浅析倒虹吸工程运行管理经验

弋昭媛

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局,新疆乌鲁木齐 830001)

浅析倒虹吸工程运行管理经验

弋昭媛

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局,新疆乌鲁木齐 830001)

本文将以某供水工程的倒虹吸工程为例,对倒虹吸管道工程在运行管理过程中出现的问题及解决的方法进行阐述,希望对倒虹吸管道工程的施工建设、运行管理提供参考依据。

倒虹吸 管道 运行管理

1 工程概况

北疆供水工程三个泉倒虹吸工程位于吉拉沟三个泉5km处，进口与戈壁明渠末端相连，出口与沙漠明渠首部相连。全长10.627km，是全国规模、工作难度最大的倒虹吸工程。设计流量为30.5m3/s，加大流量为35m3/s。倒虹吸主要由进口段、管身段、出口段组成，其中管身段由钢管和预应力钢筒混凝土管(PCCP)组成，管道最大工作压力为1.6Mpa，其直径分别为2.7m和2.8m。工作压力＞1.4Mpa为双线钢管，工作压力≤1.4Mpa为双线预应力钢筒混凝土管。钢管管道为外露式，并以镇墩支承。

2 倒虹吸工程的安全监测项目及布置

为保障倒虹吸的安全运行，在其具有特征的部位设置一定的仪器设备，以监测该工程的结构性态变化，确保工程的运行安全。管道沿线布设自动化安全监测设备共有95个安全监测仪器，目前92个处于正常工作状态。另外对31组管道伸缩节进行人工观测。

测缝计：倒虹吸进口倾斜段PCCP管间接缝受到重力引起的拉力，在通水时还受到水流产生的推力，这些力均对PCCP管的接缝将产生作用，监测其变化将可预防接缝的不利变形，防患于未然。6支测缝计沿水流方向布置于PCCP管的接缝上。由于材料和结构的差异，在PCCP和钢管两端交接的接缝处应设置测缝计以监测其缝宽的变化。两端均设置2支测缝计共计4支。倒虹吸出口段变化更陡，故也对其进行相同的布置，在沿水流方向的PCCP管接缝上布置6支测缝计。

应变计：倒虹吸进口倾斜段及反弯段PCCP管的应力状态变化比较大，尤其是反弯段将受到较大的水流离心推力，监测其变化以预防管道因超限而产生裂缝有重要作用。在该部位沿纵向和环向各布置6支应变计共计12支。两PCCP端均设置纵向应变计2支和环向应变计2支共计8支。同样，由于材料和结构的差异，在PCCP和钢管两端交接处附近设置应变计以监测因材料的变化而引起结构应力的变化。钢管段两侧也各对应布置纵向应变计1支和环向应变计1支共计4支。在反弯段沿纵向和环向各布置6支应变计共计12支。

压力计：当倒虹吸管中的流量小于设计流量时，倒虹吸管进口将形成降水曲线，进水段成为无压流，管内发生水跃现象，由于水跃的脉动和掺气，将引起管身的振动，有可能使管身和伸缩接头的止水破坏，恶化管道的正常工作条件。三个泉倒虹吸高差达150多米，为监视进口段倒虹吸管因振动而引起的压力变化情况，在该管段设置高精度压力传感器2支。传感器除按正常周期监测外，当该处倒虹吸压力出现异常时，将连续加密监测30分钟，以期获得因振动导致管内压力的变化情况，并据以评估振动对倒虹吸管工作性状的影响。

渗漏计：在PCCP管道段上选择5个典型断面，在每个典型断面管道中央布设渗漏测孔，埋设花管，用弦式渗压计监测管道渗漏情况，共设5个测点。

经过这几年的运行管理，对自动化采集的数据进行分析，与工程输水和环境变化特性相一致，能够真实反映倒虹吸运行状况，起到了时时监控工程运行的目的。为工程的安全运行和运行决策提供了有力的技术数据保证。自动化监测已成为现行运行机制下的重要监测手段之一，在监控经验的不断积累下更好发挥其监测作用。

