倒虹吸管出口段的水流流态一般为有压流与明流的淹没缓流结构 1 7个流量 其平均流速达4.16m/s h 10.3.7 水力设计 应加设消力池 如管道内水位过低 △Z 如图7所示 ＜ 根据工程具体情况和设计条件 /s 10.3.1 净宽5.7m 水流由进口渐变段末端断面进入进水口 ＜V 这时 一是深式进水口 np /s 5个区段的糙率值n＝0.01125～0.0128 例如湖南的新安铺 4 ——进口渐变段始末断面间的水面落差（m） 水头损失越大 鉴于n值的选用对管道断面的大小及工程造价影响很大 管内流速和总水头损失不符合设计条件或出口需要消能等情况时 np 管道由8根5.8m×5.8m的方管组成 深式进水口与通常水电站的压力进水口以及压力泄洪洞进水口的工作条件类似 其水头损失和水面降落计算也因具体布置而各不相同 倒虹吸管管内平均流速一般根据允许的水头损失和管内不淤流速值来选取 究其原因 增加管道数或加大上下游水面高差 见表13 （1）根据工程具体情况 /s～62.36m 水力设计应包括下列内容 如V （2）倒虹吸管出口的淹没条件 新安铺倒虹吸管由于壁面磨损和侵蚀 2孔3.35m×3.35m方涵 一般渠道与倒虹吸进水口之间设一渐变段 管道由6根5m×5m的方管组成 在通过小流量时宜按现行行业标准《水利水电工程进水口设计规范》SL 下游渠道结合起讫断面之间的总水头损失由进口渐变段水头损失 为了防止泥沙在倒虹吸管内淤积 下游水面总落差应按下式计算 不利管道的运行 n＝0.0102） 当竖井内的水位低于孔口时 确定管道的根（孔）数和过水断面尺寸 几个已建和在建倒虹吸工程出口管顶以上淹没水深与计算淹没水深的对比见表15 然后接斜坡管身段 △Z ——下游渠道起始断面底部高程（m） 水力设计 即下游渠道水位加上倒虹吸管的水头损失值后所形成的上游竖井水位是否构成闸孔的淹没出流 长12km 实测水头损失4.03m 3 10.3.7 设计流量Q＝7.5m 管内平均流速1.5m/s～3.75m/s 截至出口 管道根（孔）数和渠道进 不利于竖井的运行 Z 我国采用类似方法施工的n值取0.012～0.013也不是没有可能的 亦即要求倒虹吸管始终按压力流态工作 尺寸和有关高程 2 3 ——进口渐变段末端至管道出口断面之间的水面落差（m） ＝0.10 特别对F平原地区水头宝贵的渠道上的倒虹吸管尤为重要 孔壁出现了许多的空穴和凹凸不平的麻面所致 管顶以上淹没水深应为△h＝ 不利于管道的运行 水流过渐变段时 出口段的布置形式 1992年山东水利科学研究院曾对PCCP-E管（浇注管）做过野外测试 3 H 1 倒虹吸管通过水力设计选定管道横断面尺寸 则应缩小管径 n值偏大 3 实测n值大于设计n值 现在多用n＝0.014～0.015 △Z 随着施工工艺水平的提高 在天津市丽湖新地河扬水泵站进行了PCCP-E原状管的糙率测试 为此 其必要条件是闸孔为淹没出流 10.3.3 管道的最小流速应大于按附录L.1公式计算的有压管流挟沙流速V 正常值为0.0135 目前国内还无原型观测资料可供参考 洞壁采用钢筋混凝土衬砌 可供类似工程参考 平均n值分别为0.0113和0.0122 r 关小出口闸门壅高进口水位等措施来达到上述要求 （3）压力管道边壁的糙率n值与管道材料及其表面的光洁程度有关 由于工作闸门后有较长一段水平管道 10.3.2 其特点是工作闸门后有较长一段水平管道段 应使进水口的控制堰（平底宽顶堰或实用堰）为淹没出流并能淹没管口 下游水面总落差值（m） （2）倒虹吸管的局部阻力损失系数 要采取其他补救措施 倒虹吸管与上 通常倒虹吸管的进水口和管身的连接有如下三种形式 运行19年后 1 钢模板接缝处凹凸不平 最大过流量为800m 倒虹吸管水头损失和出口扩散渐变段水头损失三部分组成 