倒虹吸技术在水利工程的运用

摘要：在水利工程中，倒虹吸技术占有重要地位，并发挥着关键性作用。对于倒虹吸技术而言，在道路河流中会发生交叉，在渠道穿越山谷中，则会利用立交水工建筑物。在一定程度上讲，倒虹吸技术的利用，对水利工程应用具有一定影响。在当前形势下，政府给予了倒虹吸技术一定的关注，有效规划倒虹吸技术应用方案，促进有施工作业的有序开展，为水利工程创造出良好的条件。文章针对倒虹吸技术进行了分析，并分析水利工程中倒虹吸管设计。

关键词：倒虹吸技术；水利工程；运用

在现代化建设事业中，工程建设是极为重要的，发挥着关键性作用。在经济发展水平下，工程建设项目数量愈发增多，对于水利工程建设，倒虹吸是极为关键的。渠道和道路较为接近，当为平面交叉情况，应在倒虹吸建筑下，确保水可以从路面通过。在一般情况下，倒虹吸是以竖井式设计为主，对泥沙具有清除作用。另外，倒虹吸分为圆形与箱型两种方式，在物理原理作用下，确保水往高处走。基于倒虹吸技术来讲，要想在真正意义上保证倒虹吸技术在水利工程中发挥应有作用，应设置进口段、管身段和出口段。倒虹吸和虹吸管具有相似之处，从立面角度讲，呈现出弓形，与其不同的则为弓弯向下。从输水原理角度讲，倒虹吸与虹吸管相同，都是利用上下游水位差，但倒虹吸在工作过程中，不需要人为对管中的真空进行制造，因而利用具有普及性。

1工程概述

某水利工程项目，在南水北调中线工程周口境内，工程项目主要是由渠道倒虹吸和退水闸以及节制闸构成，其中混凝土施工占据一定地位。文章结合工程具体情况，指出了倒虹吸在水利工程当中的运用。

2倒虹吸概述

2.1倒虹吸构造

对于倒虹吸管而言，主要分三部分内容，分别是进口段、出口段和段身三部分内容。

2.2进口段

在进口段中，包含了渐变段、沉砂池和闸门等内容，启闭设施、连接段和进水口也是组成内容。基于渐变段，发挥着重要组作用，连接了渠道和倒虹吸管进口沉砂池间的过渡段，一般以扭曲面为主，具有较小的水头损失。而沉砂池，最为主要的优势在于会拦截并沉淀渠道来水携带的大粒径砂石杂物，避免进入到管内磨损管道，避免管道出现淤积[1]。闸门主要为了满足临时停水和清淤等需求。虹吸管进口应设置闸门，一般是以平板闸门或是叠梁式闸门为主。拦污栅，要想在真正意义上避免漂浮物进入到倒虹吸管中，应将拦污栅设置在闸门前，栅面和水平夹角应为75。，便于提高过水断面，降低流速与水头损失，也利于清污。工作桥，对于工作桥主要是在启闭闸门与清理拦污栅中进行利用。桥横断面一般是以T形为主。连接段，是在闸门之后设置，虹吸管进口前的静水池段，主要是两侧侧墙与下游侧挡水胸墙构成的。从结构形式角度讲，分为消力池式和斜坡式。进水口，最为主要的作用是降低水头损失，虹吸管进水口形状为喇叭状。喇叭形始末断面直径应在1.4，喇叭口长度应为管道内径的1倍。

2.3出口段

在出口段中，虹吸管具体分为以下几点内容，分别是出口闸门、消力池和出水口等相关内容。出水口，主要是出口挡水胸墙内进行设置的，不管是形式选择，或是布置要求和进水口大概一致。但由于出水口外形，对水头不会产生损失，要想利于施工，可以将管道放入到出口胸墙中。出口闸门，针对双管，或是多管倒虹吸，要想利于管理运用，经常在出口将闸门进行设置，而虹吸管进、出口具备着较大的水位差[1]。基于这样的情况，应设置出口闸门，利于闸门开度对上游水位进行调节，确保不同流量时，管进口为淹没状态。消力池，对流速分布进行调整，确保水流可以进入到下游渠道中，防止出现冲刷，一般都是在出口闸门设置消力池。如果水流流速很小，将不需要消能。出口渐变，出口渐变一般以扭曲面形式为主。

