浅谈管道安装在倒虹吸中的应用

杨远航

(甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

倒虹吸是一种常见的水利工程设施，其主要用于城市供水管道中。倒虹吸的结构原理是利用重力和虹吸作用将管道中的水从低处输送到高处，从而实现供水管道的输送和分配。在倒虹吸中，管道的安装对于倒虹吸的运行和维护至关重要。将探讨管道安装在倒虹吸中的应用，并对其优缺点进行分析。

1 本标段主要建设内容及建筑物型式结构

1.1 标段主要建设内容

本标段为主体工程施工第63标，该标段从八干渠14#隧洞出口控制段桩号42+359.95 起～21# 隧洞进口控制段桩号 61+307.32止，标段渠线长18947.37m。主要建设内容为：14#隧洞640.84m，4#倒虹吸2757.67m(含4#退水闸及15#隧洞长492.83m)，16# 隧洞长 2006.79m，15#直斗节制闸长15m，17#隧洞长3232.75m，16#直斗节制闸长15m，18#隧洞长 3127.54m，5#倒虹吸长1075.59m(含5#退水及17#直斗分水口)，明洞22.15m，19#隧洞长 2345.88m，6#倒虹吸长296.02m(含6#退水闸)，20#隧洞长1739.82m，7#倒虹吸长552.67m(含7# 退水闸及六支渠分水口)，21# 隧洞长1119.65m。压力钢管采购与安装、水机设备采购与安装；对环境保护和水土保持措施实施。本标段隧洞、倒虹吸、明洞及退水管(渠)等建筑物设计流量 1.7m3/s，加大流量2.0m3/s。八干渠隧洞采用现浇混凝土衬砌，三心圆断面型式，纵坡1/1250，净断面尺寸宽×高=1.6×1.923(m)，设计水深 h=0.97m，设计流速v=1.18m/s，加大流量水深h=1.11m，流速v=1.21m/s。明洞采用现浇混凝土衬砌，三心圆断面型式，净断面尺寸及设计纵坡、流量均与隧洞相同。4#～7#倒虹吸进出口采用现浇钢筋混凝土箱型结构，倒虹吸管道均采用钢管，管径为 D=1.0m。直斗节制闸为开敞式单孔结构，采用钢筋混凝土浇筑，倒虹吸退水闸为地面开敞式结构，均采用管道退水，管材为钢管，管径D=1.0m和0.8m。

具体建设内容包括：1)隧洞的开挖、支护、混凝土浇筑及灌浆等主体工程的土建施工；2)隧洞间连接建筑物(倒虹吸、分水闸(阀)等)的开挖、基础处理、衬砌、护坡(岸)等主体工程的土建施工；3)闸(阀)室、直斗口、退水渠(管)、纵向排水沟、排洪渠、等建筑物土建施工；4)完成主体工程所必需的所有临时工程。

1.2 建筑物型式结构

本标段主要建筑物有隧洞、倒虹吸、明洞、分水口、退水闸、退水渠、架空管、各类阀井、镇墩等建筑物。

1.3 标段工程等别

本标段隧洞及连接建筑物等主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时性建筑物级别为5级；4#～7#倒虹吸主要建筑物级别为 2 级，次要建筑物级别为3级，临时性建筑物级别为4级。

2 倒虹吸原理及优点

2.1 原理

倒虹吸的原理是进出口两端的压强基本等于大气压，而进口端的水位压力大于出口端的水位压力，因此推动倒虹吸流动的能量来源是倒虹吸管道进出口之间的水位差，是水位差推动水的流动。

倒虹吸是在渠道与道路、河流等发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物，当水渠穿越道路、河流等障碍时，利用管道连通的方式使其水流从路面或河沟下穿过；倒虹吸现象是利用水柱压力差，是水上升后在流到低处。

2.2 优点

1)高效输送：倒虹吸可实现高速、高效的流体输送，尤其适用于长距离输送；2)稳定性好：由于倒虹吸受重力作用影响较大，流体在管道中的流动更加稳定，减少了泄漏的风险；3)灵活性高：倒虹吸可以适应各种复杂的地形和环境条件，具有较强的适应性；4)易于维护：由于倒虹吸结构简单，维护成本较低。

3 管道安装在倒虹吸中的应用要点

3.1 管道敷设

在进行敷设施工之前需要先对沟槽的深度、宽度等进行详细检验，保证全部符合要求后，再进行管道敷设。管道连接作业时，尽量在沟槽内进行，吊装采用吊装带和风绳辅助平衡下移，以免发生管道划伤问题。本工程在进行管道敷设时，在沟槽内完成连接，采用25t吊车吊装，在吊装时必须保证钢管处于平衡状态，将钢管缓慢放入到沟槽底部，钢管吊装时要加强保护，以免发生较大振动，更加不能抛甩钢管。

