李偉
摘要:廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于廣州市白云區(qū)和花都區(qū)交界處,由于機(jī)場(chǎng)第三跑道建設(shè)征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道,需要對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊的灌溉及排水工程設(shè)施進(jìn)行改造,灌溉改造線路與機(jī)場(chǎng)供油輸送管發(fā)生交叉,灌溉渠道采用倒虹吸方案穿過機(jī)場(chǎng)供油輸送管,本文以廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程中右干渠過機(jī)場(chǎng)供油輸送管倒虹吸為例,介紹倒虹吸的設(shè)計(jì)過程。
關(guān)鍵詞:機(jī)場(chǎng)輸油管;倒虹吸;設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):TV672.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-3024(2016)09-85-02
前言
當(dāng)輸水河渠與河流、山谷、洼地、道路等障礙物或其他渠道交叉,且高差較小,建渡槽或填方渠道及涵洞均不能滿足洪水宣泄,或有礙船只、車輛通行時(shí),應(yīng)修建倒虹吸管從障礙物底部通過。倒虹吸管是長(zhǎng)距離輸水工程中通過山谷、河流、洼地、道路或其他渠道的壓力輸水管道,是一種渠道交叉建筑書,是輸水及灌溉渠系工程中的重要建筑物之一。
由于倒虹吸管具有工程量少、施工方便、節(jié)約勞動(dòng)力及三材、造價(jià)低、有的還可以工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),因此在我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)中修建了大量倒虹吸管,對(duì)建設(shè)旱澇保收、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田及供應(yīng)城市工業(yè)和生活用水都起了一定作用。
廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程中對(duì)白云區(qū)右干渠進(jìn)行改道,渠道線路與機(jī)場(chǎng)供油輸送管交叉,經(jīng)過方案比選后選用了倒虹吸方案。
1.工程概況
廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于廣州市白云區(qū)和花都區(qū)交界處,機(jī)場(chǎng)在2010年完成的第三跑道建設(shè)工程主要是在現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)范圍向東拓展:第三跑道北部邊線與現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)邊線一致,并向東延伸0.55km左右至花都高溪河附近;第三跑道南部邊線沿現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)邊線向南延伸1.33km至廣州MPC國(guó)際鋼構(gòu)有限公司附近;第三跑道東部邊線向東拓展0.4km左右;第三跑道總占地面積2.35 km2。由于機(jī)場(chǎng)東擴(kuò)建設(shè)而征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道,從而導(dǎo)致原有灌溉及排水體系的變更,為了既保證機(jī)場(chǎng)建設(shè)的順利進(jìn)行,又能保障機(jī)場(chǎng)周邊的灌溉及排水安全,需要對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊的灌溉及排水工程設(shè)施進(jìn)行改造,此范圍內(nèi)涉及的主要水利工程有右干渠、李溪干渠、九支渠、新星分干渠、明星分干渠及南田機(jī)場(chǎng)周邊排渠。右干渠自廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)聯(lián)邦快遞項(xiàng)目涉及灌溉系統(tǒng)第一階段白云區(qū)改造工程樁號(hào)Y3+910開始改線,沿機(jī)場(chǎng)征地邊線向南至人和鎮(zhèn)明星村向西拐彎穿過機(jī)場(chǎng)征地內(nèi)的燈光帶后貼機(jī)場(chǎng)征地邊線向西行走至廣州MPC國(guó)際鋼構(gòu)有限公司附近后連接現(xiàn)有右干渠,最終引水給白云區(qū)。
2.方案比選
