倒虹吸技術在水利工程中的運用分析

董鈺國

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司， 甘肅 蘭州 730000）

在現代化建設事業中，工程建設是極為重要的，發揮著關鍵性作用。在經濟發展水平下，工程建設項目數量愈發增多，對于水利工程建設，倒虹吸是極為關鍵的。渠道和道路較為接近，當為平面交叉情況，應在倒虹吸建筑下，確保水可以從路面通過。在一般情況下，倒虹吸是以豎井式設計為主，對泥沙具有清除作用。另外，倒虹吸分為圓形與箱型兩種方式，在物理原理作用下，確保水往高處走。基于倒虹吸技術來講，要想在真正意義上保證倒虹吸技術在水利工程中發揮應有作用，應設置進口段、管身段和出口段。倒虹吸和虹吸管具有相似之處，從立面角度講，呈現出弓形，與其不同的則為弓彎向下。從輸水原理角度講，倒虹吸與虹吸管相同，都是利用上下游水位差，但倒虹吸在工作過程中，不需要人為對管中的真空進行制造，因而利用具有普及性。

1 工程概述

某水利工程項目，在南水北調中線工程周口境內，工程項目主要是由渠道倒虹吸和退水閘以及節制閘構成，其中混凝土施工占據一定地位。文章結合工程具體情況，指出了倒虹吸在水利工程當中的運用。

2 倒虹吸概述

2.1 倒虹吸構造

對于倒虹吸管而言，主要分三部分內容，分別是進口段、出口段和段身三部分內容。

2.2 進口段

在進口段中，包含了漸變段、沉砂池和閘門等內容，啟閉設施、連接段和進水口也是組成內容。基于漸變段，發揮著重要組作用，連接了渠道和倒虹吸管進口沉砂池間的過渡段，一般以扭曲面為主，具有較小的水頭損失。而沉砂池，最為主要的優勢在于會攔截并沉淀渠道來水攜帶的大粒徑砂石雜物，避免進入到管內磨損管道，避免管道出現淤積[1]。閘門主要為了滿足臨時停水和清淤等需求。虹吸管進口應設置閘門，一般是以平板閘門或是疊梁式閘門為主。攔污柵，要想在真正意義上避免漂浮物進入到倒虹吸管中，應將攔污柵設置在閘門前，柵面和水平夾角應為 75。，便于提高過水斷面，降低流速與水頭損失，也利于清污。工作橋，對于工作橋主要是在啟閉閘門與清理攔污柵中進行利用。橋橫斷面一般是以T形為主。連接段，是在閘門之后設置，虹吸管進口前的靜水池段，主要是兩側側墻與下游側擋水胸墻構成的。從結構形式角度講，分為消力池式和斜坡式。進水口，最為主要的作用是降低水頭損失，虹吸管進水口形狀為喇叭狀。喇叭形始末斷面直徑應在1.4，喇叭口長度應為管道內徑的1倍。

2.3 出口段

在出口段中，虹吸管具體分為以下幾點內容，分別是出口閘門、消力池和出水口等相關內容。出水口，主要是出口擋水胸墻內進行設置的，不管是形式選擇，或是布置要求和進水口大概一致。但由于出水口外形，對水頭不會產生損失，要想利于施工，可以將管道放入到出口胸墻中。出口閘門，針對雙管，或是多管倒虹吸，要想利于管理運用，經常在出口將閘門進行設置，而虹吸管進、出口具備著較大的水位差[1]。基于這樣的情況，應設置出口閘門，利于閘門開度對上游水位進行調節，確保不同流量時，管進口為淹沒狀態。消力池，對流速分布進行調整，確保水流可以進入到下游渠道中，防止出現沖刷，一般都是在出口閘門設置消力池。如果水流流速很小，將不需要消能。出口漸變，出口漸變一般以扭曲面形式為主。

