淺析白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程倒虹吸設(shè)計

李偉

摘要：廣州白云國際機場位于廣州市白云區(qū)和花都區(qū)交界處，由于機場第三跑道建設(shè)征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道，需要對機場周邊的灌溉及排水工程設(shè)施進行改造，灌溉改造線路與機場供油輸送管發(fā)生交叉，灌溉渠道采用倒虹吸方案穿過機場供油輸送管，本文以廣州白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程中右干渠過機場供油輸送管倒虹吸為例，介紹倒虹吸的設(shè)計過程。

關(guān)鍵詞：機場輸油管；倒虹吸；設(shè)計

中圖分類號：TV672.5文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-85-02

前言

當輸水河渠與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其他渠道交叉，且高差較小，建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，應(yīng)修建倒虹吸管從障礙物底部通過。倒虹吸管是長距離輸水工程中通過山谷、河流、洼地、道路或其他渠道的壓力輸水管道，是一種渠道交叉建筑書，是輸水及灌溉渠系工程中的重要建筑物之一。

由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、節(jié)約勞動力及三材、造價低、有的還可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點，因此在我國農(nóng)田水利建設(shè)中修建了大量倒虹吸管，對建設(shè)旱澇保收、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田及供應(yīng)城市工業(yè)和生活用水都起了一定作用。

廣州白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程中對白云區(qū)右干渠進行改道，渠道線路與機場供油輸送管交叉，經(jīng)過方案比選后選用了倒虹吸方案。

1.工程概況

廣州白云國際機場位于廣州市白云區(qū)和花都區(qū)交界處，機場在2010年完成的第三跑道建設(shè)工程主要是在現(xiàn)有機場范圍向東拓展：第三跑道北部邊線與現(xiàn)有機場邊線一致，并向東延伸0.55km左右至花都高溪河附近；第三跑道南部邊線沿現(xiàn)有機場邊線向南延伸1.33km至廣州MPC國際鋼構(gòu)有限公司附近；第三跑道東部邊線向東拓展0.4km左右；第三跑道總占地面積2.35 km²。由于機場東擴建設(shè)而征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道，從而導致原有灌溉及排水體系的變更，為了既保證機場建設(shè)的順利進行，又能保障機場周邊的灌溉及排水安全，需要對機場周邊的灌溉及排水工程設(shè)施進行改造，此范圍內(nèi)涉及的主要水利工程有右干渠、李溪干渠、九支渠、新星分干渠、明星分干渠及南田機場周邊排渠。右干渠自廣州白云國際機場聯(lián)邦快遞項目涉及灌溉系統(tǒng)第一階段白云區(qū)改造工程樁號Y3+910開始改線，沿機場征地邊線向南至人和鎮(zhèn)明星村向西拐彎穿過機場征地內(nèi)的燈光帶后貼機場征地邊線向西行走至廣州MPC國際鋼構(gòu)有限公司附近后連接現(xiàn)有右干渠，最終引水給白云區(qū)。

2.方案比選

根據(jù)《關(guān)于白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程設(shè)計工作有關(guān)問題的復函》的附件中明確油管中心高程為14.56～14.85m（廣州城建高程系統(tǒng)，下同），而該段右干渠設(shè)計渠底高程為15.43m，供油輸送管管徑230mm，壁厚10mm，則該段右干渠渠底高于油管管頂0.455-0.745m，直接在油管上布置右干渠對油管影響很大，考慮機場供油輸送管的重要性，本次設(shè)計考慮以下倒虹吸和渡槽兩個處理方案：

第一個方案：①對油管進行防擾動支護②油管前后范圍開挖（采用鋼板樁支護），并施工頂管工作坑③對油管段進行頂管處理④進行倒虹吸前后段的施工。

第二個方案：①采用混凝土渡槽對油管進行外包保護，并采用預(yù)制樁作為基礎(chǔ)，澆注混凝土梁來架立渡槽②油管處倒虹吸范圍開挖（采用鋼板樁支護）③倒虹吸基礎(chǔ)處理并施工倒虹吸。

