淺談倒虹吸管設(shè)計(jì)要點(diǎn)與水力計(jì)算

淺談倒虹吸管設(shè)計(jì)要點(diǎn)與水力計(jì)算扎西普頓旺杰西藏自治區(qū)水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院西藏拉薩）摘 要本文根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和淺談倒虹吸管設(shè)計(jì)要點(diǎn)與水力計(jì)算扎西普頓旺杰西藏自治區(qū)水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院西藏拉薩）摘 要本文根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范要求探討了水工建筑物倒虹吸管的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與水力計(jì)算為設(shè)計(jì)類似水工建筑物提供水力計(jì)算方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞倒虹吸管 設(shè)計(jì)與水力計(jì)算概述和功能倒虹吸管又稱反虹管地龍或地涵是設(shè)置在渠道與河流谷地道路相交處的壓力輸水建筑物是一種水工交叉建筑物。由于倒虹吸管具有工程量少施工方便節(jié)約勞動(dòng)力及三材造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)中廣泛應(yīng)用。倒虹吸管按布置方式通常分橋式架空式倒虹吸管和埋式地面式倒虹吸管按斷面形狀分圓形箱形和拱形等按建筑材料分木質(zhì)石質(zhì)陶瓷素混凝土、鋼絲網(wǎng)水泥鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土鑄鐵和鋼板等。當(dāng)渠道與河流山谷洼地道路等障礙物交叉時(shí)，修建倒虹吸管從障礙物底部通過(guò)把渠道的水輸送到目的地。倒虹吸管輸水系統(tǒng)一般由進(jìn)口段管身段出口段三部分組成的。地形條件較困難時(shí)可以適當(dāng)降低但管內(nèi)流速應(yīng)大于。當(dāng)管內(nèi)流速達(dá)不到ｓ時(shí)應(yīng)定期沖洗管內(nèi)銹蝕和污穢等保證管面光滑減小糙率對(duì)流速的影響沖洗流速不得小于。１倒虹吸管進(jìn)口段應(yīng)布置漸變段沉砂池排砂孔５和控制閘。漸變段是上游渠道和進(jìn)口沉砂池銜接建筑物沉砂池是為避免上游渠道的懸移質(zhì)流入倒虹吸管內(nèi)防止管道的堵塞與磨損上游渠道的懸移質(zhì)在沉砂池內(nèi)沉淀后通過(guò)排砂孔定期排砂為整個(gè)倒虹吸管輸水系統(tǒng)長(zhǎng)期正常運(yùn)行起到很大的作用控制閘是當(dāng)渠道不運(yùn)行時(shí)從上游渠道進(jìn)水閘滲漏的少量水控制在沉砂池段通過(guò)排砂孔排外非運(yùn)行期保證倒虹吸管管內(nèi)無(wú)水這對(duì)高原寒冷地區(qū)來(lái)說(shuō)非常重要冬季非運(yùn)行時(shí)期若管內(nèi)有余水管道由于凍脹引起而容易破壞，大大縮短了整個(gè)建筑物的壽命。倒虹吸管管身段除布設(shè)管道支墩和鎮(zhèn)墩外根設(shè)計(jì)要點(diǎn)倒虹吸管水力設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是通過(guò)水力計(jì)算選定管道的橫斷面尺寸與管數(shù)以及進(jìn)出口段各個(gè)部分的布置形式尺寸和有關(guān)高程的確定。倒虹吸管設(shè)計(jì)要點(diǎn)為如下：６２據(jù)實(shí)際情況還應(yīng)布設(shè)通氣管檢修孔伸縮節(jié)和排砂閘閥等。通氣管是為了避免管道內(nèi)發(fā)生真空而可能招致事故檢修孔也叫進(jìn)人孔檢查倒虹吸管管內(nèi)時(shí)檢修或維修人員入進(jìn)的口子伸縮節(jié)作用是當(dāng)管道受到熱脹冷縮的影響時(shí)防止管道的位移變形和迫害排砂閘閥是排放管道內(nèi)的砂和污泥等其它雜物應(yīng)布置在管身最低處以便排砂。倒虹吸管的縱向軸線應(yīng)盡可能與障礙物軸線垂１直正交以便倒虹吸管長(zhǎng)度的縮短。