2.4 管身段

在管身段中，主要以以下幾點內容為主，分別是管壁厚度、泄水孔和接縫等內容。管壁厚度，應依據管徑與工作水頭大小情況，初擬尺寸時，可以對已建工程經驗進行參考，或是利用近似法，依據荷載，在結構計算下，進行修正和校核，并進行抗裂計算。管身分縫和接縫，主要分為兩種方法，一種是現澆管，另一種則是預制管方法。管身支承，鋼筋混凝土圓管，或是箱形管和地基連接部件，則為管身支承，支承形式和土石壩下埋管極為相似。泄水，基于高水頭倒虹吸管，主要是為了滿足檢修和清淤等需求。

3 倒虹吸施工管理優勢作用

第一，在實際施工中，倒虹吸技術包含較多方面，具體為深基坑開挖施工，或是金屬結構安裝施工和混凝土澆筑施工等。在施工項目中，倒虹吸技術管理時，應對施工進行全面了解，并將施工設備準備工作落到實處[2]。第二，施工管理環境具有復雜性。基于倒虹吸施工，在地形地貌上極為復雜，由于施工項目是交叉作業的，出現安全事故的幾率較大。而倒虹吸施工管理中，應考察施工環境，確保安全系數的提升。第三，針對倒虹吸施工管理，應進行全程控制。要想在真正意義上確保倒虹吸安全質量，有效控制全過程施工，這樣才能提高倒虹吸施工安全性能，確保各個環節在安全標準中，還能保證倒虹吸建設具有良好效果，并達到相關要求標準。

4 倒虹吸管設計

在倒虹吸管設計當中，包含了管路與進出口設置，還包含水力計算與結構設計。對于倒虹吸管檢修具有一定的困難性，在實際設計當中，應給檢修創造出便利條件。針對倒虹吸管構造的認識，明確構造是極為復雜的，要想在真正意義上在水利工程中發揮應有作用，和工程具體情況結合開來，并進行優化設計。

4.1 管路布置特征形式

依據相關資料和以往倒虹吸利用情況，倒虹吸管設置過程中，給予布設管路一定的關注。管路在實際設計時，應考慮管路埋設情況，并考慮高差大小[3]。在正常情況下，從布置形式角度講，依據管路埋設情況，倒虹吸管主要以四種布置形式為主，一種是豎井式，另一種則是斜管式，第三種是曲線式，最后一種則為橋式。第一，豎井式。對于豎井一般都是在內壓水頭低，流量小，穿越道路的倒虹吸中利用。這種倒虹吸管從結構上看，極為簡單，并且管路較短，但流水條件較差，大多數都是在規模很小的倒虹吸管中利用。第二，斜管式。斜管式都是在內水頭小，穿越渠道倒虹吸中利用。在河流主槽底部，將水平管段設置其中，兩端利用斜管段和進、出口相連，具有較好的水流條件，同時構造極為簡單，并且施工便利，在工程中具有有效的利用。第三，曲線式。如果河谷較寬，岸坡較緩，地形具有復雜性，倒虹吸管可以和地形同步敷設為曲線形。曲線倒虹吸管具有較小的開挖量，施工較為方便，同時水流條件較好。受溫度影響，或是地基沉陷，會導致管身裂縫，出現泄漏的情況，對工程安全造成不良影響。第四，橋式。如果渠道通過窄深式河谷過程中，要想減少管道內壓水頭，降低水頭損失，減少管長與施工難度，以深槽部位建橋，在橋面上將管道敷設其中，或是支撐在橋墩上。另外，在山坡轉彎處，管道應設鎮墩，將虹吸管放水孔設置在鎮墩上，兼作維修，利于檢查維修。

4.2 進出口漸變段設計

對于漸變段會消耗較多的水頭，管身允許消耗的水較少，造成管身斷面將不斷加大，建筑物投資具有一定的難度性。基于這樣的情況，不斷優化進出口漸變段。漸變段長度不能太長，如果漸變段長度為固定值時，增加漸變段長度，對減少水頭損失作用很小[3]。另外，漸變段底坡不能特別大，假如漸變段進出口底部高程較大，漸變段長度可以增加，降低底坡漸變段，降低水頭損失。

