淺談鐵門代水庫除險加固工程中虹吸式放水涵管技術研究分析

【摘要】本文以鐵門代水庫除險加固工程中應用虹吸式放水涵管為例，對施工中重點作出了分析，希望能為同類工程壩下涵管改造提供成功的經驗。

【關鍵詞】鐵門代水庫 虹吸式 放水涵管 除險加固

前言

徐聞縣的小型水庫，大多建于上世紀的五、六十年代，放水涵管有的采用瓦管連接，外包水泥石灰砂漿，有的為漿砌石拱涵或砼圓涵；放水涵管的斷面小，難以進入檢查維修。不少涵管及其進水口建筑物出現漏水問題，經反復維修，都有不能徹底解決問題，導致水庫不能正常蓄水運用，大大降低了效益。近年來，我們結合工程實際，在多宗小型水庫除險加固工程中運用了虹吸式放水涵管的方案，下面就鐵門代水庫放水涵管更新改造實踐介紹該技術的應用情況。

1 工程概況

鐵門代水庫位于廣東省徐聞縣龍塘鎮西南部，座落于黃定河下游，距離龍塘鎮鎮約6公里，距離徐聞縣城約22公里。鐵門代水庫樞紐工程于1957年10月動工興建，1959年11月水庫基本建成，同年12月全面發揮效益。鐵門代水庫是一宗以灌溉為主，兼顧防洪、養殖及多種經營等綜合利用的小（一）型水庫。水庫設計灌溉面積0.21萬畝，現實際僅灌0.15萬畝。由于年久失修， 涵管多處開裂， 不僅影響工程效益， 而且危及大壩安全。經多方案比較后，設計選用虹吸式放水涵管代替埋在壩內涵管對水庫放水。

2 虹吸式放水涵管設計

2. 1 虹吸式放水涵管工作原理

虹吸式放水涵管工作時， 必須先排除管內空氣，使管內形成真空， 涵管起虹吸作用， 使水庫的水從涵管進口上升到涵管的頂部， 從而源源不斷向下游涵管出口流出。

2. 2 虹吸式放水涵管設計

虹吸式放水涵管設計的主要任務是計算虹吸式放水涵管的過水流量和校核虹吸式放水涵管頂部最大真空度。鐵門代水庫虹吸式放水涵管總長58m， 內徑30cm，采用6mm厚的A3 鋼板焊制而成。其中上游段長16cm，下游段長25m，貫穿上部壩體的駝峰段長17m，駝峰段為水平段。

2.3 虹吸式放水涵管的布置

鐵門代水庫虹吸式放水涵管主要包括鋼管、進口底閥、進出水池、充水管、排氣管、放水閘閥及鎮墩、支墩等，進水口高程為48.3m， 較水庫原死水位低0.7m， 充水管徑 Φ60， 排氣管徑Φ40， 兩者均設于駝峰段上游一側，兩管管頂高程56.25m， 較正常高水位高0.75m；出水口高程為46.3m，較引水渠渠底低0.2m，放水閘閥設于壩后平段，以利操作；吸水鋼管上游段設一法蘭，以便進水底閥拆卸維修，下游段兩鎮墩之間亦設一法蘭，作伸縮節使用；放水閘閥附近幾米鋼管不固封，以便閘閥能夠拆卸維修；駝峰段鋼管中心高程55.50m，較原水庫死水位高6.5m，并與水庫正常高水位持平，破壩最大深度2.8m。

2.4水力計算

（1）流量計算

虹吸式放水涵管為淹沒出流，采用有壓管（短管）計算公式：

在上式中，W為鋼管截面，H 為上下游水位差，U為流量系數， 為虹吸管沿程水頭損失系數，L為管長，d為管徑， 為虹吸管局部水頭損失系數總和。根據鐵門代水庫虹吸管徑D=0.3M，管長 L=0.3m，水庫處于死水位時虹吸管上下游水位差H=2.2m，查算虹吸管的沿程和局部水頭損失系數，計算得水庫處于死水位時虹吸式放水涵管放水流量為0.4m3/s，滿足要求放水流量大于0.11m3/s的要求。

