倒虹吸应用Doc11.docx

1、倒虹吸应用Doc11塑钢缠绕管在过河倒虹吸工程中的应用 塑钢缠绕管由钢塑复合的异型带材经缠绕并挤出焊接而成。以普通碳素结构钢带作为管材骨架加强筋，构成管材环刚度，以高密度聚乙烯作为钢带的包覆防腐及管壁材料。带材之间以搭接并以塑料挤出焊接形式连接，焊接材料与管材相同。塑钢缠绕管的摩擦系数是0.0090.01，对管道水流的流动阻力影响比较小，管道形成沉淀污物相对较少。我公司生产的塑钢缠绕管在过河倒虹吸工程中的应用实例有：济南市小清河综合整治工程、临沂市沂河综合整治工程、潍坊市虞河景观工程等。塑钢缠绕管在过河倒虹吸工程应用中应注意以下几点：为抵御水流对管道的冲刷和防止漂管，管道基础应采用刚性基础设计

2、；DN700塑钢缠绕管管基厚度不应小于200MM，混凝土标号不应小于C20；管体要做钢筋混凝土包覆，包覆厚度不应小于200MM，钢筋笼使用12MM螺纹钢间隔15CM绑扎，两端立井与管端包覆应浇筑为一体。浅谈深沟大跨度倒虹吸压力管道设计禄 兴（云南省昭通市水利水电勘测设计院）摘要：以礼河倒虹吸横跨以礼河河谷，两岸地形陡峭，山高谷深，地质情况复杂。在设计中就倒虹吸稳定、水头损失、应力分析、结构及基区工程； 倒虹吸；管道设计 1、前言炉房水库是以农业灌溉为主，兼顾人畜饮水、发电等综合利用的中型水利工程。水库灌区主要分布于金沙江干热河谷及以礼河河谷，倒虹吸是该引水工程中数量较多的一种建筑物。以礼河倒虹

3、吸位于渠系工程首部，其最大工作水头为647.931m，设计引水流量1.6m3/s，是灌区建筑物中难度最大的工程。该工程修建成败是关系到灌区灌溉得到保证与否、以及整个工程投资效益具体实现的关键。2、倒虹吸的总体布置以礼河倒虹吸横跨金沙江一级支流以礼河，两岸地形陡峭。轴线选择原则:在地形、地质条件允许的情况下，倒虹吸的轴线尽可能与主河床正交，以减少建筑物的长度，降低投资。为此初拟了两条轴线及长度，通过水力演算得到各种长度对应的上、下游水位值，并计算各种方案的工程量，通过方案比选和论证，选择出以下方案，其工程投资较省。21、地形、地质条件倒虹吸进口右岸地形坡度为2654，中上部崩塌、错落等物理地质现

4、象较发育，第四系堆积物厚615m，局部40m，下伏基岩为二迭系峨眉山玄武岩，岩体强至弱风化，节理发育，下部玄武岩裸露；出口左岸地形坡度2056，大部分为第四系残坡积粘土含碎石覆盖，厚0.53.0m，下伏基岩及风化情况与右岸相同；河床部位宽约110m，河谷下部及河床为崩塌堆积，厚611m，深部为1825m厚的冲洪积砂卵砾石层，下伏基岩为二迭系栖霞茅口灰岩及生物碎屑灰岩，局部溶沟、溶槽、溶隙较发育。22、管身布置根据地形、地质情况，两岸管身采用明管布置，坡度为1554.5度。跨河水平段在不影响河道安全渲泄洪水情况下，结合两岸交通要求采用跨河桥过河，在桥上铺设管道。23、辅助工程设置问题倒虹吸工程水

5、源为炉房水库库水，泥沙含量虽少，但为尽量减轻泥沙对倒虹吸管的冲刷，在建筑物进口仍设置沉沙池及退水冲沙设施。压力管道进口前设置工作闸门及拦污栅，以控制水流及防止飘浮物进入压力管道。严防关闸断流或拦污栅被飘浮物堵塞时造成上游渠水漫溢，冲垮山坡，危急建筑物安全，在进口段设置溢流堰及泄水槽。同时倒虹吸出口也需设消能池，以调整出口水流的流速分布使之比较均匀而平稳地流入下游渠道。对于倒虹吸来说，设置通气孔也是一个重要措施。一般倒虹吸通气孔主要用于稳压水流，防止气蚀，这些问题对于以礼河倒虹吸工程这种高水头、小流量的倒虹吸工程来说进口发生水跃尤其严重。所以，以礼河倒虹吸更需设置通气孔。倒虹吸管身较长，为了能进