流量大小 u 3 对于矩形压力管的局部阻力损失系数 我国自1998年引进专门生产线以来 断面为城门洞型 ＝ 应复核竖井里的水位高程是否能形成闸孔的淹没出流 特别是通过小流量时管道进口处仍保持充分淹没状态 设计流量60m 1 为保证出闸孔的水流平稳进入竖井 电力部昆明勘测设计院和天津市引滦隧洞管理处合作于1985年和1996年做了两次原型观测 10.3.1 竖井式进水口水流从孔口或闸门下进入竖井 1级 我国早期用n＝0.016～0.017 反之 例如引黄入卫穿卫倒虹吸管和南水北调北京永定河倒虹吸管等均采用此类深式进水口 上游水面常出现串通的挟气漩涡 将产生某些水面恢复△Z 正常值为0.012 鉴于南水北调采用矩形断面的倒虹吸管较多 会造成水头损失△Z 10.3 设计糙率系数n＝0.015 斜坡式进水口为堰流与管道压力流相衔接 测试段长45m 倒虹吸管的进 出口的水面衔接 A 管道进 倒虹吸管水力设计和计算的内容包括 ξ 对于圆形管道按附录L.1选取 /s （1）倒虹吸管进口的淹没条件 按压力流公式计算管道的实际水头损失及进 流量 为了避免在倒虹吸管内产生急流水跃等不良流态 由此 3 大市两个倒虹吸管出口淹没度尚不足外 于1998年进行了原型观测 10.3.4 一般也仿照圆形管的局部阻力损失系数来选取 获得管道局部和沿程损失系数 10.3.6 选择了双排D＝8.2m的倒虹吸管 上游渠底高程 长江科学院选择西赵河渠道倒虹吸管（总长277m 管内最小流速应大于管内不淤允许流速值 13组试验获得的平均糙率值n＝0.01005（由λ＝0.0109换算 /s时 大市等多处倒虹吸管和陕西宝鸡峡漳水倒虹吸管以及河北南排水河穿南运河等采用矩形压力箱涵的倒虹吸管工程 消力池的计算方法应按本标准附录L执行 一般在门后设通气孔或检修孔加以改善 2004年对壁面进行加固处理后重新观测 d 平顺连接 为防止工作闸门后出现负压等不良情况 （1）钢筋混凝土管的n值 对于此种布置形式的倒虹吸管的进水口 进水口的管身沿斜坡铺设 工厂化和特别工艺生产的混凝土管 校核管道过水能力和计算上 出口应处于淹没状态 全长4368.08m 下游水面衔接 当倒虹吸管通过最小流量时进 ξ ——上游渠道设计水深（m） 如南水北调穿越黄河的孤柏咀倒虹吸管工程 厂家提供的糙率系数n＝0.008～0.009 10.3.2 2 最大供水流量7.5m 初步拟定管道及其进 n＝0.011～0.0125 都采用了类似的布置 应给出上 不利于运行 并应提出改善措施 通过加大流量时 对比国际上PCCP-E管取n＝0.010 具体管内流速应根据渠道规划允许的水头损失值和通过最小流量时的管内最小流速确定 如图L.1.2-1 2级倒虹吸管和其他有特殊要求的倒虹吸管宜采用水工模型试验进行验证 二是竖井式进水口 H 设计糙率系数n＝0.015 倒虹吸管初拟管内平均流速宜取1.5m/s～2.5m/s 管径2m 10.3 d 多数工程的出口淹没度均满足要求 3 三是斜坡式进水口 管身头部直接插入挡水胸墙 出口水面衔接形式说明如下 水头高低和管道铺设形式等的差别 并把空气带到管道内 充水过程中必然存在明满流过渡 为使整个管道按压力流工作 n＝0.0125～0.015 若孔口以上的竖井顶部封闭 3 ＝0.30 采用一阶段预应力钢筋混凝土管 推算得n＝0.0164 1.0 计算方法应按本标准附录L执行 水头损失与流速的平方成正比 3 足见随着施工水平的提高（采用钢模板等措施） 6组流量下实测的n＝0.0116～0.0107 水深 因此流速的选择对于倒虹吸管 管身底部平渠底或低于渠底 已建和在建倒虹吸管的平均流速见表12 285-2003附录B.2的要求进行复核 式中 凹凸不平 u 个别工程为了减少过水断面和工程量 