夹岩水利枢纽及黔西北供水工程金遵干渠偏岩河倒虹管设计优化

摘 要：在水利水电工程设计时，常会遇到河道、铁路等障碍物，需要对管道施工方案进行优化，一般采取从障碍物下面绕过的方式进行处理。根据金遵干渠管线走向，对干渠倒虹管布置方案进行了优化。根据工程特点，设计对偏岩河倒虹管跨河方案进行了优化比选，并对管径进行了分析确定。设计推荐终采用埋管穿越偏岩河段，管径确定为DN1200，为工程施工建设提供了重要技术指导。

关键词：倒虹管；埋管；跨河

1 工程概况

贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程位于贵州省毕节市及遵义市境内。灌区骨干输水工程由总干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管线、支渠，以及灌区骨干泵站等组成。金遵干渠途经沟（河）谷、低凹地带，受地形地质条件限制及布置渠道存在绕线不经济时，布置倒虹管9座（张家屋基、雷打坝、龙窝寨、偏岩河、华家沟、银门、马沙河、核桃湾和马场坝），总长17.265km。倒虹管设计流量2.41-8.0m3/s，长度0.204-4.882km，赖关至大土间采用双管布置，大土到彭古台间采用单管布置，管径1.2-1.6m，管材分别采用夹砂玻璃钢管和球墨铸铁管。

2 金遵干渠倒虹管管道布置

金遵干渠在赖关至大土间倒虹管布置为双管，大土至彭古台间布置为单管布置，其建筑物级别均为4级。

倒虹管双管布置中，考虑进口中间闸墩最小厚度取1.2m，加上管道进口喇叭口曲线的尺寸控制，管道间净距取1.5m。

管道敷设分别采取地埋和明敷，夹砂玻璃钢管一律采取地埋，平缓地带采用开挖料（土料为主）回填，陡坡段采用外包混凝土回填；球墨铸铁管尽量采取明敷，当管道沿线经过工矿区、人口稠密地带时为减小人为损坏机率，管道经过水田、河道及将管道置于松软耕作层以下时采取地埋[1]。

管道都在最低处结合镇墩布置进人孔（DN800）和放水冲砂管（DN400）以便于运行检修，在管道凸起处设置自动排气阀，排出空气避免其阻水。

地埋玻璃钢夹砂管和球墨铸铁管采用细砂垫层弧形管座，管底厚度0.15m，包角120°；明敷球墨铸铁管采用C15混凝土弧形管座，管底厚度0.3m，包角120°，管座与管道的接触面上铺设沥青油毡。

3 偏岩河倒虹管跨河方案优化比选与管径选择

3.1 倒虹管跨河方案优化必选

倒虹管在桩号PYH1+705-1+890段横穿偏岩河，河床宽70.8m，高程861m；河床第四系砂卵石层厚0-2m，中部出露J2s2灰色中厚层长石石英砂岩，强风化层厚8.0m。为穿越河流，现拟定采取埋管与管桥两方案进行比较如下：

埋管方案（推荐方案）：倒虹管地埋敷设于河床底部，管周采用C20混凝土包裹，底部及两侧厚0.6m，顶部厚0.6m，河床段埋管段长92m；在桩号PYH1+887处设DN400排水管，后接排水阀井和排水井。

管桥方案（比较方案）：跨河段架设管桥，校核洪水位870.45m（P=5%），相应桥底高程置于高程871.70m，水面净空高度1.25m；桥长176m，桥宽4.2m，型式为简支梁式，分为15跨，单跨12m；下部支撑结构设14排单排架，排架高9-12m，单侧立柱截面尺寸0.8×1.0m，横梁间距2.5m，断面尺寸0.3×0.5m；排架基础置于强风化层上部，为板式基础，与排架整体结合，基底宽3m，长4.8m，厚1.0m。

管桥方案高于河床利于排水，但结构复杂，施工困难，经概算，直接投资225.3万元；埋管方案管道低于河床不利排水[2]，其结构布置简单，直接投资较小为152.7f元。埋管方案优于管桥方案，节省投资72.6万元，为此，倒虹管穿越偏岩河段推荐埋管方案。