應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)選用適合的倒虹吸管形式橋２倒虹吸管出口段應(yīng)布置消力池和漸變段。倒虹吸管水力計(jì)算在倒虹吸管水力計(jì)算時(shí)首先按規(guī)范要求初步選式架空式倒虹吸管適用于河面與河灘較寬闊河床深度較大的情況埋式地面式倒虹吸管適用于河面與河灘較窄或障礙物面積與深度較小的情況。７３定一個(gè)管內(nèi)水流速值然后計(jì)算初選流速相對(duì)應(yīng)的管道直徑上下游水位差管道總水頭損失ω）和管流挾沙流速ρ管壁厚度進(jìn)口攔沙池結(jié)構(gòu)尺寸出口消力池結(jié)構(gòu)尺寸下游渠底高程等當(dāng)水力計(jì)算的結(jié)果同時(shí)滿足＞ωυρ條件時(shí)說(shuō)明初選的管內(nèi)水流流速值比較合理按水力計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行可以設(shè)計(jì)否則重新選定管內(nèi)水流流速值計(jì)算管道倒虹吸管一般采用金屬管或鋼筋混凝土管管徑３一般不宜小于。橋式架空式倒虹吸管的水平管的長(zhǎng)度應(yīng)依據(jù)穿越物的現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃而確定水平管的底部與規(guī)劃河面距不宜小于。遇到?jīng)_刷河床應(yīng)考慮防沖措施。倒虹吸管的上下行斜管與水平管的交角一般不大于。倒虹吸管管內(nèi)流速一般選擇為在４０電力工業(yè)西藏科技２年２期總第７期）直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)直至滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求為止。出口段出口消力池水力計(jì)算：≥ｈｂδ０＋＋ｈ漸＝ｈ＝Ｄ電力工業(yè)西藏科技２年２期總第７期）直徑等設(shè)計(jì)參數(shù)直至滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求為止。出口段出口消力池水力計(jì)算：≥ｈｂδ０＋＋ｈ漸＝ｈ＝Ｄ上式中：３進(jìn)口段進(jìn)口攔沙池水力計(jì)算：≥ｈｂδ０＋＋ｈ漸＝ｈ＝Ｄ上式中：１））））））））））））—消力池長(zhǎng)度—下游渠道設(shè)計(jì)水深；—消力池寬度—下游渠道底寬—消力池深度—管道內(nèi)徑δ—管壁厚度；—消力池側(cè)墻高度ｈ—下游渠道超高；漸—出口漸變段長(zhǎng)度ｍ—出口管道彎管半徑。—攔沙池長(zhǎng)度—上游渠道設(shè)計(jì)水深；—攔沙池寬度—上游渠道底寬—攔沙池深度—管道內(nèi)徑δ—管壁厚度；—攔沙池側(cè)墻高度ｈ—上游渠道超高；漸—進(jìn)口漸變段長(zhǎng)度ｍ—進(jìn)口管道彎管半徑。水面銜接計(jì)算４管身段２上下游水位差計(jì)算：１管道直徑計(jì)算：１））Ｑ＝ＡｚＱ）１Ｄ＝υμ＝Ｌ＋Ｄ上式中：—倒虹吸管管徑Ｑ—引水流量；υ—初選管內(nèi)水流速倒虹吸管管內(nèi)流速一般在當(dāng)允許有較大的水面跌差及含沙水流時(shí)可取較大值反之取較小值但倒虹吸管的流速值一般不宜大于。上式中：Ｑ—引水流量μ—流量系數(shù)可用公式１３計(jì)算一般為μ—管道斷面面積２Ａ＝２Ｒ是管道半徑π是圓周率?。亓铀俣龋保病购缥艿郎舷掠嗡徊瞀啤植克^損失系數(shù)總和包括攔污柵閘門槽進(jìn)口彎管漸變段伸縮節(jié)等管道沿線上布置的所有設(shè)備Ｌ—沿程摩阻水頭管壁厚度計(jì)算本文以鋼管為例：２δ＝ＨＤ）ａ上式中：Ｄ損失系數(shù)λ—能量損失系數(shù)λ＝ｇＣ是謝才系δ—管壁厚度γ—水的容重３γ．３Ｐ—計(jì)算水頭倒虹吸管上下游水位差—管道內(nèi)徑ａ—降低％后的鋼板許可應(yīng)力２鋼板許可應(yīng)力與鋼材的屈服強(qiáng)度有關(guān)，一般可?。?。一般情況下因?yàn)榈购缥艿乃^上下游水位差不大則采用公式計(jì)算管壁厚度時(shí)得到的管壁厚度值有可能很小但是確定管壁厚度還應(yīng)考慮壓力厚度和結(jié)構(gòu)厚度按規(guī)范要求鋼管倒虹吸管的設(shè)計(jì)管壁厚度不應(yīng)小于。詳見(jiàn)表的規(guī)范值。２Ｃ數(shù)１ｓ度。２；—管道內(nèi)徑（；—管道總長(zhǎng)ＤｍＬ管道總水頭損失計(jì)算：２２Ｌω＝＋上式中：））Ｄｇω—倒虹吸管總水頭損失其余符號(hào)意義同上。