夾巖水利樞紐及黔西北供水工程金遵干渠偏巖河倒虹管設(shè)計優(yōu)化

陳學(xué)義+李帥+聶乾+楊訓(xùn)

摘 要：在水利水電工程設(shè)計時，常會遇到河道、鐵路等障礙物，需要對管道施工方案進(jìn)行優(yōu)化，一般采取從障礙物下面繞過的方式進(jìn)行處理。根據(jù)金遵干渠管線走向，對干渠倒虹管布置方案進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)工程特點(diǎn)，設(shè)計對偏巖河倒虹管跨河方案進(jìn)行了優(yōu)化比選，并對管徑進(jìn)行了分析確定。設(shè)計推薦終采用埋管穿越偏巖河段，管徑確定為DN1200，為工程施工建設(shè)提供了重要技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：倒虹管；埋管；跨河

1 工程概況

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程位于貴州省畢節(jié)市及遵義市境內(nèi)。灌區(qū)骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠，以及灌區(qū)骨干泵站等組成。金遵干渠途經(jīng)溝（河）谷、低凹地帶，受地形地質(zhì)條件限制及布置渠道存在繞線不經(jīng)濟(jì)時，布置倒虹管9座（張家屋基、雷打壩、龍窩寨、偏巖河、華家溝、銀門、馬沙河、核桃灣和馬場壩），總長17.265km。倒虹管設(shè)計流量2.41-8.0m3/s，長度0.204-4.882km，賴關(guān)至大土間采用雙管布置，大土到彭古臺間采用單管布置，管徑1.2-1.6m，管材分別采用夾砂玻璃鋼管和球墨鑄鐵管。

2 金遵干渠倒虹管管道布置

金遵干渠在賴關(guān)至大土間倒虹管布置為雙管，大土至彭古臺間布置為單管布置，其建筑物級別均為4級。

倒虹管雙管布置中，考慮進(jìn)口中間閘墩最小厚度取1.2m，加上管道進(jìn)口喇叭口曲線的尺寸控制，管道間凈距取1.5m。

管道敷設(shè)分別采取地埋和明敷，夾砂玻璃鋼管一律采取地埋，平緩地帶采用開挖料（土料為主）回填，陡坡段采用外包混凝土回填；球墨鑄鐵管盡量采取明敷，當(dāng)管道沿線經(jīng)過工礦區(qū)、人口稠密地帶時為減小人為損壞機(jī)率，管道經(jīng)過水田、河道及將管道置于松軟耕作層以下時采取地埋[1]。

管道都在最低處結(jié)合鎮(zhèn)墩布置進(jìn)人孔（DN800）和放水沖砂管（DN400）以便于運(yùn)行檢修，在管道凸起處設(shè)置自動排氣閥，排出空氣避免其阻水。

地埋玻璃鋼夾砂管和球墨鑄鐵管采用細(xì)砂墊層弧形管座，管底厚度0.15m，包角120°；明敷球墨鑄鐵管采用C15混凝土弧形管座，管底厚度0.3m，包角120°，管座與管道的接觸面上鋪設(shè)瀝青油氈。

3 偏巖河倒虹管跨河方案優(yōu)化比選與管徑選擇

3.1 倒虹管跨河方案優(yōu)化必選

倒虹管在樁號PYH1+705-1+890段橫穿偏巖河，河床寬70.8m，高程861m；河床第四系砂卵石層厚0-2m，中部出露J2s2灰色中厚層長石石英砂巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚8.0m。為穿越河流，現(xiàn)擬定采取埋管與管橋兩方案進(jìn)行比較如下：

埋管方案（推薦方案）：倒虹管地埋敷設(shè)于河床底部，管周采用C20混凝土包裹，底部及兩側(cè)厚0.6m，頂部厚0.6m，河床段埋管段長92m；在樁號PYH1+887處設(shè)DN400排水管，后接排水閥井和排水井。

管橋方案（比較方案）：跨河段架設(shè)管橋，校核洪水位870.45m（P=5%），相應(yīng)橋底高程置于高程871.70m，水面凈空高度1.25m；橋長176m，橋?qū)?.2m，型式為簡支梁式，分為15跨，單跨12m；下部支撐結(jié)構(gòu)設(shè)14排單排架，排架高9-12m，單側(cè)立柱截面尺寸0.8×1.0m，橫梁間距2.5m，斷面尺寸0.3×0.5m；排架基礎(chǔ)置于強(qiáng)風(fēng)化層上部，為板式基礎(chǔ)，與排架整體結(jié)合，基底寬3m，長4.8m，厚1.0m。

管橋方案高于河床利于排水，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工困難，經(jīng)概算，直接投資225.3萬元；埋管方案管道低于河床不利排水[2]，其結(jié)構(gòu)布置簡單，直接投資較小為152.7萬元。埋管方案優(yōu)于管橋方案，節(jié)省投資72.6萬元，為此，倒虹管穿越偏巖河段推薦埋管方案。

