倒虹吸在南水北調(diào)中的應(yīng)用

1、倒虹吸在南水北調(diào)中的應(yīng)用簡介一、南水北調(diào)工程簡介南水北調(diào)總體規(guī)劃推薦東線、中線和西線三條調(diào)水線路。通過三條調(diào)水線路與長江、 黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，以利于實現(xiàn)我 國水資源南北調(diào)配、東西互濟的合理配置格局。1、工程簡述東線工程：利用江蘇省已有的江水北調(diào)工程，逐步擴大調(diào)水規(guī)模并延長輸水線路。東線 工程從長江下游揚州抽引長江水，利用京杭大運河及與其平行的河道逐級提水北送，并連接 起調(diào)蓄作用的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖。出東平湖后分兩路輸水：一路向北，在位 山附近經(jīng)隧洞穿過黃河；另一路向東，通過膠東地區(qū)輸水干線經(jīng)濟南輸水到煙臺、威海。中線工程：從加壩擴容

2、后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿唐白河流域西側(cè)過長江流域 與淮河流域的分水嶺方城埡口后，經(jīng)黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西孤柏嘴處穿過黃河， 繼續(xù)沿京廣鐵路西側(cè)北上，可基本自流到北京、天津。西線工程：在長江上游通天河、支流雅碧江和大渡河上游筑壩建庫，開鑿穿過長江與黃 河的分水嶺巴顏喀拉山的輸水隧洞，調(diào)長江水入黃河上游。西線工程的供水目標(biāo)主要是解決 涉及青、甘、寧、內(nèi)蒙古、陜、晉等6?。ㄗ灾螀^(qū)）黃河上中游地區(qū)和渭河關(guān)中平原的缺水 問題。結(jié)合興建黃河干流上的骨干水利樞紐工程，還可以向鄰近黃河流域的甘肅河西走廊地 區(qū)供水，必要時也可相機向黃河下游補水。2、工程意義規(guī)劃的東線、中線和西線到2050年調(diào)水

3、總規(guī)模為448億立方米，其中東線148億立方 米，中線130億立方米，西線170億立方米。整個工程將根據(jù)實際情況分期實施。通過興建南水北調(diào)工程實現(xiàn)水資源南北調(diào)配、東西互濟，十分有利于在更廣范圍內(nèi)進行 水資源優(yōu)化配置。工程建成后總調(diào)水規(guī)模448億立方米，幾乎相當(dāng)于新增加一條黃河，對緩 解我國北方地區(qū)水資源短缺局面，改善生態(tài)環(huán)境，提高人民群眾生活水平，增強綜合國力， 都具有十分重大的意義。3、倒虹吸的意義在南水北調(diào)工程中，由于其跨度很大，與很多河流都有交匯，通過三條調(diào)水線路與長江、 黃河、淮河和海河四大江河的聯(lián)系，構(gòu)成以“四橫三縱”為主體的總體布局，在這中由于倒 虹吸管是一種渠道交叉建筑物，具有工

4、程量少、造價低、施工安全方便和不影響河道洪水宣 泄等優(yōu)點，因此在引調(diào)水工程中得到廣泛的應(yīng)用。二、倒虹吸的工作原理用以輸送渠道水流穿過河渠、溪谷、洼地、道路的壓力管道。常用鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力 鋼筋混凝土材料制成，也有用混凝土、鋼管制做的，主要根據(jù)承壓水頭、管徑和材料供應(yīng)情況。 倒虹吸管由進口段、管身段、出口段三部分組成。根據(jù)管路埋設(shè)情況及高差大小，倒虹吸管有下列幾種布置形式：對高差不大的小倒虹吸 管，常采用斜管式和豎井式。高差大的倒虹吸管，當(dāng)跨越干谷或山溝時，管道一般沿地面敷設(shè)， 在轉(zhuǎn)彎和變坡地段設(shè)置鎮(zhèn)墩，其作用是連接和穩(wěn)定兩側(cè)管道。管道可埋設(shè)于地面以下，也可 敷設(shè)于地面或在管身上填土。當(dāng)管道跨

5、越深谷或山洪溝時，可在深槽部分建橋，在其上鋪設(shè)管 道過河。管道在橋頭兩端山坡轉(zhuǎn)彎處設(shè)鎮(zhèn)墩，并于其上開設(shè)放水沖沙孔。兩岸管道仍沿地面 敷設(shè)。這類倒虹吸管又稱橋式倒虹吸管。根據(jù)過水流量大小、運用要求及經(jīng)濟比較，倒虹吸 管可布置成單管、雙管或多管。設(shè)置雙管或多管，可以輪流檢修，不影響運行；小流量時， 還可利用部分管路過水，以增加管內(nèi)流速，防止泥沙在管中淤積。管身斷面形式有圓形、矩 形及城門洞形等，其中圓形采用較多。倒虹吸管進口段一般包括漸變段、進水口、攔污柵、閘門、擋水墻等。對含沙量多的渠 道，還可在進水口前加設(shè)沉沙池。為了渠道水位與管道入口水位在通過不同流量時良好銜接， 可在管道進口前修建前池，或