表鋼管管壁最小厚度規(guī)范值管流挾沙流速計(jì)算：３鋼管外徑）～０～０～０～００１ ５Ｑρ＝ω４）上式中：６）２槡５管壁最小厚）６８０２４１電力工業(yè)西藏科技２年２期總第７期）ρ—管流挾沙流速ω—泥沙電力工業(yè)西藏科技２年２期總第７期）ρ—管流挾沙流速ω—泥沙沉降流速當(dāng)沒(méi)有實(shí)測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)一般可?。郸选獟渡乘髦械暮沉恐亓堪俜直龋选軆?nèi)通過(guò)流量５—挾沙粒徑。當(dāng)計(jì)算管流挾沙流速時(shí)需要很多實(shí)測(cè)資料在缺少實(shí)測(cè)資料的條件下采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算管流挾沙流速其意義不大管流挾沙流速一般可?。＿M(jìn)口攔沙池水力計(jì)算。已知上游渠道水深為４渠底寬度為渠道超高為倒虹吸管直徑為管壁厚度為則采用公式１６計(jì)算得進(jìn)口攔沙池長(zhǎng)度為寬度為深度為側(cè)墻高度為漸變段長(zhǎng)度為。出口消力池水力計(jì)算。已知下游渠道水深為５渠底寬度為渠道超高為倒虹吸管直徑為管壁厚度為則采用公式－４計(jì)算得出口消力池長(zhǎng)度為寬度為．深度為側(cè)墻高度為漸變段長(zhǎng)度為。下游渠底高程的確定：４）ｄ＝ｕｕｄω上式中：ｄ—下游渠道渠底高程ｕ—上游渠道渠底高程ｕ—上游渠道水深ｄ—下游渠道水深ω—倒虹吸管總水頭損失。下游渠底高程計(jì)算。已知上游渠道底板高程６渠道水深為下游渠道水深倒虹吸管總水頭損失則采用公式９計(jì)算得下游渠底高程為。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算結(jié)果表明本倒虹吸管的水力計(jì)算結(jié)果同時(shí)滿足＞ωυρ的條件說(shuō)明初步選擇的管內(nèi)流速５ｓ合理可以利用本水力計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)實(shí)例西藏江孜縣雅堆干渠工程干渠總長(zhǎng)引水流量３。干渠樁號(hào)０段長(zhǎng)度需穿越涅如藏布河設(shè)計(jì)采用倒虹吸管輸水方案倒虹吸管進(jìn)口端干渠樁號(hào)為渠道底板高程設(shè)計(jì)水位高程渠底寬度為渠道超高為倒虹吸管出口端干渠樁號(hào)０下游渠道水深為渠底寬度為渠道超高為管身采用螺旋式鋼管焊管而成管道沿線布置的設(shè)備有伸縮節(jié)６個(gè)圓角彎管４個(gè)角度為半徑為倒虹吸管進(jìn)口處設(shè)有控制閘和攔污刪進(jìn)口為圓角圓角半徑為按照相應(yīng)規(guī)范要求結(jié)合具體實(shí)際進(jìn)行倒虹吸管設(shè)計(jì)。４結(jié)語(yǔ)根據(jù)多年設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)倒虹吸管的設(shè)計(jì)環(huán)境和因素往往是比較復(fù)雜因此平常設(shè)計(jì)時(shí)要考慮穿越物的現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景規(guī)劃要考慮合理的管內(nèi)流速和管徑大小及管壁厚度要考慮進(jìn)口防砂和出口消能要考慮熱脹冷縮而引起的管道位移和變形要考慮懸移而帶進(jìn)的管內(nèi)泥砂淤積的排放更要加強(qiáng)工程竣工后的管理維護(hù)力度以便保證倒虹吸管輸水系統(tǒng)的暢通無(wú)阻。參考文獻(xiàn)５計(jì)算１管道直徑計(jì)算。首先初步選擇倒虹吸管的管１內(nèi)流速為５已知倒虹吸管輸水流量為３／則采用公式７計(jì)算得倒虹吸管直徑為?！彻喔扰c排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范水利管道總水頭損失和上下游水位差計(jì)算。已知２部批準(zhǔn)建設(shè)部９年８月１日．〕灌區(qū)水工建筑物叢書(shū)倒虹吸第二版中國(guó)水利電力出版社９年８月．倒虹吸管長(zhǎng)度為直徑為管道沿線布置的設(shè)備為伸縮節(jié)６個(gè)圓角彎管４個(gè)角度為半徑為倒虹吸管進(jìn)口處設(shè)有控制閘和攔污刪進(jìn)口為圓角圓角半徑為則采用７計(jì)算得