（2） 虹吸式放水涵管頂部最大真空度校核

虹吸式放水涵管最大真空發生在管頂最高管段內， 最低壓強在管段末端的彎頭斷面， 包括彎頭水頭損失， 而在下游管段部位能轉為壓能， 壓強沿程增加， 所以最大真空度核算斷面選在鐵門代水庫虹吸式放水涵管。

虹吸式放水涵管頂部的理論最大真空值等于1個標準大氣壓，即10 m 水柱高度， 實際上， 虹吸式放水涵管頂部無法達到這種完全真空狀態， 當虹吸式放水涵管的壓強接近該溫度下的汽化壓強時， 液體就會產生汽化， 破壞水的連續性， 因此虹吸式放水涵管頂部最大真空值不能超過當地大氣壓與水飽和蒸汽壓強之差， 水在標準大氣壓下， 不同溫度下蒸汽壓強值在0.06-4.98 m 水柱高度，而縣最高氣溫為 40。C； 其次考慮一定安全值1m水柱高度左右， 所以鐵門代水庫虹吸式放水涵管的真空值采用8m水柱高度。

3 優越性評價

（1）避免了涵管漏水隱患，提高了安全性由于虹吸式放水涵管要求具有較高的氣密性，一旦涵管漏水，管內真空現象即被破壞，涵管將不能正常工作，故無論涵管正常運行與否，均不會導致出現涵管漏水危及大壩安全的隱患。另外，由于駝峰段安裝高程較高穿壩涵管處水壓較小，出現填土與管壁接觸面漏水的機會較低，故虹吸式放水涵管與傳統的壩底埋涵相比，避免了底涵的漏水隱患，提高了土壩與涵管運行的安全性能。

（2）運行管理方便

由于虹吸式放水涵管除駝峰段外均沿壩面架設，放水閘閥設在背水坡腳操作方便，進水底閥可在上游管道法蘭處拆卸維修，故具有操作簡單、運行觀測容易，維護檢修方便等優點。鐵門代水庫虹吸式放水涵管于2000 年4月建成，經過兩年的運行考驗，工程運行狀況良好，相隔一個月放水，只需在充水管處加水10kg 即可正常運行。

（3）縮短工期

由于虹吸式放水涵管可在工廠卷制好再運至現場拼裝，因而具有結構簡單、施工方便、節約工期的優點。據統計，合門水庫虹吸式放水涵管現場施工工期僅為20d；比傳統的破壩重建底涵可節省工期2/3。

4 個人經驗

（ 1） 在滿足最大真空度的前提下， 充分利用庫容， 盡可能降低進水口高程。

（ 2） 為延長管道的壽命， 減少管道漏氣， 除埋壩管段做好防腐外， 其余管道均安裝距壩坡面30 cm左右， 并進行防腐處理；

（ 3） 為避免上游進水口底閥被垃圾卡住， 進水口設置進水池及攔污設施；

（ 4） 為減少充水時間及勞動強度， 配備移動式抽水設備用于充水， 通電的水庫配備一套單相抽水泵， 沒有通電的水庫可配備一套農用柴油抽水機；

（ 5） 為減少管道漏氣， 全部管道最好采用無縫鋼管；

（ 6） 虹吸式放水涵管安裝連接要密封， 確保管道不漏氣、不漏水， 特別是在鋼管連接以及閥門安裝等環節時應注意施工質量；

（ 7） 為了充分發揮水庫效益， 在設計及施工時， 應注意虹吸式放水涵管進口安裝高程及埋壩段安裝高程方案比選。

5 結語

鐵門代水庫放水涵管改建竣工后運用至今 2 年多，工況正常，工程效果良好，達到設計要求。該水庫虹吸式放水涵管的運用實踐證明：虹吸式放水涵管具有施工容易，工期短，便于渡汛；節省投資，操作、維護和運行管理方便；改變傳統的底涵取水方式為虹吸管放水，較好地解決了壩內涵管普遍存在的滲漏問題。該技術值得在小型水庫放水涵管更新改造中推廣應用。

參考文獻

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