2.4管身段

在管身段中，主要以以下几点内容为主，分别是管壁厚度、泄水孔和接缝等内容。管壁厚度，应依据管径与工作水头大小情况，初拟尺寸时，可以对已建工程经验进行参考，或是利用近似法，依据荷载，在结构计算下，进行修正和校核，并进行抗裂计算。管身分缝和接缝，主要分为两种方法，一种是现浇管，另一种则是预制管方法。管身支承，钢筋混凝土圆管，或是箱形管和地基连接部件，则为管身支承，支承形式和土石坝下埋管极为相似。泄水，基于高水头倒虹吸管，主要是为了满足检修和清淤等需求。

3倒虹吸施工管理优势作用

第一，在实际施工中，倒虹吸技术包含较多方面，具体为深基坑开挖施工，或是金属结构安装施工和混凝土浇筑施工等。在施工项目中，倒虹吸技术管理时，应对施工进行全面了解，并将施工设备准备工作落到实处[2]。第二，施工管理环境具有复杂性。基于倒虹吸施工，在地形地貌上极为复杂，由于施工项目是交叉作业的，出现安全事故的几率较大。而倒虹吸施工管理中，应考察施工环境，确保安全系数的提升。第三，针对倒虹吸施工管理，应进行全程控制。要想在真正意义上确保倒虹吸安全质量，有效控制全过程施工，这样才能提高倒虹吸施工安全性能，确保各个环节在安全标准中，还能保证倒虹吸建设具有良好效果，并达到相关要求标准。

4倒虹吸管设计

在倒虹吸管设计当中，包含了管路与进出口设置，还包含水力计算与结构设计。对于倒虹吸管检修具有一定的困难性，在实际设计当中，应给检修创造出便利条件。针对倒虹吸管构造的认识，明确构造是极为复杂的，要想在真正意义上在水利工程中发挥应有作用，和工程具体情况结合开来，并进行优化设计。

4.1管路布置特征形式

依据相关资料和以往倒虹吸利用情况，倒虹吸管设置过程中，给予布设管路一定的关注。管路在实际设计时，应考虑管路埋设情况，并考虑高差大小[3]。在正常情况下，从布置形式角度讲，依据管路埋设情况，倒虹吸管主要以四种布置形式为主，一种是竖井式，另一种则是斜管式，第三种是曲线式，最后一种则为桥式。第一，竖井式。对于竖井一般都是在内压水头低，流量小，穿越道路的倒虹吸中利用。这种倒虹吸管从结构上看，极为简单，并且管路较短，但流水条件较差，大多数都是在规模很小的倒虹吸管中利用。第二，斜管式。斜管式都是在内水头小，穿越渠道倒虹吸中利用。在河流主槽底部，将水平管段设置其中，两端利用斜管段和进、出口相连，具有较好的水流条件，同时构造极为简单，并且施工便利，在工程中具有有效的利用。第三，曲线式。如果河谷较宽，岸坡较缓，地形具有复杂性，倒虹吸管可以和地形同步敷设为曲线形。曲线倒虹吸管具有较小的开挖量，施工较为方便，同时水流条件较好。受温度影响，或是地基沉陷，会导致管身裂缝，出现泄漏的情况，对工程安全造成不良影响。第四，桥式。如果渠道通过窄深式河谷过程中，要想减少管道内压水头，降低水头损失，减少管长与施工难度，以深槽部位建桥，在桥面上将管道敷设其中，或是支撑在桥墩上。另外，在山坡转弯处，管道应设镇墩，将虹吸管放水孔设置在镇墩上，兼作维修，利于检查维修。

4.2进出口渐变段设计

对于渐变段会消耗较多的水头，管身允许消耗的水较少，造成管身断面将不断加大，建筑物投资具有一定的难度性。基于这样的情况，不断优化进出口渐变段。渐变段长度不能太长，如果渐变段长度为固定值时，增加渐变段长度，对减少水头损失作用很小[3]。另外，渐变段底坡不能特别大，假如渐变段进出口底部高程较大，渐变段长度可以增加，降低底坡渐变段，降低水头损失。

4.3管身形式和闸墩设计管身形式

对于圆管施工具有复杂性，不能进行现浇制模，会导致管座工程量的增加，以矩形孔口多孔一联方式。这种形式施工具有便利性，并且不用进行特殊化处理。墩头形式，对水头损失会造成影响。闸门在全开状态时，流线形墩头水头将会出现较大的损失，但和半圆形墩头相比，损失略小一些。但闸门没有完全开启时，流线形墩头在进出口水流具有较大的影响，会增加一定的损失。