6、將管道進口底高程降低，并在管口前設(shè)斜坡段。出口段一般設(shè) 消力池，用以調(diào)整出口流速分布。倒虹吸管的設(shè)計包括：管路及進出口布置，管身及鎮(zhèn)墩的形式選擇，水力計算和結(jié)構(gòu)設(shè) 計。由于倒虹吸管檢修較困難，在設(shè)計中應(yīng)注意為檢修創(chuàng)造條件。三、倒虹吸技術(shù)在南水北調(diào)中的應(yīng)用的幾個實例1、沁河渠道倒虹吸沁河是黃河北岸主要支流之一，源于山西省沁源縣霍山南麓二朗神溝，于武陟縣南部匯 入黃河?？偢汕诤幽鲜乜h白馬溝村與沁河相交，交叉斷面以上流域面積12 870 km2， 河道100年一遇設(shè)計洪峰流量6 890 m，/ s，300年一遇設(shè)計洪峰流量9 340 m3/ s，相應(yīng) 的設(shè)計洪水位分別為114. 23 nl和11

7、4. 47 m。沁河倒虹吸工程位于黃、沁沖積平原。沁 河為一寬淺游蕩型河道，自西向東流經(jīng)本區(qū)。沁河渠道倒虹吸的主體工程為I級建筑物，工 程主要由進口漸變段、進口檢修閘、倒虹吸管身段、出口控制閘和出口漸變段等組成，全長 1 183 m,其中進口漸變段長60 m、管身段水平投影長1 015 nl。倒虹吸管身橫向為3孔箱 形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單孔孔徑6. 9mX6. 9in（寬X高），管身頂板和邊墻均厚1.1m，底 板厚1.2 m，中隔墻厚0. 9 m。管頂設(shè)計標(biāo)高為94.0m，管底設(shè)計標(biāo)高為84. 8 m。如圖1 所示。叫HHHIIH w300124703 00 1原河底線回填細(xì)砂CIO畛厚100碑

8、石厚11009009001100沁河渠倒虹吸槽段管身橫剖面2、南水北調(diào)中線安陽河倒虹吸工程位于河南境內(nèi)的安陽河是海河流域衛(wèi)河的第二大支流，流域形狀呈上寬下窄的葫蘆形長 條帶，地勢起伏大，安陽河以東地勢略向東南傾斜，斷面坡度1 / 2500。安陽河渠道倒虹吸工程是南水北調(diào)中線工程的主要跨河建筑物之一，安陽河倒虹吸工程 橫跨安陽河河谷，南端與沖積平原相接，向北跨過河床、低漫灘及高漫灘，河谷呈U型，二 岸不對稱。工程河段河道彎曲，上游有一彎道，左岸有一天然節(jié)點（狐仙廟土山），主流貼靠 節(jié)點，至交叉工程處又?jǐn)[至右岸，工程下游河道折轉(zhuǎn)變窄，過南士旺村橋后復(fù)又放寬。南水北調(diào)中線安陽河倒虹吸工程，設(shè)計流量2

9、35 m3/s，加大流量265 m3/s，設(shè)計水頭 0. 2 m，設(shè)計水深7.0 m。倒虹吸水平段165 m，倒虹吸管身水平段投影長319.39 m，兩側(cè)斜 坡為1： 4的斜管。管身為箱型結(jié)構(gòu)，總寬為24. 9 m。進口位于右岸一級階地上，進口渠頂 高程94. 89 m、渠底高程85. 874 m，出口布置在左岸河漫灘，出口渠頂高程94. 69 m、渠 底高程85. 674 口。工程區(qū)域內(nèi)河床覆蓋層為砂壤土、卵石及重粉質(zhì)壤土、砂壤土和卵石， 總厚度為814 m，下伏黏土巖巖面高程為6571 m。3、淝河渠道倒虹吸工程淝河渠道倒虹吸工程是南水北調(diào)中線總干渠穿越淝河的大型交叉建筑物。倒虹吸設(shè)計流

