淺析白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統改造工程倒虹吸設計

李偉

摘要：廣州白云國際機場位于廣州市白云區和花都區交界處，由于機場第三跑道建設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施進行改造，灌溉改造線路與機場供油輸送管發生交叉，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，介紹倒虹吸的設計過程。

關鍵詞：機場輸油管；倒虹吸；設計

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、節約勞動力及三材、造價低、有的還可以工廠化生產等優點，因此在我國農田水利建設中修建了大量倒虹吸管，對建設旱澇保收、高產穩產農田及供應城市工業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改造工程中對白云區右干渠進行改道，渠道線路與機場供油輸送管交叉，經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和花都區交界處，機場在2010年完成的第三跑道建設工程主要是在現有機場范圍向東拓展：第三跑道北部邊線與現有機場邊線一致，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有機場邊線向南延伸1.33km至廣州MPC國際鋼構有限公司附近；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施進行改造，此范圍內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邦快遞項目涉及灌溉系統第一階段白云區改造工程樁號Y3+910開始改線，沿機場征地邊線向南至人和鎮明星村向西拐彎穿過機場征地內的燈光帶后貼機場征地邊線向西行走至廣州MPC國際鋼構有限公司附近后連接現有右干渠，最終引水給白云區。

2.方案比選

根據《關于白云國際機場第三跑道涉及灌溉系統改造工程設計工作有關問題的復函》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，下同），而該段右干渠設計渠底高程為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，并采用預制樁作為基礎，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倒虹吸基礎處理并施工倒虹吸。

頂管沉陷及頂管段基礎未處理可能會使油管產生輕微沉降，但是該方案對現狀擾動影響小，輸油管埋設在地下，比較安全，保密性高，工程造價較低，經過比較分析，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《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99），為防止管內產生淤積情況，倒虹吸流速宜控制在1.5～2.5 m/s，本次設計倒虹吸流速為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構型式

倒虹吸管由進口段、管道段及出口段三部分組成，倒虹吸管宜設在地形、地質較好地段，以減少施工難度，本工程現狀基本都是平地，地質條件較好，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，進口段設計包括漸變段、攔污柵、連接段、沉砂等部分，出口段的布置應使出口斷面逐漸擴大，以調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，進口和出口段轉彎處采用鎮墩進行連接，縱剖面見下圖：

倒虹吸管道采用預制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穿過土層一直頂進到接收坑內吊起。根據地質條件，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點，因此在我國農田水利建設中修建了大量應用，但是缺點是水頭損失大，在水頭寶貴的灌區工程中使用受到一定的限制，如果水力設計不合理，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，如果倒虹吸結構設計不合理，基礎產生不均勻沉降較大，管道或者接縫處會產生裂縫而產生較大的滲漏，對倒虹吸管安全運行造成很大威脅，因此設計人員在倒虹吸的設計過程中應謹慎處理，應便倒虹吸發揮更大的工程效益和社會效益。