浅析白云国际机场第三跑道涉及灌溉系统改造工程倒虹吸设计

李伟

摘要：广州白云国际机场位于广州市白云区和花都区交界处，由于机场第三跑道建设征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道，需要对机场周边的灌溉及排水工程设施进行改造，灌溉改造线路与机场供油输送管发生交叉，灌溉渠道采用倒虹吸方案穿过机场供油输送管，本文以广州白云国际机场第三跑道涉及灌溉系统改造工程中右干渠过机场供油输送管倒虹吸为例，介绍倒虹吸的设计过程。

关键词：机场输油管；倒虹吸；设计

中图分类号：TV672.5文献标识码：A文章编号：1674-3024（2016）09-85-02

前言

当输水河渠与河流、山谷、洼地、道路等障碍物或其他渠道交叉，且高差较小，建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。倒虹吸管是长距离输水工程中通过山谷、河流、洼地、道路或其他渠道的压力输水管道，是一种渠道交叉建筑书，是输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、节约劳动力及三材、造价低、有的还可以工厂化生产等优点，因此在我国农田水利建设中修建了大量倒虹吸管，对建设旱涝保收、高产稳产农田及供应城市工业和生活用水都起了一定作用。

广州白云国际机场第三跑道涉及灌溉系统改造工程中对白云区右干渠进行改道，渠道线路与机场供油输送管交叉，经过方案比选后选用了倒虹吸方案。

1.工程概况

广州白云国际机场位于广州市白云区和花都区交界处，机场在2010年完成的第三跑道建设工程主要是在现有机场范围向东拓展：第三跑道北部边线与现有机场边线一致，并向东延伸0.55km左右至花都高溪河附近；第三跑道南部边线沿现有机场边线向南延伸1.33km至广州MPC国际钢构有限公司附近；第三跑道东部边线向东拓展0.4km左右；第三跑道总占地面积2.35 km²。由于机场东扩建设而征用的土地涉及了部分灌溉及排水渠道，从而导致原有灌溉及排水体系的变更，为了既保证机场建设的顺利进行，又能保障机场周边的灌溉及排水安全，需要对机场周边的灌溉及排水工程设施进行改造，此范围内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、明星分干渠及南田机场周边排渠。右干渠自广州白云国际机场联邦快递项目涉及灌溉系统第一阶段白云区改造工程桩号Y3+910开始改线，沿机场征地边线向南至人和镇明星村向西拐弯穿过机场征地内的灯光带后贴机场征地边线向西行走至广州MPC国际钢构有限公司附近后连接现有右干渠，最终引水给白云区。

2.方案比选

根据《关于白云国际机场第三跑道涉及灌溉系统改造工程设计工作有关问题的复函》的附件中明确油管中心高程为14.56～14.85m（广州城建高程系统，下同），而该段右干渠设计渠底高程为15.43m，供油输送管管径230mm，壁厚10mm，则该段右干渠渠底高于油管管顶0.455-0.745m，直接在油管上布置右干渠对油管影响很大，考虑机场供油输送管的重要性，本次设计考虑以下倒虹吸和渡槽两个处理方案：

第一个方案：①对油管进行防扰动支护②油管前后范围开挖（采用钢板桩支护），并施工顶管工作坑③对油管段进行顶管处理④进行倒虹吸前后段的施工。

第二个方案：①采用混凝土渡槽对油管进行外包保护，并采用预制桩作为基础，浇注混凝土梁来架立渡槽②油管处倒虹吸范围开挖（采用钢板桩支护）③倒虹吸基础处理并施工倒虹吸。

顶管沉陷及顶管段基础未处理可能会使油管产生轻微沉降，但是该方案对现状扰动影响小，输油管埋设在地下，比较安全，保密性高，工程造价较低，经过比较分析，采用第一个方案：倒虹吸方案（采用顶管）。

3.倒虹吸的设计

3.1倒虹吸计算

3.1.1倒虹吸水力计算

3.1.2倒虹吸管淤积计算

根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），为防止管内产生淤积情况，倒虹吸流速宜控制在1.5～2.5 m/s，本次设计倒虹吸流速为0.83 m/s和1.03 m/s，以后管理过程中会产生淤积情况，建议管理单位购置清淤工具，定期对倒虹吸进行清淤，保证倒虹吸的正常运行。

3.2倒虹吸平面布置及结构型式

倒虹吸管由进口段、管道段及出口段三部分组成，倒虹吸管宜设在地形、地质较好地段，以减少施工难度，本工程现状基本都是平地，地质条件较好，倒虹吸管轴线在平面布置上的投影宜为直线，进口处布置尽量平顺，进口段设计包括渐变段、拦污栅、连接段、沉砂等部分，出口段的布置应使出口断面逐渐扩大，以调整出口水流的流速分布，减少水头损失，防止对下游渠道的冲刷。

根据本工程地形条件、流量大小和水头高低等情况，在整体布置上，本工程采用地面浅埋式布置型式，本工程倒虹吸管均采用预制双筋混凝土倒虹吸管，其平面布置图见图1：

倒虹吸管的管道在立面内通常是随地形变化而布置成折线形，本工程基本为平地，因此管道中间部分采用同一高程，进口和出口段转弯处采用镇墩进行连接，纵剖面见下图：

倒虹吸管道采用预制C30双筋钢筋混凝土企口管，为加强整体性，采用混凝土进行外包，每隔15m进行分缝，基坑采用钢板桩进行支护，对倒虹吸进出口段采用长6.0m边长0.2m预制混凝土方桩处理。横断面图见下图

3.3倒虹吸顶管施工设计

顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继问的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。根据地质条件，本工程主要是砂性土层和粘性土层，采用机械挖掘式顶管法，工作井采用地形连续墙，为增强工作井支座后背后座力，布置一排灌注桩，直径1.2m，桩长20m，顶管采用千斤顶顶进，施工完后对顶管段采用回填灌浆处理。

4.结论

倒虹吸与渡槽相比，有用料少、省劳力、造价低和施工安全方便等优点，因此在我国农田水利建设中修建了大量应用，但是缺点是水头损失大，在水头宝贵的灌区工程中使用受到一定的限制，如果水力设计不合理，倒虹吸管可能淤积严重，给运行管理单位的后期管理带来很大难度，如果倒虹吸结构设计不合理，基础产生不均匀沉降较大，管道或者接缝处会产生裂缝而产生较大的渗漏，对倒虹吸管安全运行造成很大威胁，因此设计人员在倒虹吸的设计过程中应谨慎处理，应便倒虹吸发挥更大的工程效益和社会效益。