：由于倒虹吸結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)成本較低。

3 管道安裝在倒虹吸中的應(yīng)用要點

3.1 管道敷設(shè)

在進(jìn)行敷設(shè)施工之前需要先對溝槽的深度、寬度等進(jìn)行詳細(xì)檢驗，保證全部符合要求后，再進(jìn)行管道敷設(shè)。管道連接作業(yè)時，盡量在溝槽內(nèi)進(jìn)行，吊裝采用吊裝帶和風(fēng)繩輔助平衡下移，以免發(fā)生管道劃傷問題。本工程在進(jìn)行管道敷設(shè)時，在溝槽內(nèi)完成連接，采用25t吊車吊裝，在吊裝時必須保證鋼管處于平衡狀態(tài)，將鋼管緩慢放入到溝槽底部，鋼管吊裝時要加強(qiáng)保護(hù)，以免發(fā)生較大振動，更加不能拋甩鋼管。

管道在進(jìn)行穿越或者是安裝中斷，以及每次施工收工之后，需要對管口進(jìn)行封堵處理，以免雜物進(jìn)入到管道內(nèi)部，影響最終的施工質(zhì)量。

3.2 管道坡口加工處理

為保證倒虹吸中管道安裝施工質(zhì)量，就必須切實做好坡口加工相關(guān)工作，由于本工程采用的管道壁厚不足25mm，為方便焊接操作，保證焊接質(zhì)量，管道坡口需要加工成“V”字型坡口，坡度在25°～30°之間。坡口采用氧氣乙炔半自動切割機(jī)進(jìn)行加工處理，針對一些特殊位置，可采用手工切割加工。當(dāng)坡口加工完成后，還需要去除坡口表面的Fe2O3和打磨拋光處理，露出鋼管母材原有的金屬光澤后再進(jìn)行焊接作業(yè)。

3.3 管道焊接

管道焊接是鋼管安裝在倒虹吸中應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到管道安裝的成敗。因此本工程在管道安裝之前，先進(jìn)行焊接工藝試驗，試驗結(jié)果上報給現(xiàn)場監(jiān)理工程師，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師審核通過后方可進(jìn)行焊接作業(yè)。本工程采取氬弧焊打底，氬弧焊焊絲采用ER50-6，手工電弧焊填充蓋面，焊條采用J507型，焊接作業(yè)時需要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙的要求，打好坡口[1]。所使用的焊接材料需要和鋼管母材材質(zhì)相一致，焊條要選擇低氫型J507焊條，每根焊條在使用之前，需要對其外觀質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)檢查，同時嚴(yán)格按照設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行烘干。

所有擬焊面和坡口兩側(cè)50～100mm范圍內(nèi)需要進(jìn)行全方位去除Fe2O3、鐵銹、油污處理，檢查合格后再進(jìn)行焊接作業(yè)。為減小焊接變形和應(yīng)力收縮，保證管道安裝質(zhì)量，本工程在焊接作業(yè)中采用了定位焊技術(shù)，定位焊長度不能小于50mm，間距控制在100～400mm之間，厚度不宜超過5mm，在進(jìn)行正式施焊之前，需要對定位焊的位置、質(zhì)量等進(jìn)行檢查，如存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷需要清除后方可進(jìn)行焊接。

由于本工程壓力鋼管壁厚較厚，為了保證焊接質(zhì)量，采用了分層焊接的方法，每焊完一層，清除焊渣和打磨平整后，再進(jìn)行下一層焊接，每層焊縫要保持連續(xù)焊接，避免中途停止。不能在坡口之外進(jìn)行引弧作業(yè)。

3.4 焊縫質(zhì)量檢測

所有焊縫全部焊接完成，需要組織專門的質(zhì)量檢測人員對焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測。本工程在管道焊接質(zhì)量檢測中采用了超聲波檢查+X射線檢測相結(jié)合的方法，焊縫檢測結(jié)果，需要在48h內(nèi)報送給給現(xiàn)場監(jiān)理工程師進(jìn)行驗收。若存在氣孔、夾渣、裂紋等影響焊接質(zhì)量和母材強(qiáng)度時，采取返修措施。