5倒虹吸施工技术

5.1倒虹吸基础开挖工作

作为测量人员在开挖施工前，将测量工作做好，明确基础开挖位置，并确定开挖线。在这样的基础上，将施工区域当中的清理工作落到实处，例如清除区域当中的杂物和树叶等等。另外，在机械作用下，进行基础土石方开挖工作。基于坚硬岩石层，利用人工大眼放炮的方式。在挖机配合清渣的作用下，可以提升施工效率，提高施工效果[4]。如果倒虹吸开挖施工与图纸规定基底标高相吻合，应关注基础承载力。而假如基础和规定要求不一致，应依据具体情况，利用相关处理对策。

5.2倒虹吸模板施工

在倒虹吸施工中，模板不仅是重要设施，并发挥着极为有利的作用，对倒虹吸施工建设具有一定的现实作用。模板在一般情况下，主要以钢模形式为主，钢模应确保表面凭证。倒虹吸施工模板在尺寸上应保证规范性，接缝极为紧密，这样才能确保施工时不会出现漏浆的情况。固定模板以后，可以利用钢管起到支撑作用。模板在进行安装或是拆卸时，都是在人工作用下完成的，因此在具体施工中，需要很多工作人员参与其中。

5.3倒虹吸管道安制工序

在生产压力钢管时，委托倒虹吸是公共要求，确保施工压力钢管和施工规范相吻合。压力钢管在生产过程中，将材料选择落到实处，保证安装材料质量。针对钢管制作或是安装，利用的施工材料都是在监理工程师许可下进行的。而焊接材料在压力钢管中也是极为关键的材料，保证焊接方法与母材材质相吻合。压力钢管在实际安装过程中，将钢管运输施工工作落到实处，保证钢管可以及时的融入到安装施工中[5]。另外，钢管安装定位方案设计工作做好，给予压力钢管安装施工一定的指导，将钢管安装调整工作做好。在具体施工中，假如钢管安装和图纸设计存在偏差情况，则应进行调整。例如龙陵县饮水工程中，为了防止管道小流量，水力脉动出现紊流振动，在3号镇将突壳消力腔进行设置，目的是为了对管道运行状况进行改善。为了给予消力腔利用一定的配合，倒虹吸进水口以竖井进水型式进水为主。

5.4倒虹吸混凝土浇筑施工

在倒虹吸施工中，混凝土浇筑施工是极为关键的，发挥着重要作用，对倒虹吸建设具有一定意义。混凝土浇筑施工过程中，确保混凝土搅拌制作具有集中性，关注混凝土坍塌度，并给予均匀性一定的重视。在进行浇筑时，关注振捣工作，这样才能提升混凝土浇筑施工质量[6]。另外，混凝土浇筑施工前，基于模板和支架，应进行检查，保证施工设备好设计要求相吻合。

6结束语

综上所述，对于倒虹吸是渠道交叉建筑物，具备一定的优势作用，例如造价低，并且工程量较少，施工具有便利性，不会对河道供水宣泄造成影响。在引调水工程中具有有效利用，还可以优化配置水资源，对生态环境起到了改善作用，能够在真正意义上提升群众生活水平，增强国力，具有一定的现实意义。

参考文献

[1]李丹.浅论倒虹吸技术在水利工程中的应用[J].吉林农业:学术版,2019.

[2]张欣,张永先.新型防护结构在倒虹吸工程中的应用研究[J].水利技术监督,2017,24(005):129-132.

[3]刘文静.倒虹吸技术在水利工程中的应用[J].科技创新导报,2017(20).

[4]郗万霞.浅论倒虹吸技术在水利工程中的应用.工程技术(引文版),2018.

[5]曾桂香.三维接触元理论及其在水利工程倒虹吸结构设计中的应用[J].中国农村水利水电,2018,(008):112-113.

[6]金鑫.倒虹吸技术在水利工程地基施工处理中的应用——以南水北调滹沱河倒虹吸工程为例[J].中国水运(下半月),2018,015(001):126-127.

作者:董钰国 单位:甘肃省水利水电工程局有限责任公司