三、倒虹吸管的布置与构造

（一）管路布置

倒虹吸管一般由进口、管身、出口三部分组成。进出口建筑物常见的是挡土墙、梁、板、柱结构。管路布置应根据地形、地质、施工、水力条件等分析确定。总体布置的一般原则是：管身最短、岸坡稳定、管基密实，进出口连接平顺，结构合理。根据流量大小及运用要求，可采用单管、双管或多管。根据管路埋设情况及高差大小，倒虹吸管的布置形式可分为以下几种。

1.竖井式

多用于压力水头较小（H＜3～5m）、穿越道路的倒虹吸（图12-32）。这种形式构造简单、管路短。进出口一般用砖石或混凝土砌筑成竖井。竖井断面为矩形或圆形，其尺寸稍大于管身，底部设0.5m深的集沙坑，以沉积泥沙，并便于清淤及检修管路时排水。管身断面一般为矩形、圆形或其他形式。竖井式水力条件差，但施工比较容易，一般用于工程规模较小的倒虹吸管。

图12-32　竖井式倒虹吸管

2.斜管式

多用于压力水头较小，穿越渠道、河流的情况（图12-33）。斜管式倒虹吸管构造简单，施工方便，水力条件好，实际工程中常被采用。

图12-33　斜管式倒虹吸

3.曲线式

当岸坡较缓（土坡边坡系数m＞1.5～2.0，岩石坡m≥1.0）时，为减少施工开挖量，管道可随地面坡度铺设成曲线形（图12-34）。管身常为圆形的混凝土管或钢筋混凝土管，可现浇也可预制安装。管身一般设置管座。当管径较小且土基很坚实时，也可直接设在土基上。在管道转弯处应设置镇墩，并将圆管接头包在镇墩内。为了防止温度引起的不利影响，减小温度应力，管身常埋于地下，为减小工程量，埋置不宜过深。从已建倒虹吸管工程运行情况看，不少工程因温度影响或土基不均匀沉陷，造成管身裂缝，有的渗漏严重，危及工程安全。

图12-34　曲线式倒虹吸

4.桥式倒虹吸管

当渠道通过较深的复式断面或窄深河谷时，为降低管道承受的压力水头，减小水头损失，缩短管身长度，便于施工，可在深槽部位建桥，管道铺设在桥面上或支承在桥墩等支承结构上（图12-35）。桥下应有足够的净空高度，以满足泄洪要求。在通航河道上应满足通航要求。

图12-35　桥式倒虹吸管

管道在桥头转弯处设置镇墩，并在镇墩上设置放水孔（亦可兼作进人孔），以便于检查修理。

（二）进出口段及管身段布置

1.进口段的形式和布置

进口段包括进水口、拦污栅、闸门、工作桥、进口渐变段及沉沙池等。进口段的结构形式，应保证通过不同流量时管道进口处于淹没状态，以防止水流在进口段发生跌落、产生水跃而使管身引起振动。进口具有平顺的轮廓，以减小水头损失，并应满足稳定、防冲和防渗等要求。

（1）进口段应修建在地基较好、透水性小的地基上。当地基较差、透水性大时应作防渗处理。通常做30～50cm厚的浆砌石或做15～20cm的混凝土铺盖，其长度约为渠道设计水深的3～5倍。

挡水墙可用混凝土浇筑，也可用圬工材料砌筑。砌筑时应妥善与管身衔接好。

对于岸坡较陡、管径较大的钢筋混凝土管，进口常做成喇叭口形。

当岸坡较缓时，可将管身直接伸入胸墙0.5～1.0m，并与喇叭口连接。对于小型倒虹吸管，为了施工方便，一般将管身直接伸入挡水墙内。

（2）双管或多管倒虹吸，在其进口应设置闸门（图12-36）。当小流量时可减少输水管道的根数，以防止进口水位跌落，同时可增加管内流速，防止管道淤积。

单管倒虹吸进口一般不设置闸门，通常在侧墙设闸门槽，以便在检修和清淤时使用，需要时临时安装插板挡水。

闸门常用平板闸门或叠梁闸门。

图12-36　双管倒虹吸进出口布置图（单位：cm）

（a）进口布置；（b）出口布置

（3）为了防止漂浮物或人畜落入渠内被吸入倒虹吸管内，在闸门前需设置拦污栅。拦污栅的布置应有一定的坡度，以增加过水面积和减小水头损失，常用坡度为1/3～1/5。栅条用扁钢做成，其间距为20～25cm。

为了清污或启闭闸门可设工作桥或启闭台。启闭台台面高出闸墩顶的高度为闸门高加1.0～1.5m。

（4）沉沙池的主要作用是拦截渠道水流携带的大粒径砂石和杂物，以防止其进入倒虹吸管内引起管壁磨损和淤积堵塞（图12-37）。有的倒虹吸管由于管理不善，管内淤积的碎石杂物高度达管高之半，严重影响了输水能力。

图12-37　沉沙池及冲沙闸布置图（高程单位：m；尺寸单位：cm）

在悬移质为主的平原区渠道，也可不设沉沙池。有输沙要求的倒虹吸管，设计时应使管内流速不小于挟沙流速，同时为保证输沙和防止管道淤积，可考虑采用双管或多管布置。在山丘地区的绕山渠道，泥沙入渠将造成倒虹吸管的磨损，沉沙池应适当加深。

（5）倒虹吸管进口前一般设渐变段与渠道平顺连接，以减少水头损失。渐变段形式有扭曲面、八字墙等形式。其底宽可以是变化的或不变的。渐变段长度一般采用3～5倍渠道设计水深。对于渐变段上游渠道应适当加以护砌。