3.5 管道母材及焊縫防腐要求

本工程鋼管防腐要求：涂裝前對鋼管母材表面進(jìn)行除銹處理，除銹完成的管道應(yīng)立即防腐，以防再次銹蝕，保證在除銹后8h完成鋼管采取除銹防腐，除銹標(biāo)準(zhǔn)為Sa5/2級，粗糙度為50～90um。鋼管內(nèi)壁防腐采用熱熔結(jié)環(huán)氧樹脂粉末(EP)防腐，厚度大于0.45mm：外壁防腐采用聚乙烯(PE)防腐，厚度大于1.8mm。焊縫防腐：在焊縫檢測合格后，鋼管焊縫需涂刷兩層超厚漿型環(huán)氧瀝青防銹底漆，第一層超厚漿型環(huán)氧瀝青防銹底漆涂刷厚度≥250um、第二次涂刷超厚漿型環(huán)氧瀝青面漆厚度δ≥250um；內(nèi)壁防腐工序流程：除銹→清理→底漆一遍→面漆一遍。

3.6 管道試壓和驗收

在進(jìn)行管道試壓前，采用10%水泥土將管道兩側(cè)分層回填，并分層夯實，尤其是管道底部的空隙要填充密實，直到回填到管頂以上200～500mm位置后方可進(jìn)行試壓操作，但要注意管道接口1000mm范圍內(nèi)先不回填，以便觀察試壓情況。本工程試壓時以水作為介質(zhì)，緩慢向管道內(nèi)注入水，排出管道內(nèi)的空氣，試壓壓力應(yīng)不小于管道實際使用壓力的1.5倍，最小不能小于1.0MPa，持續(xù)保持壓力2h以上，嚴(yán)密性試驗壓力應(yīng)為管道實使用壓力的1.15倍，持續(xù)保持壓力的時間不能低于8h。若采用氣體作為試壓介質(zhì)，在試驗時需要用肥皂水反復(fù)涂抹管道連接位置。在試壓操作中可用的方法有兩種，一種是全管線試驗，另一種是分段試驗，試壓管段的長度應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際條件合理選擇。針對無節(jié)點連接的管道，試壓管道段的長度不應(yīng)超過1.5km，而有節(jié)點連接的管道，試壓管道的長度則不應(yīng)超過1km。法蘭連接的管線應(yīng)在試壓完成后，將螺絲重新緊固一次。管道試壓需要建設(shè)方和施工方同時進(jìn)行，管線分段試壓達(dá)標(biāo)合格后，還需要進(jìn)行全線試運(yùn)行，確認(rèn)無異常情況后才能交付使用，試壓完成后，需要及時泄壓，將管線中的水通過放空管全部排出。

在維持壓力不變的時間段內(nèi)，若出現(xiàn)了壓力下降的問題，可采用加壓泵加水的方法補(bǔ)充壓力。對有壓管線水損失量不能超過0.001L/h·km。水壓試驗的壓力需要保持緩慢提升，達(dá)到設(shè)計水壓后，需要穩(wěn)壓10min，再提升到試驗壓力，達(dá)到試驗壓力后，岔管需要再穩(wěn)壓30min。然后再降壓到設(shè)計壓力，持續(xù)穩(wěn)壓30min，以便有充足的時間觀測和檢查管道安裝質(zhì)量情況[2]。全部試驗完成后，承包人需要及時向現(xiàn)場監(jiān)理工程師提供水壓試驗成果報告，報告中內(nèi)容包括試驗過程、測試結(jié)果、發(fā)生異常的情況、異常處理措施、評價意見等，經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理人員審核通過后，方可對整條管道進(jìn)行沖洗消毒，沖洗水采用清潔水，濁度不能超過5NTU，沖洗水的流動速度應(yīng)控制在1m/s以上，直到?jīng)_洗水的排放水和進(jìn)水的濁度相互一致后，方可停止沖洗。

3.7 管道安裝在倒虹吸中應(yīng)用時的注意事項

3.7.1 嚴(yán)控管道的安裝位置和管道的材質(zhì)