頂管沉陷及頂管段基礎(chǔ)未處理可能會使油管產(chǎn)生輕微沉降，但是該方案對現(xiàn)狀擾動影響小，輸油管埋設(shè)在地下，比較安全，保密性高，工程造價較低，經(jīng)過比較分析，采用第一個方案：倒虹吸方案（采用頂管）。

3.倒虹吸的設(shè)計

3.1倒虹吸計算

3.1.1倒虹吸水力計算

3.1.2倒虹吸管淤積計算

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB50288-99），為防止管內(nèi)產(chǎn)生淤積情況，倒虹吸流速宜控制在1.5～2.5 m/s，本次設(shè)計倒虹吸流速為0.83 m/s和1.03 m/s，以后管理過程中會產(chǎn)生淤積情況，建議管理單位購置清淤工具，定期對倒虹吸進行清淤，保證倒虹吸的正常運行。

3.2倒虹吸平面布置及結(jié)構(gòu)型式

倒虹吸管由進口段、管道段及出口段三部分組成，倒虹吸管宜設(shè)在地形、地質(zhì)較好地段，以減少施工難度，本工程現(xiàn)狀基本都是平地，地質(zhì)條件較好，倒虹吸管軸線在平面布置上的投影宜為直線，進口處布置盡量平順，進口段設(shè)計包括漸變段、攔污柵、連接段、沉砂等部分，出口段的布置應(yīng)使出口斷面逐漸擴大，以調(diào)整出口水流的流速分布，減少水頭損失，防止對下游渠道的沖刷。

根據(jù)本工程地形條件、流量大小和水頭高低等情況，在整體布置上，本工程采用地面淺埋式布置型式，本工程倒虹吸管均采用預(yù)制雙筋混凝土倒虹吸管，其平面布置圖見圖1：

倒虹吸管的管道在立面內(nèi)通常是隨地形變化而布置成折線形，本工程基本為平地，因此管道中間部分采用同一高程，進口和出口段轉(zhuǎn)彎處采用鎮(zhèn)墩進行連接，縱剖面見下圖：

倒虹吸管道采用預(yù)制C30雙筋鋼筋混凝土企口管，為加強整體性，采用混凝土進行外包，每隔15m進行分縫，基坑采用鋼板樁進行支護，對倒虹吸進出口段采用長6.0m邊長0.2m預(yù)制混凝土方樁處理。橫斷面圖見下圖

3.3倒虹吸頂管施工設(shè)計

頂管施工就是借助于主頂油缸以及中繼問的頂進力，把工具管或頂管掘進機從工作坑內(nèi)穿過土層一直頂進到接收坑內(nèi)吊起。根據(jù)地質(zhì)條件，本工程主要是砂性土層和粘性土層，采用機械挖掘式頂管法，工作井采用地形連續(xù)墻，為增強工作井支座后背后座力，布置一排灌注樁，直徑1.2m，樁長20m，頂管采用千斤頂頂進，施工完后對頂管段采用回填灌漿處理。

4.結(jié)論

倒虹吸與渡槽相比，有用料少、省勞力、造價低和施工安全方便等優(yōu)點，因此在我國農(nóng)田水利建設(shè)中修建了大量應(yīng)用，但是缺點是水頭損失大，在水頭寶貴的灌區(qū)工程中使用受到一定的限制，如果水力設(shè)計不合理，倒虹吸管可能淤積嚴重，給運行管理單位的后期管理帶來很大難度，如果倒虹吸結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降較大，管道或者接縫處會產(chǎn)生裂縫而產(chǎn)生較大的滲漏，對倒虹吸管安全運行造成很大威脅，因此設(shè)計人員在倒虹吸的設(shè)計過程中應(yīng)謹慎處理，應(yīng)便倒虹吸發(fā)揮更大的工程效益和社會效益。