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(yùn)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(yùn)行管理過程中出現(xiàn)的問題及解決的方法進(jìn)行闡述,希望對倒虹吸管道工程的施工建設(shè)、運(yùn)行管理提供參考依據(jù)。

倒虹吸 管道 運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)行人工觀測。

測縫計：倒虹吸進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口將形成降水曲線，進(jìn)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(dá)150多米，為監(jiān)視進(jìn)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(yùn)行管理，對自動化采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)行狀況，起到了時時監(jiān)控工程運(yùn)行的目的。為工程的安全運(yùn)行和運(yùn)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(yùn)行機(jī)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(yùn)行9年，在多年的運(yùn)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(yùn)行的檢驗，證明效果還是比較好的。

(1)根據(jù)倒虹吸運(yùn)行管理中需重點進(jìn)行檢查觀測的部位及在運(yùn)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(yùn)行特點，制定《倒虹吸工程運(yùn)行管理控制要求》。其中確定了倒虹吸工程的運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)，同時提出了在運(yùn)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(yùn)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(jìn)行了詳細(xì)的要求，具有較強(qiáng)的可操作性。(3)倒虹吸進(jìn)出口建筑物伸縮縫滲水處理，倒虹吸進(jìn)、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(yùn)行安全，2006年3～5月份對倒虹吸進(jìn)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(jìn)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(yùn)行，6月21日凌晨巡視人員發(fā)現(xiàn)，正在運(yùn)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(jìn)行了分析研究，并確定了處理方案。隨后倒虹吸通過倒灌運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)行狀況良好。(5)倒虹吸法蘭墊片、緩沖閥及進(jìn)人孔蓋板O型圈的更換;2005年試運(yùn)行期間，倒虹吸部分排氣閥法蘭墊片漏水，組織運(yùn)行管理單位及施工單位于2006年4月初對進(jìn)排氣閥法蘭墊片進(jìn)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(jìn)行全部更換。更換倒虹吸法蘭墊片476個，進(jìn)人孔蓋板O型橡膠圈更換22個。(6)倒虹吸進(jìn)口清污機(jī)改造;在2008年通水初期，由于上游渠道來流挾帶雜草過多，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷過大，致使倒虹吸進(jìn)口清污機(jī)安全銷剪斷，鏈條脫軌，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對倒虹吸的正常運(yùn)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(jī)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(jī)運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行改進(jìn)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(jìn)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(jìn)。(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(qiáng)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(yùn)行過程中的一些經(jīng)驗和建議，希望能對倒虹吸工程的運(yùn)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(jī)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.