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        倒虹吸管的組成與結(jié)構(gòu)布置

        2012-10-24 02:03:26徐彥唬
        黑龍江水利科技 2012年1期

        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

        倒虹吸管由進口段、管身、及出口3 部分組成。

        1.1 進口段

        一般包括漸變段、進水口、攔污柵、閘門、擋水墻及沉沙池等。進口漸變段與渠道應(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,常將管道進口做成喇叭狀,并用彎道與管身連接。

        1.2 出口段

        與進口段基本相同,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行單管運行時,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,運用要求及經(jīng)濟比較,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??p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,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入管道的設(shè)施。④進口段應(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,由開敞的進出口斜坡與壓力管連接。在實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?,兩岸為山坡時,管道布置可采用斜管式,沿岸坡埋高勇于進取地面以下。

        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.

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