3.2 倒虹管管徑選擇

偏巖河倒虹管上游設(shè)有大土陡渠，陡渠首端底板高程1155.536m，偏巖河倒虹管末端底板高程1065.798m，兩斷面間余有水頭89.737m，一部分水頭由倒虹管工作中損耗，剩余水頭由陡渠消耗。管徑選擇時，考慮倒虹管盡量多利用水頭縮小管徑，以節(jié)省投資。現(xiàn)結(jié)合區(qū)域地形條件，將倒虹管和陡渠組合布置，選取管徑DN1000、DN1100、DN1200、DN1400等4種，選擇管徑比較如下：

當(dāng)選取DN1000時：管內(nèi)流速4.09m/s，倒虹管水損101.35m，陡渠末端（倒虹管進(jìn)口）需控制在高程1167.15m左右，高于大土陡渠首端高程，水力條件不滿足布置要求，不可選取。

當(dāng)選取DN1100時：管內(nèi)流速3.38m/s，倒虹管水損64.28m，陡渠末端（倒虹管進(jìn)口）需控制在高程1130.08m左右，具備水力條件，但在1130m高程難以選擇平坡段布置陡渠消力池及整流段，不予選取。

當(dāng)選取DN1200時：管內(nèi)流速2.918m/s，倒虹管水損46.666m，陡渠末端（倒虹管進(jìn)口）需控制在高程1112.464m左右；具備水力條件，地形上有條件布置陡渠消力池，消力池之后可布置77m長渠道平穩(wěn)水流，推薦選取。

當(dāng)選取DN1400時：管內(nèi)流速2.09m/s，倒虹管水損23.79m，陡渠末端（倒虹管進(jìn)口）需控制在高程1089.59m左右；具備水力條件，地形有利陡渠消力池布置，消力池之后可布置210m長渠道平穩(wěn)水流，但因倒虹管管徑較大、費(fèi)用較高，不予選取。經(jīng)比較，偏巖河倒虹管管徑推薦選取DN1200。

4 偏巖河倒虹管結(jié)構(gòu)設(shè)計

偏巖河倒虹管，進(jìn)口接上游渠道（樁號金遵20+485），橫跨偏巖河，出口巖孔支渠分水，接下游渠道（樁號金遵25+142），總跨度4657m，單根管長4861m，最大設(shè)計水頭232m，設(shè)計流量3.3m3/s，加大流量3.593m3/s，單管布置，球墨鑄鐵管，管徑1.2m，設(shè)計流速2.918m/s，糙率0.012，水頭損失46.666m。共設(shè)120個鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩長2.141-5.11m，寬2.4m，高3.0～3.3m，鎮(zhèn)墩材料為C25鋼筋混凝土。

進(jìn)水池長30.07m，凈寬2.5m，凈深3.8m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻厚0.8m，底板厚0.6m，胸墻頂寬2.0m，底寬3.481m，進(jìn)水室攔污柵和節(jié)制閘門，攔污柵用電動葫蘆啟閉，閘門用卷揚(yáng)機(jī)啟閉。

出水池長26.37m，凈寬2.5m，凈深2.9m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻厚0.8m，底板厚0.8m，胸墻頂寬2.0m，底寬6.0m，出水室設(shè)置節(jié)制閘門，閘門用卷揚(yáng)機(jī)啟閉。

管道敷設(shè)方式采取明敷和埋管結(jié)合的方式，管槽底寬2.2m；明敷管槽為C15混凝土連續(xù)墊座和C25混凝土支墩結(jié)合的方式，連續(xù)墊座厚度0.3m，包角120°，支墩長2-3m，高1.5-2.5m，寬2.4m；暗埋管槽用細(xì)石土回填至原地面，并保證管頂覆土厚度不小于0.7m。

5 結(jié)束語

灌區(qū)輸水管線較長，其工程區(qū)涵蓋距離較長的地形復(fù)雜地帶，這使得倒虹管在干渠工程施工建設(shè)中起著非常重要的作用，它是兩座山體間輸水管線的橋梁。由于倒虹管大多在極其復(fù)雜的地勢條件下修建，在設(shè)計倒虹管的時候應(yīng)特別注意，在發(fā)揮倒虹管穿越障礙物作用的同時，也要充分考慮走線合理、排水順暢、維修方便、經(jīng)濟(jì)安全等諸多因素。

參考文獻(xiàn)

[1]冉貞俊，張傳雷.凹型倒虹管的設(shè)計要點(diǎn)與實(shí)例分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2012（1）：46-48.

[2]戴元富，王波.倒虹管建設(shè)管理與質(zhì)量控制[J].水利建設(shè)與管理，2013（9）：56-58.

作者簡介：陳學(xué)義（1988-），男，漢族，貴州畢節(jié)人，本科，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作。