浅谈倒虹吸管设计要点与水力计算

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1、浅谈倒虹吸管设计要点与水力计算扎西普顿旺杰（西藏自治区水利规划勘测设计研究院，西藏拉萨８５００００）摘要：本文根据设计手册和规范要求，探讨了水工建筑物倒虹吸管的设计要点与水力计算，为设计类似水工建筑物，提供水力计算方法和设计经验。关键词：倒虹吸管设计与水力计算概述和功能倒虹吸管（又称反虹管、地龙或地涵）是设置在渠道与河流、谷地、道路相交处的压力输水建筑物，是一种水工交叉建筑物。由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、节约劳动力及三材、造价低等优点，在我国农田水利建设中广泛应用。倒虹吸管按布置方式通常分桥式（架空式）倒虹吸管和埋式（地面式）倒

2、虹吸管；按断面形状分圆形、箱形和拱形等；按建筑材料分木质、石质、陶瓷、素混凝土、钢丝网水泥、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、铸铁和钢板等。当渠道与河流、山谷、洼地、道路等障碍物交叉时，修建倒虹吸管从障碍物底部通过，把渠道的水输送到目的地。倒虹吸管输水系统一般由进口段、管身段、出口段三部分组成的。地形条件较困难时，可以适当降低，但管内流速应大于０．９ｍ／ｓ。当管内流速达不到０．９ｍ／ｓ时，应定期冲洗管内锈蚀和污秽等，保证管面光滑，减小糙率对流速的影响，冲洗流速不得小于１．２ｍ／ｓ。１倒虹吸管进口段应布置渐变段、沉砂池、排砂孔２．５和控制闸。

3、渐变段是上游渠道和进口沉砂池衔接建筑物；沉砂池是为避免上游渠道的悬移质流入倒虹吸管内，防止管道的堵塞与磨损，上游渠道的悬移质在沉砂池内沉淀后，通过排砂孔定期排砂，为整个倒虹吸管输水系统长期正常运行起到很大的作用；控制闸是当渠道不运行时，从上游渠道进水闸渗漏的少量水控制在沉砂池段，通过排砂孔排外，非运行期保证倒虹吸管管内无水，这对高原寒冷地区来说非常重要，冬季非运行时期，若管内有余水，管道由于冻胀引起而容易破坏，大大缩短了整个建筑物的寿命。倒虹吸管管身段除布设管道、支墩和镇墩外，根设计要点倒虹吸管水力设计的主要任务是通过水力计算选定管道的

4、横断面尺寸与管数以及进出口段各个部分的布置形式、尺寸和有关高程的确定。倒虹吸管设计要点为如下：２．６２据实际情况，还应布设通气管、检修孔、伸缩节和排砂闸阀等。通气管是为了避免管道内发生真空而可能招致事故；检修孔也叫进人孔，检查倒虹吸管管内时，检修或维修人员入进的口子；伸缩节作用是当管道受到热胀冷缩的影响时，防止管道的位移、变形和迫害；排砂闸阀是排放管道内的砂和污泥等其它杂物，应布置在管身最低处，以便排砂。倒虹吸管的纵向轴线应尽可能与障碍物轴线垂２．１直正交，以便倒虹吸管长度的缩短。应根据具体情况来选用适合的倒虹吸管形式，桥２．２倒虹吸管

5、出口段应布置消力池和渐变段。倒虹吸管水力计算在倒虹吸管水力计算时，首先按规范要求初步选式（架空式）倒虹吸管适用于河面与河滩较宽阔，河床深度较大的情况；埋式（地面式）倒虹吸管适用于河面与河滩较窄，或障碍物面积与深度较小的情况。２．７３定一个管内水流速值，然后计算初选流速相对应的管道直径（Ｄ）、上下游水位差（ｚ）、管道总水头损失（ｈω）和管流挟沙流速（υｎρ）、管壁厚度、进口拦沙池结构尺寸、出口消力池结构尺寸、下游渠底高程等；当水力计算的结果同时满足ｚ＞ｈω和υ＞υｎρ条件时，说明初选的管内水流流速值比较合理，按水力计算的结果进行可以设计；

6、否则，重新选定管内水流流速值，计算管道倒虹吸管一般采用金属管或钢筋混凝土管，管径２．３一般不宜小于２００ｍｍ。桥式（架空式）倒虹吸管的水平管的长度应依据穿越物的现状和远景发展规划而确定，水平管的底部与规划河面距，不宜小于５００ｍｍ。遇到冲刷河床应考虑防冲措施。倒虹吸管的上、下行斜管与水平管的交角一般不大于３０°。倒虹吸管管内流速一般选择为１．５～２．５ｍ／ｓ，在２．４７０电力工业《西藏科技》２０１２年２期（总第２２７期）直径等设计参数，直至满足规范和设计要求为止。出口段出口消力池水力计算：Ｌ≥（５～６）ｈＢ≥２ｂＴ≥０．５Ｄ＋δ＋３０Ｈ

7、＝Ｔ＋ｈ＋ΔｈＬ渐＝（４～６）ｈＲ＝（２．５～４）Ｄ上式中：３．３进口段进口拦沙池水力计算：Ｌ≥（４～５）ｈＢ≥１．５ｂＴ≥０．５Ｄ＋δ＋２０Ｈ＝Ｔ＋ｈ＋ΔｈＬ渐＝（３～５）ｈＲ＝（２．５～４）Ｄ上式中：３．１（１－９）（１－１０）（１－１１）（１－１２）（１－１３）（１－１４）（１－１）（１－２）（１－３）（１－４）（１－５）（１－６）Ｌ—消力池长度（ｍ）；ｈ—下游渠道设计水深（ｍ）；Ｂ—消力池宽度（ｍ）；ｂ—下游渠道底宽（ｍ）；Ｔ—消力池深度（ｍ）；Ｄ—管道内径（ｍ）；δ—管壁厚度（ｃｍ）；Ｈ—消力池侧墙高度（ｍ）；Δｈ—下游渠道超

8、高（ｍ）；Ｌ渐—出口渐变段长度（ｍ）；Ｒ—出口管道弯管半径（ｍ）。Ｌ—拦沙池长度（ｍ）；ｈ—上游渠道设计水深（ｍ）；Ｂ—拦沙池宽度（ｍ）；ｂ—上游渠道底宽（ｍ）；Ｔ—拦沙池深度（ｍ）；Ｄ—管道内径（ｍ）；δ