根據(jù)《關(guān)于白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道涉及灌溉系統(tǒng)改造工程設(shè)計(jì)工作有關(guān)問題的復(fù)函》的附件中明確油管中心高程為14.56~14.85m(廣州城建高程系統(tǒng),下同),而該段右干渠設(shè)計(jì)渠底高程為15.43m,供油輸送管管徑230mm,壁厚10mm,則該段右干渠渠底高于油管管頂0.455-0.745m,直接在油管上布置右干渠對(duì)油管影響很大,考慮機(jī)場(chǎng)供油輸送管的重要性,本次設(shè)計(jì)考慮以下倒虹吸和渡槽兩個(gè)處理方案:
第一個(gè)方案:①對(duì)油管進(jìn)行防擾動(dòng)支護(hù)②油管前后范圍開挖(采用鋼板樁支護(hù)),并施工頂管工作坑③對(duì)油管段進(jìn)行頂管處理④進(jìn)行倒虹吸前后段的施工。
第二個(gè)方案:①采用混凝土渡槽對(duì)油管進(jìn)行外包保護(hù),并采用預(yù)制樁作為基礎(chǔ),澆注混凝土梁來架立渡槽②油管處倒虹吸范圍開挖(采用鋼板樁支護(hù))③倒虹吸基礎(chǔ)處理并施工倒虹吸。
頂管沉陷及頂管段基礎(chǔ)未處理可能會(huì)使油管產(chǎn)生輕微沉降,但是該方案對(duì)現(xiàn)狀擾動(dòng)影響小,輸油管埋設(shè)在地下,比較安全,保密性高,工程造價(jià)較低,經(jīng)過比較分析,采用第一個(gè)方案:倒虹吸方案(采用頂管)。
3.倒虹吸的設(shè)計(jì)
3.1倒虹吸計(jì)算
3.1.1倒虹吸水力計(jì)算
3.1.2倒虹吸管淤積計(jì)算
根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99),為防止管內(nèi)產(chǎn)生淤積情況,倒虹吸流速宜控制在1.5~2.5 m/s,本次設(shè)計(jì)倒虹吸流速為0.83 m/s和1.03 m/s,以后管理過程中會(huì)產(chǎn)生淤積情況,建議管理單位購置清淤工具,定期對(duì)倒虹吸進(jìn)行清淤,保證倒虹吸的正常運(yùn)行。
3.2倒虹吸平面布置及結(jié)構(gòu)型式
倒虹吸管由進(jìn)口段、管道段及出口段三部分組成,倒虹吸管宜設(shè)在地形、地質(zhì)較好地段,以減少施工難度,本工程現(xiàn)狀基本都是平地,地質(zhì)條件較好,倒虹吸管軸線在平面布置上的投影宜為直線,進(jìn)口處布置盡量平順,進(jìn)口段設(shè)計(jì)包括漸變段、攔污柵、連接段、沉砂等部分,出口段的布置應(yīng)使出口斷面逐漸擴(kuò)大,以調(diào)整出口水流的流速分布,減少水頭損失,防止對(duì)下游渠道的沖刷。
根據(jù)本工程地形條件、流量大小和水頭高低等情況,在整體布置上,本工程采用地面淺埋式布置型式,本工程倒虹吸管均采用預(yù)制雙筋混凝土倒虹吸管,其平面布置圖見圖1:
倒虹吸管的管道在立面內(nèi)通常是隨地形變化而布置成折線形,本工程基本為平地,因此管道中間部分采用同一高程,進(jìn)口和出口段轉(zhuǎn)彎處采用鎮(zhèn)墩進(jìn)行連接,縱剖面見下圖:
倒虹吸管道采用預(yù)制C30雙筋鋼筋混凝土企口管,為加強(qiáng)整體性,采用混凝土進(jìn)行外包,每隔15m進(jìn)行分縫,基坑采用鋼板樁進(jìn)行支護(hù),對(duì)倒虹吸進(jìn)出口段采用長(zhǎng)6.0m邊長(zhǎng)0.2m預(yù)制混凝土方樁處理。橫斷面圖見下圖
3.3倒虹吸頂管施工設(shè)計(jì)
頂管施工就是借助于主頂油缸以及中繼問的頂進(jìn)力,把工具管或頂管掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直頂進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。根據(jù)地質(zhì)條件,本工程主要是砂性土層和粘性土層,采用機(jī)械挖掘式頂管法,工作井采用地形連續(xù)墻,為增強(qiáng)工作井支座后背后座力,布置一排灌注樁,直徑1.2m,樁長(zhǎng)20m,頂管采用千斤頂頂進(jìn),施工完后對(duì)頂管段采用回填灌漿處理。
4.結(jié)論
倒虹吸與渡槽相比,有用料少、省勞力、造價(jià)低和施工安全方便等優(yōu)點(diǎn),因此在我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)中修建了大量應(yīng)用,但是缺點(diǎn)是水頭損失大,在水頭寶貴的灌區(qū)工程中使用受到一定的限制,如果水力設(shè)計(jì)不合理,倒虹吸管可能淤積嚴(yán)重,給運(yùn)行管理單位的后期管理帶來很大難度,如果倒虹吸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降較大,管道或者接縫處會(huì)產(chǎn)生裂縫而產(chǎn)生較大的滲漏,對(duì)倒虹吸管安全運(yùn)行造成很大威脅,因此設(shè)計(jì)人員在倒虹吸的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)謹(jǐn)慎處理,應(yīng)便倒虹吸發(fā)揮更大的工程效益和社會(huì)效益。