6、人检修并保证管内不淤，管身需设置进人孔，在跨河最低管段设置冲沙放水孔。3、建筑物的选型倒虹吸由进口段、管身段和出口段三部分组成。31、进、出口建筑物进口设长8m、宽4m的沉沙池，池底高程1971.62m，前用4m长八字形渐变段与渠道连接，在池身边墙高程1975.12m设6m长侧向WES型溢流堰，堰后为泄水陡槽。在沉沙池设冲沙管引入泄水陡槽。进水室前设拦污栅，栅后（压力管道进口前）设置工作闸门。出口设长5m、宽1.5m的消力池，池底高程1894.18m，后用4m长八字形渐变段与下游渠道连接。32、工作闸工作闸设在进水室，为1. 81.8m平板定轮钢闸门配快速启闭机，闸门的启闭轨道为垂直上下，闸室

7、段长4.5m。其作用是为了检修、清淤和临时停水；为较好地适应明渠与管身之间的过渡，采用闸底板高程与压力管道进口底齐平。闸室均采用开敞式平底结构型式。33、管身倒虹吸管身常用的断面型式有：圆形、箱形和直墙正反拱形等。圆形管道与同样过水面积的箱形、拱形管道相比，其湿周小，水流摩阻力小，水流条件好，过水能力大，施工及焊接较为容易。经综合分析，以礼河倒虹吸均采用圆形断面钢管露天铺设。根据倒虹吸两岸坡地形及地质情况，压力钢管采用斜管布置。为不影响以礼河宣泄洪水，并结合两岸群众交通需求，跨河采用长92m，宽5m的钢筋混凝土空心板梁桥渡管。在与进出口建筑物及管身角度变化处采用3倍管径的转弯半径弯管与之相连。

8、倒虹吸钢管总长2185.514m。管身共设31个伸缩节。由于管线长、高差大，压力管道沿途设置了6个进人孔。并在最低处设置500mm冲沙阀及冲沙放水管。34、镇、支墩设计受地形影响，管轴线在平面和纵断面上呈折线状，根据规范要求，管轴线在转折处设置封闭式镇墩，直管段长度大于100m时，中部增设一镇墩。倒虹吸管沿线共布置30个镇墩，墩距5287m。在两镇墩之间每隔46m设一刚性鞍型支墩，支墩包角120。管身与支座间铺设6mm厚钢垫。4、水力设计41管径设计水力设计是倒虹吸设计的基础，也是倒虹吸设计是否经济合理的关键。合理选择水力设计的计算公式、各种设计参数及各项水头损失系数，是水力设计准确的关键。倒

9、虹吸最大工作水头647.931m，设计流量1.6m3/s，最大流量2.0m3/s，最小流量0.5m3/s。按最经济的管径近似公式及经济流速公式计算：及。式中：最大流量；设计流量；设计水头；经济流速，取35m/s。根据计算结果比较，倒虹吸管径采用74cm。42水头损失沿程水头损失根据以下公式计算。式中:；设计管内径；糙率，取0.012，；水力半径；平均流速。局部水头损失根据以下公式计算:式中：局部水头损失系数；相应断面平均流速。根据规范及工程类比，进、出口局部水头损失系数分别取0.1和0.4，渐变段水头损失系数取0.05，管身弯管水头损失系数，拦污栅水头损失系数取0.5，闸门槽水头损失系数取0.

