倒虹吸管的分類與管材選擇

李福貴，劉 佳

(1. 呼瑪縣水務(wù)局，黑龍江 呼瑪165100;2. 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 倒虹吸管及其適用條件

1.1 概念

倒虹吸管是鋪設(shè)在地面或地下用以輸送渠道水流穿過(guò)河渠、溪谷、洼地、道路以下凹式壓力管道。在我國(guó)南方，它是一種常用的交叉建筑物。

1.2 適用條件

渠道穿越山谷等障礙物或其它渠道時(shí)，可用倒虹吸管、渡槽、填方渠道下的涵洞等交叉建筑物。這些建筑物各有其適用條件，選用時(shí)必須因地制宜，全面考慮。一般在以下情況可考慮采用倒虹吸管。

當(dāng)輸水渠道與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其它渠道交叉，高差很小，只有3 ～5 m，做渡槽或填方渠道及涵洞均不能滿足洪水宣泄、或有礙船只、車輛通行時(shí)，應(yīng)修建倒虹吸管從障礙物底部通過(guò)。

據(jù)湖南和貴州省的調(diào)查，倒虹吸管與20 ～30 m高的渡槽比，有用料少、省勞力、造價(jià)低、施工安全方便、不影響河道洪水宣泄等優(yōu)點(diǎn)( 倒虹吸管的工程量?jī)H為渡槽的30%、勞動(dòng)力相當(dāng)于40%、造價(jià)相當(dāng)于50%) 。所以，當(dāng)山谷、河流很深且寬，谷深超過(guò)30 m，修建渡槽支墩高，要高空作業(yè)，施工吊裝困難且造價(jià)高;如做填方渠下涵洞，土方工程大，排水涵洞又長(zhǎng)，需勞動(dòng)力太多時(shí)，可采用倒虹吸管。

由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、勞動(dòng)力及三材、造價(jià)低、可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，多年以來(lái)，在我國(guó)南方農(nóng)田水利工程中，修建了大量倒虹吸管，對(duì)建設(shè)旱澇保收、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田起了一定作用。在山區(qū)，由于水頭充裕，倒虹吸管特別受歡迎。湖南省芷江縣梨溪口水庫(kù)灌區(qū)的交叉建筑物中，倒虹吸管占30%。在水量充裕的地方，還可利用倒虹吸管跌差修建小型水電站，發(fā)揮綜合利用效益。如貴州省在五里橋倒虹吸管修建了一座80kw 的小水電站。

倒虹吸管的缺點(diǎn)是水頭損失大。在水頭寶貴的灌區(qū)工程中，它的使用受到一定的限制。此外，通航渠道上亦不能采用倒虹吸管。由于承受高壓水頭，倒虹吸管在運(yùn)用和管理方面亦不及渡槽等建筑物方便。

2 倒虹吸管的分類和造型

倒虹吸管按斷面形狀分，有圓形、箱形、拱形幾種; 按建筑材料分，有木質(zhì)、石質(zhì)、陶瓷、素混凝土、竹筋混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、鑄造鐵和鋼材等多種。選擇有什么斷面型式和材料，要根據(jù)地形地質(zhì)情況、管道流量大小、壓力水頭高低、建筑材料來(lái)源、施工設(shè)備能力、交通條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)考慮。其中流量大小和水頭高低是決定的主要因素。

2.1 倒虹吸管的斷面形式

2.1.1 圓形管道

圓形管道濕周小，與同樣大小過(guò)水面積的箱形、拱形管道比，水力摩阻小，水流條件好，過(guò)水能力最大。圓形管管壁所受的內(nèi)水壓力均勻，且具有拱的作用，抵抗外部荷載性能好，與通過(guò)同樣流量的箱形鋼筋混凝土管道比，可節(jié)約10%～15%鋼材。圓管能承受高水頭壓力，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓管、小流量鋼箍木質(zhì)圓管和圓形鋼管都可承受150 ～200 m的水頭。圓管施工方便，且適宜于在工廠內(nèi)成批生產(chǎn)，質(zhì)量較易掌握。因此，圓管是各種管道中應(yīng)用最多的一種，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有倒虹吸管大都采用圓形斷面。

