倒虹吸管的组成与结构布置

徐彦唬，刘 罡

(1. 黑龙江省隆业水利水电工程建设有限公司，哈尔滨150040;2. 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 倒虹吸管的组成

倒虹吸管由进口段、管身、及出口3 部分组成。

1.1 进口段

一般包括渐变段、进水口、拦污栅、闸门、挡水墙及沉沙池等。进口渐变段与渠道应平顺连接以减小水头损失，对含沙量大的渠道，为防止粗粒泥沙摩损和淤积管道，可在进口前设沉沙池。为满足倒虹吸管在通过不同流量时，渠道水位与管道入口水位衔接良好，常将管道进口做成喇叭状，并用弯道与管身连接。

1.2 出口段

与进口段基本相同，单管可不设闸门，多管可设闸门以便按流量控制运行的管数。出口段一般设消力池，用以调整出口水流的流速分布。特别是多管倒虹吸进行单管运行时，用消力池整流更为必要。对于小流量倒虹吸管，出水口可用梯形断面直接与下游渠道连接;大、中流量倒虹吸管，出口应设置渐变段，其长度需大于进口渐变段。

1.3 管身段

管身断面型式可为圆形、矩形或城门形。圆形受力条件较好，常用于大、中水头的倒虹吸管。根据过水流量大小，运用要求及经济比较，可以设计成单管、双管或多管。为了适应地基不均匀沉陷及混凝土收缩变形，管身应设变形缝，缝中设止水。缝的间距根据地质、施工方法和气候条件决定。在倒虹吸管管路变坡和转弯处设应置镇墩( 见图1) ，以连接和稳定两侧管道，为防止倒虹吸管被泥沙淤积，除在进口前设置沉沙池外，还应在管段或镇墩内设置冲沙放水孔，以便冲洗管内淤沙和放空管内积水进行检修。冲沙孔的底门路高程一般稍高于或等于于水位，如河道枯水期断流，可将冲沙放水孔设在管段下游最低的镇朝墩中。管道沿地面露天敷设，开挖工程量小，容易检修。但露天管在气温影响下，内设管壁将产生较大温差，从而引起温度应力，为克服这一缺点，常将倒虹吸管埋于地下或管身上填土。当管道通过耕地时，管顶应埋在耕作层以下;在冰冻地区，管顶应布置在冻冻层以下;管道穿过河床时，管顶应置于冲刷线以下。

图1 沿地面敷设的倒虹吸管

2 倒虹吸管的结构布置

2.1 总体布置应遵循的原则

1) 具有较良好的地形、地质条件时，倒虹吸管的轴线应尽可能与沟谷、道路及河道等正交，管轴线的平面布置常在一直线上，以获得最短的管道轴线;

2) 进口段尺可能布置在挖方( 或半填挖) 渠段上，以减少沉陷、渗漏及塌方现象。还应考虑:①入口处必须平顺，以减少因紊流或漩涡所引起的水头损失。②小流量时仍能淹没，以避免管道内发生所蚀震动。③入口处应有防止较大砾石或其它飘浮物进入管道的设施。④进口段应保证管道不爱洪水的冲击。⑤入口处应有保障人蓄安全的设施。⑥应保证管道内不被泥沙淤塞。

3) 出口段的布置应使出口断面逐渐扩大，以降低出口水流流速减少水头损失，防止对下游渠道的冲刷。

2.2 布置形式

根据地形条件、埋设情况与管随压力水头的大小，一般有以下几种布置形式。

2.2.1 对于高差不大的小型倒虹吸管，常做成竖井式或缓坡式

1) 竖井式:倒虹吸管多用于通过流量不大，水头较小( h＜5 m) 的情况，当穿经道路或人工渠道时，因受两岸地形限制，岸坡又较陡峻，则采用此种竖井布置较为合适( 图2) 。其主要优点是施工方便，但水头损失大，水流条件也不如缓坡式或斜管式的水流顺畅。竖井式的管道常做成方形或圆开有浆砌石或素混凝土结构。井底部设0.5 ～0.8 m深的集砂( 或污物) 坑，供清理泥沙及污物用。

2) 缓坡式:用于高差不大，两岸又较平缓，与地平线交角约在45°以内，且管轴线又甚短的小型倒虹吸管，由开敞的进出口斜坡与压力管连接。在实际工程中比竖井式采用较多。

2.2.2 对于高差较大的大、中型倒虹吸管有以下几种布置形式

图2 竖井式倒虹吸管布置形式

1) 斜管式:当倒虹吸管距越干谷，两岸为山坡时，管道布置可采用斜管式，沿岸坡埋高勇于进取地面以下。

如采用露天铺设，管外需采取隔温措施，如搭盖凉棚或安设水管喷水，以减少温度应力。采用这种布置形式时，沿管轴线的纵断面呈折线状，在弯折处应设置镇墩，以稳定岸坡斜管。管轴线的水平投影仍尽量采用直线布置，以减少水头损失与缩短轴线。

2) 加空式:当倒虹吸管跨越较深的河谷及山冲洪沟时，为了减少损失，有时还为了解决两岸交通要求，可采用架空式管道( 架桥渡管或架支墩渡管) ( 图2) 。管道应设在该河谷最高设计洪水位以上0.3 ～1.0 m，以利宣泄洪水。若有通航要求，应根据航道的净空与跨度要求进行布置。架空管道桥头的两端山坡及变坡转弯处应设置镇墩，以稳定岸坡斜管。

［1］崔宗培，徐乾清，吴以鳌，等. 中国水利百科全书:第一卷［M］.北京:水利电力出版社，1991.

［2］余际可，魏璟，罗尚生，等. 倒虹吸管［M］. 北京:水利电力出版社，1993.