并在水平管道内产生水跃连接 根据地形 7组试验的总平均值n＝0.0107 则有可能在管道内形成跌水或水跃 出口渠道水面高程 当进水口淹没深度不够高时 倒虹吸管通过小流量时 施放Q＝3.67m 同时还应给出倒虹吸管的设计流用和允许的水头损失作为设计计算的条件 最大工作水头140m h 已有许多厂家和生产线生产 从已建和在建工程的统计 其必要条件是下游渠道水位加上倒虹吸管水头损失值后的管道进口处水位 为积累经验 ——管道出口断面至出口渐变段末端断面间的水面恢复值（m） 倒虹吸管的过流能力计算公式应按本标准附录L执行 确定进 引滦入津两个工程 由于能量的转化 在匚程运行13年后进行了原型试验 1996年 倒虹吸管管道出口与下游渠道之间通常也设渐变段平缓连接 倒虹吸管上 式中 如图8所示 则倒虹吸管压力流形成的条件也不一样 3 各水面落差值的计算公式应按本标准附录L.1执行 目前研究尚不充分 否则将造成竖井上方的负压 其计算方法及公式应按本标准附录L执行 ——下游渠道设计水深（m） 钢筋混凝土的n值有逐渐减小的趋势 其布置图见图6）和堰子河段的河道倒虹吸管（总长298m 该水面落差△Z 由表15可见.除新安铺 2 渠堤顶部高程仍应满足安全运行要求 应调整布置 经验同时表明 用钢模板浇筑 即出口F 关于水头损失计算说明如下 3 对比欧美一些国家采用钢模板施工的工程所取的n＝0.0118～0.0125 对于焊接钢管 ν＝1.16m/s时 通过匚程总体布置和管道的布置 10.3.5 出口的布置形式和结构形式 是由于在磨损和侵蚀的双重作用下 也可适当增加管道平均流速 1 尺寸和各部位高程 选择适宜的流速和经济过水断面 由于管道的沿程损失和各个局部阻力的影响 见图9 （2）预应力钢筒混凝土管是标准化 平均高差4.3mm 渐变段的水头损失系数分别为 管道进 如加大进水口埋深 /s）分别进行了专门的水工模型试验 流速越大 对于铆接钢管 1 该水头损失△Z 出口渐变段均采用扭曲面形式与渠道相接 出口渐变段末端（下游渠道起始）断面的底面高程应按下式计算 得n＝0.0122 可按附录L.1.4公式进行计算 在渠道工程设计中 对于钢筋混凝土管 湖南新安铺倒虹吸管 会产生某一水面落差该水面落差△Z 可按附录L第L.1.3条的公式进行计算 当出口出现远驱水跃时 通过设计流量440m ——上 计算水头损失 地质条件 由于断面和流速的变化 则应预留通气孔 10.3.3 以上三种进水口布置形式的工程实例情况见表14 可按附录L第L.1.2条的公式进行计算 3 /s 并重新计算管道横断面尺寸 图L.1.2-2所示 最大管径已达到4m 平均n＝0.0113 例如重庆城区过江排污倒虹吸管和南水北调孤柏咀倒虹吸管工程均采用此种布置形式 2 故应慎重选取 区段平均值n＝0.0124 进水口与管身的连接形式不一样 下游水面衔接 百年一遇洪水流量达655m 糙率 尚应验算下列两种工况的上 通过小流量时 /s 倒虹吸管设计流量工况下的平均流速多在1.5m/s～2.5m/s范围以内 出口管道没有充分淹没 我国暂取n＝0.011左右也是有可能的 10.3.8 保证进水口有最小的淹没深度 倒虹吸管的总体布置不同时 工程实际运行情况 关于进 按设计流量初步确定横断面尺寸 3 该水面恢复值△Z 另外测得PCCP-L（离心管）n＝0.012 进出口段各部分的布置形式 要求在通过不同流量 三个工程的原型观测表明 管道数量 （3）玻璃钢管同样为工厂化生产 /s 孔口或出闸水流以跌水或水跃形式进入竖井 引滦入津明流隧洞 引滦入津尔王庄泵站至市区宜兴埠泵站全长26km ——上游渠道末端断面底部高程（m） 平 出口底部高程后 1983年通水 流量范围为22.3m 下游渠道的断面形状 用钢模板施工 2