倒虹吸管設(shè)計(jì)計(jì)算分析

倒虹吸管設(shè)計(jì)計(jì)算分析作者：蘆珉劉子翔雷露摘要：倒虹吸管是水利工程重要的輸水建筑物，在跨越河道、公路、鐵路等障礙物時(shí)起到銜接上下游渠道的重要作用。倒虹吸管的設(shè)計(jì)涉及到的因素比較多，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中比較復(fù)雜。在平常設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于計(jì)算的數(shù)據(jù)一定要經(jīng)過(guò)實(shí)際地測(cè)量，要考慮到管內(nèi)流速大小、管徑的大小以及厚度，這樣才能保證倒虹吸管設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：倒虹吸管;設(shè)計(jì);計(jì)算在水利工程建設(shè)中，當(dāng)輸水渠道遇到阻礙物時(shí)，可采用下埋式或橋管式倒虹吸管。特別是凝土材料制成，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)情況來(lái)選用。倒虹吸管由進(jìn)口段、管身段、出口段三部分組成，倒虹吸管的設(shè)計(jì)包括：管路及進(jìn)出口布置、管身及鎮(zhèn)墩的形式選擇、水力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。倒虹吸管（又稱(chēng)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。二、倒虹吸管管路布置及進(jìn)出口布置1、倒虹吸管管路布置。倒虹吸管的管路布置常用的有兩種豎井式和斜管式兩種。其中豎井式使用的場(chǎng)合是壓力水頭較小、穿越道路的情況。斜管式使用的場(chǎng)合渠道、河流的情況。斜管式倒虹吸管的構(gòu)造簡(jiǎn)單，而且施工方便，水流可能會(huì)因?yàn)闇囟然蛘叩种频挠绊懚斐晒苌頂嗔?，發(fā)生滲漏危害。橋式倒虹吸管在渠道通過(guò)較頭瞬時(shí)或者縮短管道長(zhǎng)度，在深槽部位劍橋，勸導(dǎo)設(shè)在橋面上或支撐在橋墩上。2、進(jìn)出口布置。在倒虹吸管的進(jìn)口段，應(yīng)該布置的主要有漸變段、排砂孔、控制閥和沉砂池。其中漸變段是作為上游渠道與進(jìn)口段的沉砂池的銜接建筑物。排可以將沉砂池的砂定期進(jìn)行清理排出，也可以將進(jìn)水閥處漏的水排出。以免在冬天的時(shí)候管內(nèi)，由于有水而發(fā)生凍脹，縮短建筑壽命。控制閥的作用就是在渠道不運(yùn)行的時(shí)候，將上游渠道的進(jìn)水閥中滲透的水控制到沉砂池內(nèi)，通過(guò)排砂孔排出。沉砂池為了避免管道堵塞，將管內(nèi)內(nèi)的一些懸移物在沉砂池進(jìn)行沉淀，然后再通過(guò)排砂孔排出。另外，在管的出口段應(yīng)該布置漸變段和消力池。三、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1、倒虹吸管的縱向軸線應(yīng)盡可能與障礙物軸線垂直正交，以便倒虹吸管長(zhǎng)度的縮短。2、應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)選用適合的倒虹吸管形式，橋式（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。3、倒虹吸管一般采用金屬管或鋼筋混凝土管，管徑一般不宜小于200mm。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500mm。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30°。4、倒虹吸管管內(nèi)流速一般選擇為1.5～2.5m/s，在地形條件較困難時(shí)，可以適當(dāng)降低，但5、倒虹吸管進(jìn)口段應(yīng)布置漸變段、沉砂池、排砂孔和控制閘。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。直徑（D）、上下游的水位差（z）、管流挾沙流速（vnp）、管道的總水頭損失（hw）、管流挾沙流速（vnp）、管壁厚度等。當(dāng)水力計(jì)算的結(jié)果滿足z>hw與v>vnp時(shí)，說(shuō)明此時(shí)的管內(nèi)流速是非常合理的。按照水力計(jì)算，可以設(shè)計(jì)出滿足生產(chǎn)規(guī)范的管道。B≥1.5bT≥0.5D+δ+20H=T+h+Δh;表示攔砂池的深度;D表示管道的內(nèi)直徑;δ表示管壁的厚度;H表示攔砂池的側(cè)墻高度;Δh表示當(dāng)允許存在較大的水面誤差是以及含沙水量時(shí)，可以取比較大的數(shù)值，反之則取比較小的位差。一般情況下，吸管的水位差不大時(shí)，用公式進(jìn)行計(jì)算管壁厚度時(shí)，得到的結(jié)果會(huì)偏小。規(guī)定表明，吸管的管壁厚度不能夠小于6mm（如表B≥2b;T≥0.5D+δ+30H=T+h+Δh;示攔砂池的深度;D表示管道的內(nèi)直徑;δ表示管壁的厚度;H表示攔砂池的側(cè)墻高度;Δh表示上總之，倒虹吸管設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)為下游渠道高程的確定及進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置，下游渠道高程應(yīng)根據(jù)最大流量確定，進(jìn)水口最低高程則是由最小流量時(shí)進(jìn)水池內(nèi)水面跌落值決定，按此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以確保倒虹吸管前后渠道水面銜接良好，水流暢通，在各種工況均能安全運(yùn)行。參考文獻(xiàn)[1]姬棟宇.鋼筋混凝土預(yù)制倒虹吸管有限元仿真