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計優化

陳學義+李帥+聶乾+楊訓

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

關鍵詞：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市及遵義市境內。灌區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，以及灌區骨干泵站等組成。金遵干渠途經溝（河）谷、低凹地帶，受地形地質條件限制及布置渠道存在繞線不經濟時，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。倒虹管設計流量2.41-8.0m3/s，長度0.204-4.882km，賴關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，考慮進口中間閘墩最小厚度取1.2m，加上管道進口喇叭口曲線的尺寸控制，管道間凈距取1.5m。

管道敷設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，當管道沿線經過工礦區、人口稠密地帶時為減小人為損壞機率，管道經過水田、河道及將管道置于松軟耕作層以下時采取地埋[1]。

管道都在最低處結合鎮墩布置進人孔（DN800）和放水沖砂管（DN400）以便于運行檢修，在管道凸起處設置自動排氣閥，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瀝青油氈。

3 偏巖河倒虹管跨河方案優化比選與管徑選擇

3.1 倒虹管跨河方案優化必選

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，強風化層厚8.0m。為穿越河流，現擬定采取埋管與管橋兩方案進行比較如下：

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

管橋方案（比較方案）：跨河段架設管橋，校核洪水位870.45m（P=5%），相應橋底高程置于高程871.70m，水面凈空高度1.25m；橋長176m，橋寬4.2m，型式為簡支梁式，分為15跨，單跨12m；下部支撐結構設14排單排架，排架高9-12m，單側立柱截面尺寸0.8×1.0m，橫梁間距2.5m，斷面尺寸0.3×0.5m；排架基礎置于強風化層上部，為板式基礎，與排架整體結合，基底寬3m，長4.8m，厚1.0m。

管橋方案高于河床利于排水，但結構復雜，施工困難，經概算，直接投資225.3萬元；埋管方案管道低于河床不利排水[2]，其結構布置簡單，直接投資較小為152.7萬元。埋管方案優于管橋方案，節省投資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，以節省投資。現結合區域地形條件，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：

當選取DN1000時：管內流速4.09m/s，倒虹管水損101.35m，陡渠末端（倒虹管進口）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。

當選取DN1100時：管內流速3.38m/s，倒虹管水損64.28m，陡渠末端（倒虹管進口）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。

當選取DN1200時：管內流速2.918m/s，倒虹管水損46.666m，陡渠末端（倒虹管進口）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長渠道平穩水流，推薦選取。

當選取DN1400時：管內流速2.09m/s，倒虹管水損23.79m，陡渠末端（倒虹管進口）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長渠道平穩水流，但因倒虹管管徑較大、費用較高，不予選取。經比較，偏巖河倒虹管管徑推薦選取DN1200。

4 偏巖河倒虹管結構設計

偏巖河倒虹管，進口接上游渠道（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，最大設計水頭232m，設計流量3.3m3/s，加大流量3.593m3/s，單管布置，球墨鑄鐵管，管徑1.2m，設計流速2.918m/s，糙率0.012，水頭損失46.666m。共設120個鎮墩，鎮墩長2.141-5.11m，寬2.4m，高3.0～3.3m，鎮墩材料為C25鋼筋混凝土。

進水池長30.07m，凈寬2.5m，凈深3.8m，為C25鋼筋混凝土結構，邊墻厚0.8m，底板厚0.6m，胸墻頂寬2.0m，底寬3.481m，進水室攔污柵和節制閘門，攔污柵用電動葫蘆啟閉，閘門用卷揚機啟閉。

出水池長26.37m，凈寬2.5m，凈深2.9m，為C25鋼筋混凝土結構，邊墻厚0.8m，底板厚0.8m，胸墻頂寬2.0m，底寬6.0m，出水室設置節制閘門，閘門用卷揚機啟閉。

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

5 結束語

灌區輸水管線較長，其工程區涵蓋距離較長的地形復雜地帶，這使得倒虹管在干渠工程施工建設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雜的地勢條件下修建，在設計倒虹管的時候應特別注意，在發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、經濟安全等諸多因素。

參考文獻

[1]冉貞俊，張傳雷.凹型倒虹管的設計要點與實例分析[J].水利技術監督，2012（1）：46-48.

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

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