3.2 倒虹管管径选择

偏岩河倒虹管上游设有大土陡渠，陡渠首端底板高程1155.536m，偏岩河倒虹管末端底板高程1065.798m，两断面间余有水头89.737m，一部分水头由倒虹管工作中损耗，剩余水头由陡渠消耗。管径选择时，考虑倒虹管尽量多利用水头缩小管径，以节省投资。现结合区域地形条件，将倒虹管和陡渠组合布置，选取管径DN1000、DN1100、DN1200、DN1400等4种，选择管径比较如下：

当选取DN1000时：管内流速4.09m/s，倒虹管水损101.35m，陡渠末端（倒虹管进口）需控制在高程1167.15m左右，高于大土陡渠首端高程，水力条件不满足布置要求，不可选取。

当选取DN1100时：管内流速3.38m/s，倒虹管水损64.28m，陡渠末端（倒虹管进口）需控制在高程1130.08m左右，具备水力条件，但在1130m高程难以选择平坡段布置陡渠消力池及整流段，不予选取。

当选取DN1200时：管内流速2.918m/s，倒虹管水损46.666m，陡渠末端（倒虹管进口）需控制在高程1112.464m左右；具备水力条件，地形上有条件布置陡渠消力池，消力池之后可布置77m长渠道平稳水流，推荐选取。

当选取DN1400时：管内流速2.09m/s，倒虹管水损23.79m，陡渠末端（倒虹管进口）需控制在高程1089.59m左右；具备水力条件，地形有利陡渠消力池布置，消力池之后可布置210m长渠道平稳水流，但因倒虹管管径较大、费用较高，不予选取。经比较，偏岩河倒虹管管径推荐选取DN1200。

4 偏岩河倒虹管结构设计

偏岩河倒虹管，进口接上游渠道（桩号金遵20+485），横跨偏岩河，出口岩孔支渠分水，接下游渠道（桩号金遵25+142），总跨度4657m，单根管长4861m，最大设计水头232m，设计流量3.3m3/s，加大流量3.593m3/s，单管布置，球墨铸铁管，管径1.2m，设计流速2.918m/s，糙率0.012，水头损失46.666m。共设120个镇墩，镇墩长2.141-5.11m，宽2.4m，高3.0～3.3m，镇墩材料为C25钢筋混凝土。

进水池长30.07m，净宽2.5m，净深3.8m，为C25钢筋混凝土结构，边墙厚0.8m，底板厚0.6m，胸墙顶宽2.0m，底宽3.481m，进水室拦污栅和节制闸门，拦污栅用电动葫芦启闭，闸门用卷扬机启闭。

出水池长26.37m，净宽2.5m，净深2.9m，为C25钢筋混凝土结构，边墙厚0.8m，底板厚0.8m，胸墙顶宽2.0m，底宽6.0m，出水室设置节制闸门，闸门用卷扬机启闭。

管道敷设方式采取明敷和埋管结合的方式，管槽底宽2.2m；明敷管槽为C15混凝土连续垫座和C25混凝土支墩结合的方式，连续垫座厚度0.3m，包角120°，支墩长2-3m，高1.5-2.5m，宽2.4m；暗埋管槽用细石土回填至原地面，并保证管顶覆土厚度不小于0.7m。

5 结束语

灌区输水管线较长，其工程区涵盖距离较长的地形复杂地带，这使得倒虹管在干渠工程施工建设中起着非常重要的作用，它是两座山体间输水管线的桥梁。由于倒虹管大多在极其复杂的地势条件下修建，在设计倒虹管的时候应特别注意，在发挥倒虹管穿越障碍物作用的同时，也要充分考虑走线合理、排水顺畅、维修方便、经济安全等诸多因素。

参考文献

[1]冉贞俊，张传雷.凹型倒虹管的设计要点与实例分析[J].水利技术监督，2012（1）：46-48.

[2]戴元富，王波.倒虹管建设管理与质量控制[J].水利建设与管理，2013（9）：56-58.

作者简介：陈学义（1988-），男，汉族，贵州毕节人，本科，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。