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倒虹吸管是一种常用于水利工程和排水系统中的管道设施。
倒虹吸管作用是通过重力和压力差原理,在两点之间输送流体。
倒虹吸管可保持流体的连续流动,其特殊结构可减少积水和堵塞风险。广泛应用于以下几种情况:
· 跨越障碍物:需要跨越河道、洼地、旱沟、道路、铁路或地下构筑物等障碍物时,管道不能按原有高程及坡度埋设,而以下凹折线方式从障碍物下通过。
· 排水和水利工程:在城市排水、污水处理、灌溉等系统中,倒虹吸管可以有效地解决高低差问题,保证水流的顺畅。
· 隧道或地下工程:在地下管道铺设过程中,倒虹吸管可以用来将水从低洼地区引到高处,避免积水。
倒虹吸排水管的工作原理主要利用水流的连续性、重力以及气压差来实现液体的输送。其工作过程可以分为以下几个步骤:
(1)水流入管道:当水从较高位置流入倒虹吸管时,由于重力的作用,水开始流向较低的位置。
(2)管道内形成负压:随着水流的不断向下流动,管道内部的水位逐渐下降,造成管道内形成负压区。
(3)气压差维持水流:为了保持水流的连贯性,管道的上游会产生一个气压差(上游高压、下游低压),这帮助水流克服重力向上流动。这是因为在倒虹吸管的某些部分,水位较低,而周围的气压较高,导致水流持续向上,突破了常规重力流动规律。
(4)水流到较高处:水最终会通过倒虹吸管输送到较高的地方,这个过程中由于气压差和水流的惯性,水可以逆重力向上流动。
关键特性为负压和气压差来推动水流;水流的惯性和重力作用使得水能够维持流动。
· 竖井式
多用于压力水头较小(H<3~5m),穿越道路、渠道或建筑物的倒虹吸。这种形式构造简单、管路短。进出口一般用砖石或混凝土砌筑成竖井。竖井断面为矩形或圆形,其尺寸稍大于管身,底部设0.5m深的集沙坑,以沉积泥沙,并便于清淤及检修管路时排水。管身断面一般为矩形、圆形或其他形式。竖井式水力条件差,但施工比较容易,一般用于工程规模较小的倒虹吸管。
· 斜管式
多用于压力水头较小,穿越渠道、河流的情况。斜管式倒虹吸管构造简单,施工方便,水力条件好,实际工程中常被采用。
曲线式
当岸坡较缓(土坡m>1.5~2.0,岩石坡m≥1.0)时,为减少施工开挖量,管道可随地面坡度铺设成曲线形。管身常为圆形的混凝土管或钢筋混凝土管,可现浇也可预制安装。管身一般设置管座。当管径较小且土基很坚实时,也可直接设在土基上。在管道转弯处应设置镇墩,并将圆管接头包在镇墩内。为了防止温度引起的不利影响,减小温度应力,管身常埋于地下,为减小工程量,埋置不宜过深。从已建倒虹吸管工程运行情况看,不少工程因温度影响或土基不均匀沉陷,造成管身裂缝,有的渗漏严重,危及工程安全。
桥式
当渠道通过较深的复式断面或窄深河谷时,为降低管道承受的压力水头,减小水头损失,缩短管身长度,便于施工,可在深槽部位建桥,管道铺设在桥面上或支撑在桥墩等支撑结构上。桥下应有足够的净空高度,以满足泄洪要求。在通航河道上应满足通航要求。管道在桥头山坡转弯处设置镇墩,并在镇墩上设置放水孔(也可兼作进人孔),以便于检查修理。
· 倒虹吸管组成:一般由进口、管身和出口三部分组成。管路布置应根据地形、地质、施工、水力条件等分析确定。总体布置的一般原则是:管身最短、岸坡稳定、管基密实,进出口连接平顺,结构合理。根据流量大小及运用要求,可采用单管、双管或多管。根据管路埋设情况及高差大小,考虑布置形式。
· 管材:倒虹管一般常采用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土材料、混凝土或金属管制,主要根据承压水头、管径和材料供应情况选用。
· 管径及敷设长度、深度:管径一般不小于200mm。倒虹管水平管的长度应根据穿越物的现状和远景发展规划确定;水平管的外顶距规划河底一般不小于1.0m。遇冲刷河床应考虑防冲措施。
· 流速:倒虹管内设计流速应大于0.9m/s,并应大于进水管内的流速。当流速达不到0.9m/s时,应增加定期冲洗措施,冲洗流速不小于1.2m/s。