10、量320m3 / s，加大流量380m3 / s。倒虹吸管身橫剖面為2孔一聯(lián)共4孔L箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 單孔孔口凈尺寸為7. 0 nlX7. 0 m（寬X高）。每聯(lián)設(shè)縫相隔，縫距5 cm。倒虹吸各管節(jié)間 設(shè)沉陷縫，縫寬2 cm。建筑物總長404 m，其中管身段總長254 m。倒虹吸管身段按1級建筑物設(shè)計。本工程區(qū)地震基本烈度小于6度，可不進行抗震計算， 但仍應(yīng)按相應(yīng)規(guī)范采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧５购缥苌矶螢橄湫蜟30鋼筋混凝土管，2孔一聯(lián)共2聯(lián)。頂板、底板和側(cè)墻厚度均為I. 3 m，中隔墩厚度為1. 0m，箱形管內(nèi)角隅部分均有加腋，加腋尺寸O. 7mXo. 7m，等于0. 1 倍的凈跨，可不計算

11、對結(jié)構(gòu)的影響，仍按等截面框架計算。倒虹吸管身混凝土等級：C30W6F150，結(jié)構(gòu)鋼筋采用2級鋼筋。混凝土的彈性模量3. 00XlO4MPa，容重25 kN / m3，混 凝土保護層采用50mm，最大裂縫寬度允許值采用0.25 mm。4、南水北調(diào)中線總干渠邢石段渠道倒虹吸工程南水北調(diào)中線總干渠邢石段起自邢臺與石家莊交界處.止于京石段應(yīng)急供水工程起點古 運河南。途經(jīng)石家莊市高邑、贊皇、元氏和鹿泉4個縣（市）及石家莊市橋西區(qū)和新華區(qū)。穿 越海河流域子牙河水系大小河溝21條、坡水區(qū)7處.渠線總長65. 793m?？偢汕O(shè)計流量220m3 /s.加大流量240m%。渠、河交叉斷面以上流域面積大于20m2

12、的河流有9條.根據(jù)渠、河流 量及水位關(guān)系等因素，適于布置渠道倒虹吸工程的有7條，自南向北分別為槐河（一）、槐河 （二）、潴龍河、北沙河、汶河、金河和臺頭溝。渠道倒虹吸總長3350m.占用總干渠水頭1. 71m。渠道倒虹吸工程均由進口漸變段、進口檢修閘、管身段、出口工作閘（或節(jié)制閘）、出口 漸變段和附屬建筑物6部分組成。為了防止流冰對建筑物安全的影響，在進口漸變段前的渠 道上布設(shè)了兩道攔冰設(shè)施。進（出）口漸變段底板與側(cè)墻采用分離式混凝土結(jié)構(gòu)。側(cè)墻為直線扭曲面.由直立半重力 式擋墻漸變?yōu)橘N坡式擋墻。墻頂高程與總干渠一級馬道或堤頂相同。進口檢修閘采用開敞式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu).閘室孔數(shù)、凈寬均與倒虹吸

13、管身相同.閘 墩墩頂與總干渠一級馬道或堤頂齊平。閘室設(shè)兩扇疊梁式檢修鋼閘門，3孔共用，采用l臺移 動式電動葫蘆啟閉。管身段為3孔一聯(lián)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。除金河渠道倒虹吸外均由進口斜管段、水平管身 段和出121斜管段3部分組成。金河渠道倒虹吸管身段由進口斜管段、進口水平段、穿人防洞 段、出口水平段及出口斜管段5部分組成。其中穿人防洞段由管身斜管段和水平管身段兩部 分組成。管頂埋置高程一般為河道300a一遇校核洪水沖刷線以下不小于0. 5m.對于沖刷深 度較大且基巖出露較高的槐河（二）渠道倒虹吸采用“淺埋+護砌”方案.管頂埋置于河底以 下2. 5m。并對管頂河床段采用厚0. 5m的鋼筋石籠進行防沖護砌。管身1520m設(shè)一道伸縮 縫?？p問設(shè)兩道橡膠止水，縫的內(nèi)側(cè)涂聚硫密封膠，縫中充填聚乙烯發(fā)泡板。出口工作閘用于控制進出口水位.保證倒虹吸管通過小流量時進1： 3在淹沒狀態(tài)下運行， 其中槐河（一）、汶河兩座倒虹吸出口工作閘兼作總干渠控制運行的節(jié)制閘。工作閘采用開敞 式鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu).閘室凈寬及孔數(shù)與進口檢修閘相同。閘室均設(shè)弧形工作閘門，啟閉 設(shè)備采用液壓啟閉機，工作閘門的下游側(cè)設(shè)置檢修閘門。結(jié)合閘門防冰凍設(shè)計。啟閉機控制 室布置在閘墩墩頂上部制室上下游墩頂至渠道加大水位之間設(shè)固定胸墻對閘室進行封 閉.固定胸墻至渠道加大水位之間的凈空取為0. 75m。