10、2。经水力计算，倒虹吸总水头损失见表1：表1 倒虹吸水头损失计算表流量Q（m3）/s流速（m/s）沿程损失hf（m）沿程损失hj（m）总损失h（m）2.04.6576.173.2779.441.63.7248.752.0950.840.51.164.760.24.96扣除沿程及局部水头损失后，倒虹吸相应进出口水位见表2：表2 倒虹吸进出口水位特性表位 置进 口出口最高水位（m）197512189568设计水位（m）194632189555最低水位（m）1900641895184.3通气孔设计根据水力计算，倒虹吸进口最高水位与最低水位相差74.48m，为满足管身进口过小流量时有一定淹没水深，不形

11、成真空，减小管身震动，需设置一深大于74.48m的进水池。而根据当地的地形及地质条件，施工较困难，且工程造价高。为了做到设计的安全可靠并节约投资，设计采用在倒虹吸管最低水位以上管顶背设长134.208m的通气主管,并沿斜管顶部每隔2m设一通气支管与主管管连接，以稳压水流，减小震动和气蚀。通气管最小有效面积按近似公式计算：。式中通气管进风量，近似取管内流量；通气管流量系数，取0.7；钢管内外压力差，取1kg/cm2；安全系数，取3.5。经计算，为安全考虑，通气管主管径取60cm。通气钢管与主管采用孔径20cm的通气支管连接。5、结构设计51、管壁厚度以礼河倒虹吸最大工作水头647.931m，压力

12、钢管中上部选用Q235钢、下部选用16Mn钢制做。采用以下公式计算管壁厚度：。式中设计水头；设计管径；结构材料的容许应力，其中：=1300kg/cm2 ， =1600kg/cm2；焊接系数，取0.9。经分段计算，管壁厚度结果为：Q235钢压力管计算壁厚 =614mm；16Mn钢压力管计算壁厚 =1420mm。考虑到管壁受泥沙磨损、钢管锈蚀、制造不精确等因素，在计算壁厚的基础上再加2mm附加值，即Q235钢压力管结构壁厚为 816mm；16Mn钢压力管结构壁厚为 1622mm。52、应力分析钢管的应力状态是三元的。根据有关试验证明，对低碳素钢这类塑性材料，第四强度理论更符合实际，但与第三强度理论

13、相比两种理论差别不大，第三强度理论偏于安全方面，对材料强度的控制我国多采用第三强度理论。故对礼河特大型倒虹吸结构受力状态按第三向强度理论最大剪切应力理论进行分析：；。式中: 轴向应力；径向应力；切向应力；、各方向剪应力。经应力分析、计算，、（结构材料的容许应力）。53、抗外压稳定校核：除按强度和构造确定管壁厚度外，还需进行外压稳定校核。以礼河倒虹吸为露天明管布置，在计算时选用管身只是承受均匀径向力作用下的抗外压稳定问题。管身无钢性环，沿轴向可以自由伸缩，则管壁的临界外压采用公式：。分段计算临界外压力。当外部大气压为 1kg/cm2，安全系数 =2，弹性模量 =2.1106 kg/cm2，泊松比

14、=0.25，则压力管道无钢性环的管壁能保持稳定的最小厚度为：。通过校核计算，管壁能保持稳定的最小厚度为 5.7(mm)。设计管壁厚度大于抗外压最小厚度，倒虹吸钢管不需设置钢性环，在结构方面是稳定的。6、结语以礼河倒虹吸工程工作水头是昭通市已建最大的一座倒虹吸，由于客观条件所限，水力计算均采用近似公式及系数；以礼河倒虹吸工程2001年3月动工兴建，2004年12月完工，目前其运行正常。参考文献：1王致祥，梁志钊，孙国模，文启鼎。管道应力分析与计算，水利电力出版社（1983），67-81；2倒虹吸管（灌区水工建筑物丛书），水利电力出版社（1983），253-256；3水电站建筑物（水工设计手册7）

15、，水利电力出版社（1989），181-191。编辑词条 倒虹吸管 科技名词定义中文名称：倒虹吸管 英文名称：inverted siphon 定义1：敷设在地面或地下用于输送渠道水流穿过河渠、溪谷、洼地、道路的下凹式(U形)压力管道。 所属学科： 电力(一级学科) ；水工建筑(二级学科) 定义2：产生虹吸作用的压力管道式的交叉建筑物。 所属学科： 水利科技(一级学科) ；水工建筑(二级学科) ；渠系建筑物(三级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片用以输送渠道水流穿过河渠、溪谷、洼地、道路的压力管道。常用钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土材料制成,也有用混凝土、钢管制做的,主要根

