深沟大跨度倒虹吸压力管道设计.docx

??

?

??

深沟大跨度倒虹吸压力管道设计

?

?

?

?

?

??

?

?

?

摘要：小河塘1#倒虹吸横跨马树河河谷，两岸地形陡峭，山高谷深，地质情况复杂。在设计中就倒虹吸稳定、水头损失、应力分析、结构及基础处理等进行了深入研究。

关键词：小海子水库；灌区工程；倒虹吸；管道设计

1、前言

小海子水库位于云南省昭通市南部的巧家县马树镇的马树河上游，水库总库容3156.9万m3，工程区至巧家县城142km。是一座解决农村人畜饮水和农业灌溉供水的中型水利工程，可解决巧家县马树、老店、包谷垴和崇溪四个乡镇的马树河、牛栏江干热河谷3.26万人和2.28万头牲畜的饮水困难，同时工程设计灌溉面积5.6万亩。

工程区属构造侵蚀、剥蚀中山地貌类型，灌区山高谷深，倒虹吸是该引水工程中数量较多的一种建筑物。小河塘1#倒虹吸位于渠系工程前部，其最大工作水头为117.748m，设计引水流量3.0m3/s，是灌区建筑物中难度较大的工程。该工程修建成败是关系到灌区灌溉得到保证与否、以及整个工程投资效益具体实现的关键。

2、倒虹吸的总体布置

小河塘1#倒虹吸位于灌区总干渠里程6+505～7+003.966段，横跨以礼河一级支流马树河，两岸地形陡峭。轴线选择原则:在地形、地质条件允许的情况下，倒虹吸的轴线尽可能与主河床正交，以减少建筑物的长度，降低投资。为此初拟了两条轴线及长度，通过水力演算得到各种长度对应的上、下游水位值，并计算各种方案的工程量，通过方案比选和论证，选择出以下布置方案，其工程投资较省。

2．1、地形、地质条件

倒虹吸河谷呈“V”型，左右岸基本对称，坡面起伏不大。进出口自然坡度10°～45°,岸坡稳定。

坡面零星分布第四系粉质粘土夹碎石，较松散～稍密实，钻孔揭露厚0.5～4m。两岸基岩为二迭系峨眉山致密块状玄武岩夹紫红色凝灰岩，坡脚及河床强风化杏仁状玄武岩出露，岩石强风化带深1～16m。岩层产状：走向北50～60°东，倾向南东，倾角23o～25o。

2．2、管身布置

根据地形、地质情况，两岸管身采用明管布置，坡度为10°～45.5°。管道底面高出管槽底部表面0.6m，跨河水平段在不影响河道安全渲泄洪水情况下，采用高支墩铺设管道过河，管道高于10年一遇洪水位2.5m，结合两岸交通要求,管道与公路相交处埋于公路以下。

2．3辅助工程设置问题

倒虹吸工程水源为小海子水库库水，泥沙含量虽少，但为尽量减轻泥沙对倒虹吸管的冲刷，在建筑物进口仍设置沉沙池及退水冲沙设施。压力管道进口前设置工作闸门及拦污栅，以控制水流及防止飘浮物进入压力管道。严防关闸断流或拦污栅被飘浮物堵塞时造成上游渠水漫溢，冲垮山坡，危急建筑物安全，在进口段设置溢流堰及泄水槽。同时倒虹吸出口也需设消能池，以调整出口水流的流速分布使之比较均匀而平稳地流入下游渠道。

对于倒虹吸来说，设置通气孔也是一个重要措施。一般倒虹吸通气孔主要用于稳压水流，防止气蚀，这些问题对于小河塘1#倒虹吸工程这种高水头、小流量的倒虹吸工程来说进口发生水跃尤其严重，所以倒虹吸更需设置通气孔。

倒虹吸管身较长，为了满足运行期间管理维护需要，沿管道设置管槽、人行梯和排水沟，并在管身设置进人孔，能进人检修并保证管内不淤，在跨河最低管段设置冲沙放水孔。

3、建筑物的选型

倒虹吸由进口段、管身段和出口段三部分组成。

3．1、进、出口建筑物

进口设长10m、宽3m的沉沙池，池底高程2314.238m，前用4m长八字形渐变段与渠道连接，在池身边墙高程2317.148m设10m长侧向WES型溢流堰，堰后为泄水陡槽。在沉沙池设冲沙管引入泄水陡槽。进水室前设拦污栅，栅后（压力管道进口前）设置工作闸门。出口设长6.5m、宽2.5m的消力池，池底高程2307.89m，后用5.7m长八字形渐变段与下游渠道连接。

3．2、工作闸

工作闸设在进水室，为1.2×1.5m平板定轮钢闸门配快速启闭机，闸门的启闭轨道为垂直上下，闸室段长4.7m，底高程2314.738m。其作用是为了检修、清淤和临时停水；为较好地适应明渠与管身之间的过渡，采用闸底板高程与压力管道进口底齐平。闸室均采用开敞式平底结构型式。

3．3、管身

倒虹吸管身常用的断面型式有：圆形、箱形和直墙正反拱形等。圆形管道与同样过水面积的箱形、拱形管道相比，其湿周小，水流摩阻力小，水流条件好，过水能力大，施工及焊接较为容易。经综合分析，小河塘1#倒虹吸均采用圆形断面钢管露天铺设。

根据倒虹吸两岸坡地形及地质情况，压力钢管采用斜管布置。为不影响马树河宣泄洪水，并结合两岸群众交通需求，跨河采用钢筋混凝土高支墩渡管。管身具体布置角度及长度见表1：

表1倒虹吸管布置特性表

部位

进口岸坡段

跨河段

出口岸坡段

合计

水平夹角（°）

0.0

32.0

40.0