管道在进行穿越或者是安装中断，以及每次施工收工之后，需要对管口进行封堵处理，以免杂物进入到管道内部，影响最终的施工质量。

3.2 管道坡口加工处理

为保证倒虹吸中管道安装施工质量，就必须切实做好坡口加工相关工作，由于本工程采用的管道壁厚不足25mm，为方便焊接操作，保证焊接质量，管道坡口需要加工成“V”字型坡口，坡度在25°～30°之间。坡口采用氧气乙炔半自动切割机进行加工处理，针对一些特殊位置，可采用手工切割加工。当坡口加工完成后，还需要去除坡口表面的Fe2O3和打磨抛光处理，露出钢管母材原有的金属光泽后再进行焊接作业。

3.3 管道焊接

管道焊接是钢管安装在倒虹吸中应用的关键环节，焊接质量直接关系到管道安装的成败。因此本工程在管道安装之前，先进行焊接工艺试验，试验结果上报给现场监理工程师，经现场监理工程师审核通过后方可进行焊接作业。本工程采取氩弧焊打底，氩弧焊焊丝采用ER50-6，手工电弧焊填充盖面，焊条采用J507型，焊接作业时需要严格按照设计图纸的要求，打好坡口[1]。所使用的焊接材料需要和钢管母材材质相一致，焊条要选择低氢型J507焊条，每根焊条在使用之前，需要对其外观质量进行详细检查，同时严格按照设计要求和相关规范进行烘干。

所有拟焊面和坡口两侧50～100mm范围内需要进行全方位去除Fe2O3、铁锈、油污处理，检查合格后再进行焊接作业。为减小焊接变形和应力收缩，保证管道安装质量，本工程在焊接作业中采用了定位焊技术，定位焊长度不能小于50mm，间距控制在100～400mm之间，厚度不宜超过5mm，在进行正式施焊之前，需要对定位焊的位置、质量等进行检查，如存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷需要清除后方可进行焊接。

由于本工程压力钢管壁厚较厚，为了保证焊接质量，采用了分层焊接的方法，每焊完一层，清除焊渣和打磨平整后，再进行下一层焊接，每层焊缝要保持连续焊接，避免中途停止。不能在坡口之外进行引弧作业。

3.4 焊缝质量检测

所有焊缝全部焊接完成，需要组织专门的质量检测人员对焊接质量进行严格检测。本工程在管道焊接质量检测中采用了超声波检查+X射线检测相结合的方法，焊缝检测结果，需要在48h内报送给给现场监理工程师进行验收。若存在气孔、夹渣、裂纹等影响焊接质量和母材强度时，采取返修措施。

3.5 管道母材及焊缝防腐要求

本工程钢管防腐要求：涂装前对钢管母材表面进行除锈处理，除锈完成的管道应立即防腐，以防再次锈蚀，保证在除锈后8h完成钢管采取除锈防腐，除锈标准为Sa5/2级，粗糙度为50～90um。钢管内壁防腐采用热熔结环氧树脂粉末(EP)防腐，厚度大于0.45mm：外壁防腐采用聚乙烯(PE)防腐，厚度大于1.8mm。焊缝防腐：在焊缝检测合格后，钢管焊缝需涂刷两层超厚浆型环氧沥青防锈底漆，第一层超厚浆型环氧沥青防锈底漆涂刷厚度≥250um、第二次涂刷超厚浆型环氧沥青面漆厚度δ≥250um；内壁防腐工序流程：除锈→清理→底漆一遍→面漆一遍。

3.6 管道试压和验收

在进行管道试压前，采用10%水泥土将管道两侧分层回填，并分层夯实，尤其是管道底部的空隙要填充密实，直到回填到管顶以上200～500mm位置后方可进行试压操作，但要注意管道接口1000mm范围内先不回填，以便观察试压情况。本工程试压时以水作为介质，缓慢向管道内注入水，排出管道内的空气，试压压力应不小于管道实际使用压力的1.5倍，最小不能小于1.0MPa，持续保持压力2h以上，严密性试验压力应为管道实使用压力的1.15倍，持续保持压力的时间不能低于8h。若采用气体作为试压介质，在试验时需要用肥皂水反复涂抹管道连接位置。在试压操作中可用的方法有两种，一种是全管线试验，另一种是分段试验，试压管段的长度应结合现场实际条件合理选择。针对无节点连接的管道，试压管道段的长度不应超过1.5km，而有节点连接的管道，试压管道的长度则不应超过1km。法兰连接的管线应在试压完成后，将螺丝重新紧固一次。管道试压需要建设方和施工方同时进行，管线分段试压达标合格后，还需要进行全线试运行，确认无异常情况后才能交付使用，试压完成后，需要及时泄压，将管线中的水通过放空管全部排出。