2.1.2 箱形管道

箱形管道有矩形和正方形兩種，可做成單孔或多孔，其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單。大斷面的鋼筋混凝土箱形管在現(xiàn)場(chǎng)立模澆制，比大直徑圓管方便，雖其受力性能不及圓管，三材用量比圓管略多，但對(duì)于大流量、低水頭的倒虹吸管道，采用箱形斷面還是經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)用較多的。多孔箱形管有利于調(diào)節(jié)水量、檢修和防淤。箱形管在我國(guó)黃河、長(zhǎng)江下游、淮河、海河、珠江三角洲及其他平原地區(qū)的低水頭大流量倒虹吸管中應(yīng)用較多。如山東省的黃莊穿涵，壓力水頭6 m，通過(guò) 流量238 m3/s，共分7 孔，每孔為4 m、4.2 m的矩形斷面同。

小型箱形管道常由磚石砌的側(cè)墻和底板與條石或鋼筋混凝土的蓋板構(gòu)成，僅適用于2 ～3 m以下水頭的小流量倒虹吸管。

2.1.3 直墻連結(jié)的正反拱形管道

這是從箱形管改革而成的管型，它的過(guò)水能力較箱形管大。由于頂板和底板做成正、反拱形，它更能適應(yīng)平原河網(wǎng)地區(qū)的低水頭、大流量和外水壓力大、地基軟弱的條件。江蘇宜陵地涵即采用此種型式。

3 倒虹吸管的材料選擇

倒虹吸管的建筑材料，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣泛的為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土和鋼板3 種。國(guó)內(nèi)中小型工程也有用素混凝土和鋼絲網(wǎng)水泥的。至于竹筋混凝土、鑄鐵、木質(zhì)、石質(zhì)及陶瓷的，已很少采用。

3.1 鋼筋混凝土管

這種管具有耐久、價(jià)廉、變形小、節(jié)約金屬材料、制造簡(jiǎn)便、糙率變化小，抗震性好等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外廣泛用水輸水、輸油。其缺點(diǎn)是管壁厚、自重大、鋼筋不能充分發(fā)揮作用，抗裂性能較差等。

3.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

這種管除具有鋼筋混凝土管的優(yōu)點(diǎn)外，其抗裂、抗?jié)B和抗縱向彎曲的性能( 有縱向預(yù)應(yīng)力筋時(shí)) 都比鋼筋混凝土管強(qiáng)。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管由于充分利用高強(qiáng)度鋼筋，能節(jié)約大量鋼材，又能承受高水頭壓力。在同管徑、同水頭壓力條件下，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土教官 的金屬用量?jī)H為金屬管的10% ～40%，為鋼筋混凝土管低。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管重量輕，吊運(yùn)和施工安裝方便，比鋼筋混凝土管節(jié)省勞力約20%。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管不易銹蝕，使用壽命長(zhǎng)。埋在地下的預(yù)制管( 預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力的) 可使用80a 以上。另外，它還具有很好的抗震性能。

3.3 鋼管

鋼管由鋼板焊接而成。因?yàn)樗哂泻芨叩膹?qiáng)度和不透水性，所以可用于任何水頭和較大的管徑。陜西省寶雞峽引渭灌溉工程的偉水倒虹吸管，鋼管段直徑2.9 m，是我國(guó)直徑較大的鋼制倒虹吸管，糙率小，水頭損失小。鋼管的缺點(diǎn)是剛度較小，常由于主管的環(huán)向變形使伸縮節(jié)內(nèi)填料擠壓不密實(shí)而在接頭漏水。鋼管的制造技術(shù)要求較高，要有熟練的電焊工人，且防銹與維護(hù)費(fèi)用高，耐久性也不及鋼筋混凝土管。故對(duì)高水頭倒虹吸管，應(yīng)首先考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。

其它諸如素混凝土管、鋼絲網(wǎng)水泥管等就不一一贅述了。

總之，不同斷面、不同材料的倒虹吸管，各有其特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)選型是，要本著因地制宜、因材設(shè)計(jì)的原則全面考慮。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)倒虹吸管運(yùn)行實(shí)踐資料、管道受力情況及工程投資情況，各主要管型的使用范圍可用工作水頭和管內(nèi)徑的乘積HDB來(lái)表示;HDB≤25 可采用素混凝土管; HDB=40 ～50 可采用鋼絲網(wǎng)水泥管;HDB=20 ～120( 或150) ，視施工水平可采用鋼筋混凝土管;HDB=100 ～300 可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管;HDB≥200 可采用鋼管。

［1］余際可，魏璟，羅尚生，鄧綏宇. 倒虹吸管［M］. 北京: 水利電力出版社，1983.