（6）大型或较为重要的倒虹吸管进口一般设置退水闸。当倒虹吸管发生事故时，关闭倒虹吸管前闸门，将渠水从退水闸泄出。

2.管身段

（1）断面。倒虹吸管的断面尺寸主要是根据渠道规划所确定的上游渠底高程、水位、通过的流量和允许的水头损失，通过水力计算而确定的，通过计算还能确定倒虹吸管的水头损失值和进出口的水面衔接。

在实际工程中，渠道在规划时已确定渠道断面形式和上游渠底高程、倒虹吸管通过的流量和允许水头损失值。因此，倒虹吸管的水力计算内容有下列几种情况：根据需要通过的流量和允许的水头损失，初拟确定管道的断面形式和尺寸；校核能否通过规定的流量；计算管内流速，校核水头损失是否超过允许值。

管内流速应根据技术经济比较和不淤条件进行确定。

（2）分缝与止水。为了防止管道因地基不均匀沉陷及温度过低产生较大的纵向应力，使管身发生横向裂缝，管身应设置伸缩缝，缝内设止水。缝的间距应根据地基、管材、施工、气温等条件确定。对于现浇钢筋混凝土管，缝的间距一般为：在土基上15～20m；在岩基上10～15m。管身与岩基之间设置油毛毡垫层等措施，以减小岩基对管身收缩约束作用，管身采用分段间隔浇筑时，缝的间距可增大至30m。

伸缩缝的形式主要有平接、套接、企口接以及预制管的承插式接头等（图12-38）。缝的宽度一般为1～2cm，缝中堵塞沥青麻绒、沥青麻绳、柏油杉板或胶泥等。

图12-38　管身伸缩缝形式（单位：cm）

（a）平接；（b）管壁等厚套接；（c）管壁变厚套接；（d）企口接
1—水泥砂浆封口；2—沥青麻绒；3—金属止水片；4—管壁；5—沥青麻绳；6—套管；7—石棉水泥；8—柏油杉板；9—沥青石棉；10—油毛毡；11—伸缩缝

现浇管一般采用平接或套接，缝间止水用金属止水片等。近几年用塑料止水带代替金属止水，以及使用环氧基液贴橡皮已很普遍。

预制钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管的管节接头处即为伸缩缝。接头形式有平口式和承插式。承插式接头安装方便，密封性好，具有较大的柔性，目前大多采用这种形式（图12-39）。

为了清除管内淤积泥沙，放空管内积水和便于检修，在管段上应设置冲沙放水孔。冲沙放水孔也常兼作进人孔，进人孔也可设在镇墩上。

图12-39　钢筋混凝土管承插式接头

（a）平直型；（b）双楔型；（c）“63”型
1—承口；2—插口；3—橡皮圈

（3）镇墩。在倒虹吸管的变坡及转弯处都应设置镇墩，其主要作用是连接和固定管道。在斜坡段若坡度陡，长度大，为防止管身下滑，保证管身稳定，也应在斜坡段设置镇墩，其设置个数视地形、地质条件而定。

镇墩的材料主要为砌石、混凝土或钢筋混凝土。砌石镇墩多用于小型倒虹吸工程。在岩基上的镇墩，可加锚杆与岩基连接，以增加管身的稳定性。

镇墩承受管身传来的荷载及水流产生的荷载，以及填土压力、自身重力等，为了保持稳定，镇墩一般是重力式的。

镇墩与管端的连接形式有两种：刚性连接和柔性连接（图12-40）。

图12-40　镇墩与管端的连接（单位：cm）

（a）刚性连接；（b）柔性连接

刚性连接是把管端与镇墩混凝土浇筑在一起，砌石镇墩是将管端砌筑在镇墩内。这种形式施工简单，但适应不均匀沉降的能力差。由于镇墩的重量远大于管身，当地基发生不均匀沉陷时可能使管身产生裂缝，所以一般多用于斜管坡度大、地基承载能力高的情况。

柔性连接是用伸缩缝将管身与镇墩分开，缝中设止水，以防漏水。柔性连接施工比较复杂，但适应不均匀沉陷能力好，常用于斜坡较缓的土基上。

斜坡段上的中间镇墩，其上部与管道的连接多为刚性连接，下部多为柔性连接。

砌石镇墩在砌筑时，可在管道周围包一层混凝土，其尺寸应考虑施工及构造要求。

（4）其他结构。在倒虹吸管下应设置连续坐垫，若在较好的土基上修建小型倒虹吸管可不设连续坐垫，而设中间支墩，支墩的间距视地基、管径大小等情况而定，一般采用2～8m。

为防止温度、冰冻、耕作等不利因素影响，管道应埋设在耕作层以下；在冰冻区，管顶应布置在冰冻层以下；在穿越河道时，管顶应布置在冲刷线以下0.5m；当穿越公路时，为改善管身的受力条件，管顶应埋设在路面以下1.0m左右。

3.出口段的形式和布置

出口段包括出水口、闸门、消力池、渐变段等。其布置形式与进口段相似。

为运行管理方便，在双管或多管倒虹吸出口应设置闸门或预留检修门槽。为使出口与下游渠道平顺连接，一般设渐变段，其长度常用4～6倍的渠道设计水深。同时渐变段下游3～5m长度内的渠道还应护砌，以防止水流对下游渠道冲刷。渐变段的底部常设消力池。

倒虹吸管出口水流流速一般较小，消力池的作用主要在于调整出口水流的流速分布，以使水流较平稳地进入下游渠道，防止对下游渠道冲刷。