16、据承压水头、管径和材料供应情况选用。倒虹吸管由进口段、管身段、出口段三部分组成。 简介倒虹吸管 inverted siphon 用以输送渠道水流穿过河渠、溪谷、洼地、道路的压力管道。常用钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土材料 倒虹吸管制成,也有用混凝土、钢管制做的,主要根据承压水头、管径和材料供应情况选用（见彩图）。倒虹吸管由进口段、管身段、出口段三部分组成。从地下或敷设在地面穿过河渠、溪谷、洼地或道路的输水压力管道 。多采用钢筋混凝土管或预应力钢筋混凝土管 ，也采用混凝土管或钢管。低水头时可用浆砌石管。 编辑本段分段倒虹吸管分为3个部分。 进口段：包括渐变段、铺盖和护底等防渗防冲设施、拦污栅、闸门

17、、进水口等。当含沙量大时还设沉沙池。管身：断面多为圆形，也用矩形或直墙圆拱形。可埋于地下，也可敷设于地面 。当管道跨越深谷和山洪沟时，可在深槽部分建桥，在其上铺设管道过河。管道在桥头两端山坡转弯处设镇墩加强稳定，并于其上开设放水冲沙孔。两岸管道仍沿地面敷设。这类倒虹吸管又称桥式倒虹吸管。出口段：设消力池，并与下游平顺连接。倒虹吸管较渡槽造价低，施工简单 ；但水头损失较大 ，清淤较困难。 公元前180年在古希腊帕加马（今土耳其）建一座下凹深度超过200米、管径为30厘米的倒虹吸管。据后汉书记载，中国在186年已建造使用倒虹吸管。 编辑本段布置形式根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管有下列几种布置

18、形式：对高差不大的小倒虹吸管，常采用斜管式和竖井式。高差大的倒虹吸管,当跨越干谷或山沟时,管道一般沿地面敷设，在转弯和变坡地段设置镇墩，其作用是连接和稳定两侧管道。管道可埋设于地面以下（图a）,也可敷设于地面或在管身上填土。当管道跨越深谷或山洪沟时,可在深槽部分建桥,在其上铺设管道过河(图b)。管道在桥头两端山坡转弯处设镇墩， 倒虹吸管并于其上开设放水冲沙孔。两岸管道仍沿地面敷设。这类倒虹吸管又称桥式倒虹吸管。根据过水流量大小、运用要求及经济比较，倒虹吸管可布置成单管、双管或多管。设置双管或多管，可以轮流检修，不影响运行；小流量时,还可利用部分管路过水,以增加管内流速，防止泥沙在管中淤积。管身

19、断面形式有圆形、矩形及城门洞形等，其中圆形采用较多。 编辑本段结构倒虹吸管进口段一般包括渐变段、进水口、拦污栅、闸门、挡水墙等。对含沙量多的渠道，还可在进水口前加设沉沙池。为了渠道水位与管道入口水位在通过不同流量时良好衔接，可在管道进口前修建前池，或将管道进口底高程降低，并在管口前设斜坡段。出口段一般设消力池，用以调整出口流速分布。 编辑本段设计倒虹吸管的设计包括：管路及进出口布置，管身及镇墩的形式选择，水力计算和结构设计。由于倒虹吸管检修较困难，在设计中应注意为检修创造条件。 编辑本段历史倒虹吸管有悠久的历史。公元前180年在古希腊（今土耳其）帕加马曾建筑一座倒虹吸管，其下弯穿越河谷的深度超过200m，管径为30cm。倒虹吸管在中国古代称为渴乌,公元186年在后汉书中已见记载。中华人民共和国成立后，修建了大量倒虹吸管，在结构形式、用材、施工方法和制管工艺上有不少发展。预应力钢筋混凝土管由于其承压较高,具有较高的抗裂性、抗渗性,故得到了推广。 山东天迈管业有限公司