倒虹吸管的分类与管材选择

李福贵，刘 佳

(1. 呼玛县水务局，黑龙江 呼玛165100;2. 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 倒虹吸管及其适用条件

1.1 概念

倒虹吸管是铺设在地面或地下用以输送渠道水流穿过河渠、溪谷、洼地、道路以下凹式压力管道。在我国南方，它是一种常用的交叉建筑物。

1.2 适用条件

渠道穿越山谷等障碍物或其它渠道时，可用倒虹吸管、渡槽、填方渠道下的涵洞等交叉建筑物。这些建筑物各有其适用条件，选用时必须因地制宜，全面考虑。一般在以下情况可考虑采用倒虹吸管。

当输水渠道与河流、山谷、洼地、道路等障碍物或其它渠道交叉，高差很小，只有3 ～5 m，做渡槽或填方渠道及涵洞均不能满足洪水宣泄、或有碍船只、车辆通行时，应修建倒虹吸管从障碍物底部通过。

据湖南和贵州省的调查，倒虹吸管与20 ～30 m高的渡槽比，有用料少、省劳力、造价低、施工安全方便、不影响河道洪水宣泄等优点( 倒虹吸管的工程量仅为渡槽的30%、劳动力相当于40%、造价相当于50%) 。所以，当山谷、河流很深且宽，谷深超过30 m，修建渡槽支墩高，要高空作业，施工吊装困难且造价高;如做填方渠下涵洞，土方工程大，排水涵洞又长，需劳动力太多时，可采用倒虹吸管。

由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、劳动力及三材、造价低、可以工厂化生产等优点，多年以来，在我国南方农田水利工程中，修建了大量倒虹吸管，对建设旱涝保收、高产稳产农田起了一定作用。在山区，由于水头充裕，倒虹吸管特别受欢迎。湖南省芷江县梨溪口水库灌区的交叉建筑物中，倒虹吸管占30%。在水量充裕的地方，还可利用倒虹吸管跌差修建小型水电站，发挥综合利用效益。如贵州省在五里桥倒虹吸管修建了一座80kw 的小水电站。

倒虹吸管的缺点是水头损失大。在水头宝贵的灌区工程中，它的使用受到一定的限制。此外，通航渠道上亦不能采用倒虹吸管。由于承受高压水头，倒虹吸管在运用和管理方面亦不及渡槽等建筑物方便。

2 倒虹吸管的分类和造型

倒虹吸管按断面形状分，有圆形、箱形、拱形几种; 按建筑材料分，有木质、石质、陶瓷、素混凝土、竹筋混凝土、钢丝网水泥、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、铸造铁和钢材等多种。选择有什么断面型式和材料，要根据地形地质情况、管道流量大小、压力水头高低、建筑材料来源、施工设备能力、交通条件和经济指标来考虑。其中流量大小和水头高低是决定的主要因素。

2.1 倒虹吸管的断面形式

2.1.1 圆形管道

圆形管道湿周小，与同样大小过水面积的箱形、拱形管道比，水力摩阻小，水流条件好，过水能力最大。圆形管管壁所受的内水压力均匀，且具有拱的作用，抵抗外部荷载性能好，与通过同样流量的箱形钢筋混凝土管道比，可节约10%～15%钢材。圆管能承受高水头压力，预应力钢筋混凝土圆管、小流量钢箍木质圆管和圆形钢管都可承受150 ～200 m的水头。圆管施工方便，且适宜于在工厂内成批生产，质量较易掌握。因此，圆管是各种管道中应用最多的一种，国内现有倒虹吸管大都采用圆形断面。

2.1.2 箱形管道

箱形管道有矩形和正方形两种，可做成单孔或多孔，其结构形式简单。大断面的钢筋混凝土箱形管在现场立模浇制，比大直径圆管方便，虽其受力性能不及圆管，三材用量比圆管略多，但对于大流量、低水头的倒虹吸管道，采用箱形断面还是经济合理，应用较多的。多孔箱形管有利于调节水量、检修和防淤。箱形管在我国黄河、长江下游、淮河、海河、珠江三角洲及其他平原地区的低水头大流量倒虹吸管中应用较多。如山东省的黄庄穿涵，压力水头6 m，通过 流量238 m3/s，共分7 孔，每孔为4 m、4.2 m的矩形断面同。

小型箱形管道常由砖石砌的侧墙和底板与条石或钢筋混凝土的盖板构成，仅适用于2 ～3 m以下水头的小流量倒虹吸管。

2.1.3 直墙连结的正反拱形管道

这是从箱形管改革而成的管型，它的过水能力较箱形管大。由于顶板和底板做成正、反拱形，它更能适应平原河网地区的低水头、大流量和外水压力大、地基软弱的条件。江苏宜陵地涵即采用此种型式。

3 倒虹吸管的材料选择

倒虹吸管的建筑材料，国内外应用较广泛的为钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和钢板3 种。国内中小型工程也有用素混凝土和钢丝网水泥的。至于竹筋混凝土、铸铁、木质、石质及陶瓷的，已很少采用。

3.1 钢筋混凝土管

这种管具有耐久、价廉、变形小、节约金属材料、制造简便、糙率变化小，抗震性好等优点。国内外广泛用水输水、输油。其缺点是管壁厚、自重大、钢筋不能充分发挥作用，抗裂性能较差等。

3.2 预应力钢筋混凝土管

这种管除具有钢筋混凝土管的优点外，其抗裂、抗渗和抗纵向弯曲的性能( 有纵向预应力筋时) 都比钢筋混凝土管强。预应力钢筋混凝土管由于充分利用高强度钢筋，能节约大量钢材，又能承受高水头压力。在同管径、同水头压力条件下，预应力钢筋混凝土教官 的金属用量仅为金属管的10% ～40%，为钢筋混凝土管低。预应力钢筋混凝土管重量轻，吊运和施工安装方便，比钢筋混凝土管节省劳力约20%。预应力钢筋混凝土管不易锈蚀，使用寿命长。埋在地下的预制管( 预应力和非预应力的) 可使用80a 以上。另外，它还具有很好的抗震性能。

3.3 钢管

钢管由钢板焊接而成。因为它具有很高的强度和不透水性，所以可用于任何水头和较大的管径。陕西省宝鸡峡引渭灌溉工程的伟水倒虹吸管，钢管段直径2.9 m，是我国直径较大的钢制倒虹吸管，糙率小，水头损失小。钢管的缺点是刚度较小，常由于主管的环向变形使伸缩节内填料挤压不密实而在接头漏水。钢管的制造技术要求较高，要有熟练的电焊工人，且防锈与维护费用高，耐久性也不及钢筋混凝土管。故对高水头倒虹吸管，应首先考虑预应力钢筋混凝土管。

其它诸如素混凝土管、钢丝网水泥管等就不一一赘述了。

总之，不同断面、不同材料的倒虹吸管，各有其特点。在设计选型是，要本着因地制宜、因材设计的原则全面考虑。根据目前国内倒虹吸管运行实践资料、管道受力情况及工程投资情况，各主要管型的使用范围可用工作水头和管内径的乘积HDB来表示;HDB≤25 可采用素混凝土管; HDB=40 ～50 可采用钢丝网水泥管;HDB=20 ～120( 或150) ，视施工水平可采用钢筋混凝土管;HDB=100 ～300 可采用预应力钢筋混凝土管;HDB≥200 可采用钢管。

［1］余际可，魏璟，罗尚生，邓绥宇. 倒虹吸管［M］. 北京: 水利电力出版社，1983.