管道的安裝位置和管道的材質(zhì)對管道的使用壽命和穩(wěn)定性有著重要的影響。管道的安裝位置應(yīng)該選擇在倒虹吸的最低點，這樣可以減少管道的振動和水流的沖擊，從而提高管道的使用壽命和穩(wěn)定性。同時，管道的材質(zhì)也需要選擇合適的，如鑄鐵、不銹鋼等，這些材質(zhì)具有較高的耐腐蝕性和耐磨性，可以有效地延長管道的使用壽命，本工程管道的材質(zhì)選用Q355C螺旋焊管。

3.7.2 嚴(yán)控管道的連接方式和密封性

管道在倒虹吸中的連接方式和密封性也非常重要。管道的連接方式應(yīng)該選擇合適的，如焊接、法蘭連接等，這些連接方式具有較高的連接強(qiáng)度和密封性，本工程管道的連接方式采用焊接。同時，管道的密封性也非常重要，應(yīng)該采用合適的密封材料，如橡膠墊、石棉墊等，這些密封材料可以有效地防止管道漏水和滲漏。

3.7.3 注重管道的維護(hù)和保養(yǎng)

管道在倒虹吸中的使用壽命和穩(wěn)定性不僅與管道的安裝有關(guān)，還與管道的維護(hù)和保養(yǎng)有關(guān)。在管道使用過程中，需要定期檢查管道的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，如管道漏水、滲漏等。同時，還需要定期清洗管道，去除管道中的污垢和雜質(zhì)，在停止供水后應(yīng)及時通過放空管排出管道內(nèi)部的余水；以保證管道的正常運(yùn)行和供水質(zhì)量。

4 施工效果分析

在案例工程施工中，采用了上述安裝方法，取得了良好效果，具體如下。

1)提高管道的使用壽命。管道安裝在倒虹吸中可以提高管道的使用壽命。在倒虹吸中，管道的安裝位置和管道的材質(zhì)等因素對管道的使用壽命有著重要的影響。管道安裝采用合理的設(shè)計和材料，可以有效地提高管道的使用壽命。

2)穩(wěn)定管道的工作狀態(tài)。管道安裝在倒虹吸中可以穩(wěn)定管道的工作狀態(tài)。在倒虹吸中，管道的工作狀態(tài)會受到多種因素的影響，如管道的振動、水流的沖擊等。管道安裝采用合理的設(shè)計和材料，可以有效地減少管道的振動和水流的沖擊，從而穩(wěn)定管道的工作狀態(tài)。

3)降低管道的維護(hù)成本。管道安裝在倒虹吸中可以降低管道的維護(hù)成本。在倒虹吸中，管道的維護(hù)成本主要包括管道的更換和維修成本。管道安裝采用合理的設(shè)計和材料，可以有效地減少管道的更換和維修成本，管道安裝在倒虹吸中還可以提高倒虹吸的工作效率[3]。管道安裝在倒虹吸中可以減少倒虹吸的水流阻力，從而提高倒虹吸的工作效率。

5 結(jié)語

綜上所述，管道安裝在倒虹吸中是一種常見的水利工程設(shè)施，可以提高管道的使用壽命、穩(wěn)定管道的工作狀態(tài)、降低管道的維護(hù)成本和提高倒虹吸的工作效率。管道安裝在倒虹吸中可以提高管道的使用壽命、穩(wěn)定管道的工作狀態(tài)、降低管道的維護(hù)成本和提高倒虹吸的工作效率。但在管道的安裝過程中，需要考慮到管道安裝的位置、管道的材料和管道的維護(hù)成本等因素。只有在這些因素得到合理的考慮和處理后，才能達(dá)到最佳的效果?？傊购缥鳛橐环N重要的管道輸送技術(shù)，具有較高的輸送效率和穩(wěn)定性。合理設(shè)計和安裝管道對發(fā)揮其優(yōu)勢至關(guān)重要。通過改進(jìn)材料、結(jié)構(gòu)和工藝等方面，未來倒虹吸技術(shù)有望實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。