在维持压力不变的时间段内，若出现了压力下降的问题，可采用加压泵加水的方法补充压力。对有压管线水损失量不能超过0.001L/h·km。水压试验的压力需要保持缓慢提升，达到设计水压后，需要稳压10min，再提升到试验压力，达到试验压力后，岔管需要再稳压30min。然后再降压到设计压力，持续稳压30min，以便有充足的时间观测和检查管道安装质量情况[2]。全部试验完成后，承包人需要及时向现场监理工程师提供水压试验成果报告，报告中内容包括试验过程、测试结果、发生异常的情况、异常处理措施、评价意见等，经现场监理人员审核通过后，方可对整条管道进行冲洗消毒，冲洗水采用清洁水，浊度不能超过5NTU，冲洗水的流动速度应控制在1m/s以上，直到冲洗水的排放水和进水的浊度相互一致后，方可停止冲洗。

3.7 管道安装在倒虹吸中应用时的注意事项

3.7.1 严控管道的安装位置和管道的材质

管道的安装位置和管道的材质对管道的使用寿命和稳定性有着重要的影响。管道的安装位置应该选择在倒虹吸的最低点，这样可以减少管道的振动和水流的冲击，从而提高管道的使用寿命和稳定性。同时，管道的材质也需要选择合适的，如铸铁、不锈钢等，这些材质具有较高的耐腐蚀性和耐磨性，可以有效地延长管道的使用寿命，本工程管道的材质选用Q355C螺旋焊管。

3.7.2 严控管道的连接方式和密封性

管道在倒虹吸中的连接方式和密封性也非常重要。管道的连接方式应该选择合适的，如焊接、法兰连接等，这些连接方式具有较高的连接强度和密封性，本工程管道的连接方式采用焊接。同时，管道的密封性也非常重要，应该采用合适的密封材料，如橡胶垫、石棉垫等，这些密封材料可以有效地防止管道漏水和渗漏。

3.7.3 注重管道的维护和保养

管道在倒虹吸中的使用寿命和稳定性不仅与管道的安装有关，还与管道的维护和保养有关。在管道使用过程中，需要定期检查管道的运行情况，发现问题及时处理，如管道漏水、渗漏等。同时，还需要定期清洗管道，去除管道中的污垢和杂质，在停止供水后应及时通过放空管排出管道内部的余水；以保证管道的正常运行和供水质量。

4 施工效果分析

在案例工程施工中，采用了上述安装方法，取得了良好效果，具体如下。

1)提高管道的使用寿命。管道安装在倒虹吸中可以提高管道的使用寿命。在倒虹吸中，管道的安装位置和管道的材质等因素对管道的使用寿命有着重要的影响。管道安装采用合理的设计和材料，可以有效地提高管道的使用寿命。

2)稳定管道的工作状态。管道安装在倒虹吸中可以稳定管道的工作状态。在倒虹吸中，管道的工作状态会受到多种因素的影响，如管道的振动、水流的冲击等。管道安装采用合理的设计和材料，可以有效地减少管道的振动和水流的冲击，从而稳定管道的工作状态。

3)降低管道的维护成本。管道安装在倒虹吸中可以降低管道的维护成本。在倒虹吸中，管道的维护成本主要包括管道的更换和维修成本。管道安装采用合理的设计和材料，可以有效地减少管道的更换和维修成本，管道安装在倒虹吸中还可以提高倒虹吸的工作效率[3]。管道安装在倒虹吸中可以减少倒虹吸的水流阻力，从而提高倒虹吸的工作效率。

5 结语

综上所述，管道安装在倒虹吸中是一种常见的水利工程设施，可以提高管道的使用寿命、稳定管道的工作状态、降低管道的维护成本和提高倒虹吸的工作效率。管道安装在倒虹吸中可以提高管道的使用寿命、稳定管道的工作状态、降低管道的维护成本和提高倒虹吸的工作效率。但在管道的安装过程中，需要考虑到管道安装的位置、管道的材料和管道的维护成本等因素。只有在这些因素得到合理的考虑和处理后，才能达到最佳的效果。总之，倒虹吸作为一种重要的管道输送技术，具有较高的输送效率和稳定性。合理设计和安装管道对发挥其优势至关重要。通过改进材料、结构和工艺等方面，未来倒虹吸技术有望实现更广泛的应用和发展。