虹吸管在小型水库泄水涵管改造中的应用

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简介： 采用虹吸管这种新型技术取代小型水库中的坝下涵管，可以彻底消除土坝放水涵管的隐患，节约工期约两个月，按虹吸管道长度 70~100m 计算造价约 10 万 ~15 万元，比大开挖坝体重新埋设涵管节约投资 10 万元，效益十分明显。
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　　坝下涵管更新改造方案选择

　　常规对坝下涵管的处理是对坝体进行大开挖，按开挖坝高 15m ，开挖边坡 1 ： 1 ，坝顶宽 5m 计算，需要开挖坝体 1 万 m 3 左右。加上回填土方 1 万 m 3 ，这两项投资约 25 万元，而且开挖回填工期长，新回填土方与老坝体土方存在沉降差，容易出现土方结合不好，坝体出现不均匀沉降，产生裂缝等现象，若采取开挖隧洞，由于该区南片属半山区半丘陵地带，大部分水库周边山体的岩质情况不好，没有开凿隧洞的条件，而且造价更高。

　　在第一批 7 座水库中安装了 DN300mm 的虹吸管，使用情况良好，管材采用镀锌焊接钢管，经充水后，打开阀门，出水水流饱满、平顺、管身无振动，经局会同有关部门现场会审后，认为基本能取代坝下涵管，并在今后的水库除险加固中全面推广，迄今为止，我区共安装虹吸管（取代坝下涵管） 60 余台套，运行情况良好。

　　进水口与管顶的安装高度 h s 需要考虑真空度余量，一般控制在 8m 以下的安装高度，下游出水口低于进水口 2m 以上。

　　经实际运行检验，出水效果良好。管道在运行中难免有空气跑入管道，我们在管道最高点设了一个液气交换箱，该液气交换箱的功能是把跑入管道中的空气与箱中的水体进行交换，一箱 200L 的水一般可维持 30~40d 正常使用，箱中水位降至 1/3 左右，可由人工添加箱中水量，保证虹吸管的正常运行。

　　在我区小型水库中一般采用 DN300 的虹吸管，管材采用 A3 钢板焊接，镀锌处理，穿坝部分则采用热轨无缝钢管，管道所有部件采用焊接，对原有坝下涵管挖除头部，在管道中用压力泵灌满砂浆，彻底封堵截消除隐患。

　　施工和质量控制

　　虹吸管的施工必须严格把关，重点是做到整个管道的严密性良好，各种阀门无漏气，保持管道的真空度。

　　因为管道阀门件、液气交换箱都为现场焊接，管道按设计就位后，对钢管的下半圈的焊接要求立焊，需分多次均匀的焊接，或者采用一些新型的焊接技术，如 CO 2 气体保护半自动焊等工艺。

　　对阀门的焊接，特别要注意的是电焊产生的高温对阀门内的密封圈产生破坏，一般采用水对阀门进行冷却，使高温不能传导到密封圈。

　　整个管道安装完成后，必须进行严密性试验和强度检测合格后，才能覆盖，强度检测按相关规范进行，严密性试验采用 5kg 压力。

　　虹吸管应用的条件和运行中应注意的问题：

　　1 ）虹吸管应用的条件www.civilcn.com

　　因受虹吸管真空度的限制，虹吸管的最高点与进水口低水位的高差一般 ≤ 8m ，所以较适用于坝高小于 10m 的水库。在我区水库坝下涵管改造中，也有在坝高 15m 的水库中应用。采取的方法是利用顶管技术在大坝上部顶进钢管，财与虹吸管的上下游段相焊接，控制虹吸管的吸水高度在 8m 以下。利用顶管这种方法，应特别注意做好顶管段与大坝防渗体的连接截渗问题，避免在管道周边形成渗流通道。

　　针对每座水库下游用水量和泄洪的要求，分别采用了 DN200~DN1500mm 不等直径的虹吸管，实际运行情况良好，池水流量能达到 0.1~6.68m 3 /s ，可以适用于十万 m 3 到几百万 m 3 的大、小水库。

　　2 ）应注意的事项和运行管理

　　虹吸管管材的选择上，应选用优质的 A3 焊接钢管或者无缝钢管。对管道做镀锌处理，保证管道的长期运行抗腐蚀。对管道的焊接质量要求很高，故必须选择专业的焊接队伍，监理全程旁站监督，并做强度检测和严密性试验。

　　对于虹吸管安装后，更应注意日常的运行管理。虹吸管对于原坝底泄水涵（管）来说是件新事物，它的启闭是利用阀门控制，对阀门应该注意保养维护，避免日晒雨淋，有助于延长阀门的使用年限。应该落实专人管理和操作，对管理人员进行培训，使管理员能熟悉和掌握，避免误操作。一般间隔 15d 左右对虹吸管检查一次，观察液气交换箱水位管的水位，发现水位低于 1/2 时，须及时补充水量，防止管道中真空条件破坏。

　　结语

　　采用虹吸管这种新型技术取代小型水库中的坝下涵管，可以彻底消除土坝放水涵管的隐患，节约工期约两个月，按虹吸管道长度 70~100m 计算造价约 10 万 ~15 万元，比大开挖坝体重新埋设涵管节约投资 10 万元，效益十分明显。

　　虹吸管在防洪时预先降低水库水位也能起到很大作用。如在大坞水库、黄石垅水库安装的 DN300 、 DN600 和 DN1500mm 的虹吸管，在防汛时上下游水位差 5m 时，放水流量分别可达到 0.21m 3 /s 、 0.96m 3 /s 、和 6.68m 3 /s ，在水库低水位，上下游水位差达 1m 时，流量分别为 0.1m 3 /s 、 0.43m 3 /s 和 2.98m 3 /s 。

虹吸管在水库加固保安中的推广使用，已经积累了很多经验，在设计、施工和日常管理上都已经趋于规范和成熟。到目前为止已在 60 余座水库的加固保安工程中进行了安装使用，累计节约国家投资约 600 万元，效益十分显著。