4.3 管身形式和閘墩設計管身形式

對于圓管施工具有復雜性，不能進行現澆制模，會導致管座工程量的增加，以矩形孔口多孔一聯方式。這種形式施工具有便利性，并且不用進行特殊化處理。墩頭形式，對水頭損失會造成影響。閘門在全開狀態時，流線形墩頭水頭將會出現較大的損失，但和半圓形墩頭相比，損失略小一些。但閘門沒有完全開啟時，流線形墩頭在進出口水流具有較大的影響，會增加一定的損失。

5 倒虹吸施工技術

5.1 倒虹吸基礎開挖工作

作為測量人員在開挖施工前，將測量工作做好，明確基礎開挖位置，并確定開挖線。在這樣的基礎上，將施工區域當中的清理工作落到實處，例如清除區域當中的雜物和樹葉等等。另外，在機械作用下，進行基礎土石方開挖工作。基于堅硬巖石層，利用人工大眼放炮的方式。在挖機配合清渣的作用下，可以提升施工效率，提高施工效果[4]。如果倒虹吸開挖施工與圖紙規定基底標高相吻合，應關注基礎承載力。而假如基礎和規定要求不一致，應依據具體情況，利用相關處理對策。

5.2 倒虹吸模板施工

在倒虹吸施工中，模板不僅是重要設施，并發揮著極為有利的作用，對倒虹吸施工建設具有一定的現實作用。模板在一般情況下，主要以鋼模形式為主，鋼模應確保表面憑證。倒虹吸施工模板在尺寸上應保證規范性，接縫極為緊密，這樣才能確保施工時不會出現漏漿的情況。固定模板以后，可以利用鋼管起到支撐作用。模板在進行安裝或是拆卸時，都是在人工作用下完成的，因此在具體施工中，需要很多工作人員參與其中。

5.3 倒虹吸管道安制工序

在生產壓力鋼管時，委托倒虹吸是公共要求，確保施工壓力鋼管和施工規范相吻合。壓力鋼管在生產過程中，將材料選擇落到實處，保證安裝材料質量。針對鋼管制作或是安裝，利用的施工材料都是在監理工程師許可下進行的。而焊接材料在壓力鋼管中也是極為關鍵的材料，保證焊接方法與母材材質相吻合。壓力鋼管在實際安裝過程中，將鋼管運輸施工工作落到實處，保證鋼管可以及時的融入到安裝施工中[5]。另外，鋼管安裝定位方案設計工作做好，給予壓力鋼管安裝施工一定的指導，將鋼管安裝調整工作做好。在具體施工中，假如鋼管安裝和圖紙設計存在偏差情況，則應進行調整。例如龍陵縣飲水工程中，為了防止管道小流量，水力脈動出現紊流振動，在3號鎮將突殼消力腔進行設置，目的是為了對管道運行狀況進行改善。為了給予消力腔利用一定的配合，倒虹吸進水口以豎井進水型式進水為主。

5.4 倒虹吸混凝土澆筑施工

在倒虹吸施工中，混凝土澆筑施工是極為關鍵的，發揮著重要作用，對倒虹吸建設具有一定意義。混凝土澆筑施工過程中，確保混凝土攪拌制作具有集中性，關注混凝土坍塌度，并給予均勻性一定的重視。在進行澆筑時，關注振搗工作，這樣才能提升混凝土澆筑施工質量[6]。另外，混凝土澆筑施工前，基于模板和支架，應進行檢查，保證施工設備好設計要求相吻合。

6 結束語

綜上所述，對于倒虹吸是渠道交叉建筑物，具備一定的優勢作用，例如造價低，并且工程量較少，施工具有便利性，不會對河道供水宣泄造成影響。在引調水工程中具有有效利用，還可以優化配置水資源，對生態環境起到了改善作用，能夠在真正意義上提升群眾生活水平，增強國力，具有一定的現實意義。