3 倒虹吸工程出现的问题及处理方法

三个泉倒虹吸工程2005年9月正式通水，已安全运行9年，在多年的运行过程中也出现过一些问题，解决这些问题的措施经过通水运行的检验，证明效果还是比较好的。

(1)根据倒虹吸运行管理中需重点进行检查观测的部位及在运行中易出问题的薄弱环节，结合工程本身的特性和运行特点，制定《倒虹吸工程运行管理控制要求》。其中确定了倒虹吸工程的运行控制标准，同时提出了在运行管理中应该严格遵循的操作规程和细则。(2)为确保倒虹吸工程的安全运行，制定切实可行的检查、检测实施办法和相应的实施细则，从而对工程薄弱环节加大检查检测力度，及时发现问题和安全隐患。《实施办法》、《实施细则》中对工程安全监测主要项目、监测内容、监测方法、监测数据成果分析汇总和资料整编等都进行了详细的要求，具有较强的可操作性。(3)倒虹吸进出口建筑物伸缩缝渗水处理，倒虹吸进、出口建筑物由于伸缩缝本身结构不完善等原因渗水较多。为保证建筑物所有伸缩缝的止水效果和建筑物的运行安全，2006年3～5月份对倒虹吸进出口建筑物所有第二道伸缩缝按照设计单位变更方案进行重新处理，其需处理伸缩缝总长度为2142.29m。按照设计变更方案，具体处理情况如下：1)拆除伸缩缝原有表层填缝材料，缝底增加一道封胶带或油纸作为隔离层，再用双组份聚硫密封胶灌缝。2)对原有外止水橡皮及其外压铁板的预埋螺栓周围增加密封腻子。3)对建筑物表面出现的较大砼裂缝，采用环氧类专用材料灌浆处理。(4)倒虹吸PCCP管道渗水处理，三个泉倒虹吸于2006年6月18日投入运行，6月21日凌晨巡视人员发现，正在运行的B线PCCP管堤两处覆土出现塌陷、裂纹现象，A管线注水过程中又发现46#镇墩挡墙处管接头渗水。6月22日，组织有关专家、施工单位，对镇墩接头渗水原因及处理方案进行了分析研究，并确定了处理方案。随后倒虹吸通过倒灌运行方法，采用双组密封胶填充并焊接方案，对A、B线双管街头问题分别进行检查处理。A线所有镇墩两侧接头打压64处，13处不合格，按照制定的处理方案于6月28日处理完毕;7月4日开始对B线进行全面检查共打压64处，10处打压不合格，该10处漏水部位于7月19日处理完毕，此次PCCP管接头渗水问题及其处理工作未影响倒虹吸管道的正常运行，并处理后一直到目前未出现渗水现象，处理效果显著，运行状况良好。(5)倒虹吸法兰垫片、缓冲阀及进人孔盖板O型圈的更换;2005年试运行期间，倒虹吸部分排气阀法兰垫片漏水，组织运行管理单位及施工单位于2006年4月初对进排气阀法兰垫片进行更换。在更换法兰垫片的过程中，发现部分排气阀闸阀根部出现裂纹，由此，对112个闸阀及6个缓冲阀进行全部更换。更换倒虹吸法兰垫片476个，进人孔盖板O型橡胶圈更换22个。(6)倒虹吸进口清污机改造;在2008年通水初期，由于上游渠道来流挟带杂草过多，运转负荷过大，致使倒虹吸进口清污机安全销剪断，链条脱轨，无法正常运转，对倒虹吸的正常运行造成安全隐患，对此，联系专业技术人员，对倒虹吸清污机采取拆除底栅、维修调整链条的处理措施，从而确保年度安全输水，目前清污机运转正常。(7)倒虹吸出口闸门导向轮脱落及其处理;由于出口闸门控制运行方式对出口闸门产生持续的振动原因，2007年停水后发现倒虹吸出口2#闸门有3个导向轮脱落，在2008年停水后经检查发现出口2#闸门3个导向轮脱落。2008年10月10日组织设计、施工单位对倒虹吸出口闸门导向轮频繁脱落问题召开专题会议，并根据现场调查情况，进行技术论证，提出了具体的解决方案。方案确定：对出口闸门导向轮脱落，采取加厚轮轴挡板并焊接的方案进行处理。取消原橡皮垫块，改用侧轮垫板替换并焊接到闸门边梁上，将侧轮装置焊接到侧轮垫板上，原螺栓连接取消，经方案处理后2009年没有脱落，但2010年至2012还是有脱落现象。2013年对导向轮进行改进采用此方案：在原有的导向轮销子上焊接加长过丝并用大螺帽固定销子，在螺帽中间打孔固定螺帽，两边加固垫片防止螺帽松动。按照此方案进行了处理，经过一年的试用导向轮未发生脱落现象，继续采用以上方法并在原来的基础上再加以改进。(8)倒虹吸钢管段伸缩节异常变形;2008年发现的倒虹吸管道部分镇墩处伸缩节变位异常情况，按照专题会议“变位异常的伸缩节可挠度最大变形总量为4.14度(16#镇墩伸缩节)，还在原设计角度变形总量范围5度以内，因此暂不处理;对伸缩节加强观测”的决定，我处一直在持续观测，年初3月份的观测表明变位异常的伸缩节相比去年有所恢复，但目前随着环境温度的大幅升高个别伸缩节的变位增加，目前最大值为4.88度，接近设计允许最大可挠度5度。从整个钢管段的变形过程来说，影响钢管段伸缩节变形最主要的因素是环境气温，通水之后，环境气温的影响依然存在，由于受管内水温的影响，变幅有所减少。管道内水压力对接缝变形虽然有一定的影响，但从整个接缝的变化过程来看，影响的量值较小，通水后，产生增大趋势的突变，但随后整体呈现出减小的趋势。

4 结语

由于倒虹吸管道已广泛应用于水利行业的各个工程，因环境、压力、长度、材料等不同因素的影响，工程的控制应用方式方法也不尽相同，本文仅针对该工程简单介绍倒虹吸管道工程在运行过程中的一些经验和建议，希望能对倒虹吸工程的运行管理提供一些借鉴。

[1]陈守开,丁兵勇.倒虹吸地涵混凝土结构施工期温控敏感性分析[J].农业工程学报,2011,(5)：7-12.

[2]张尹耀,谭林,魏锐等.南水北调中线工程七里河倒虹吸导流设计及施工[J].水利水电技术,2013,(5)：25-26.

[3]张倬元,蒋良文.倒虹吸形成深饱水带大型充填溶洞的典型实例——圆梁山隧道毛坝向斜深饱水带特大型充填溶洞的形成及充填物成灾机制分析[J].工程地质学报,2010,(4)：455-469.

[4]张龙飞,姚贤华,岳超然等.温度变化对大型预应力混凝土倒虹吸结构受力的影响[J].南水北调与水利科技,2013,(4)：196-199.

[5]丁利明.南水北调中线唐河倒虹吸工程施工技术[J].水利水电技术,2007,(5)：37-38.