劉明遠(yuǎn)1，徐巧權(quán)2，周小丹2
(1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院，天津300074；2.瑞安市自來水公司，浙江瑞安325200)

　　摘 要：瑞安市飛云江上敷設(shè)的長度為1.312 km、管徑為DN800的倒虹管在運(yùn)行7年之后，由于北岸城區(qū)填江造地以及在江里無序采砂，導(dǎo)致江水主流南移沖刷南岸邊坡，危及倒虹管的安全。實(shí)踐證明，地跨江河兩岸的城市在總體規(guī)劃中應(yīng)充分重視城區(qū)河段的綜合整治，并應(yīng)嚴(yán)格控制在江里采砂，才能保持岸坡穩(wěn)定。敷設(shè)倒虹管的邊坡應(yīng)采取局部防護(hù)措施并加強(qiáng)巡檢維護(hù)，才能確保倒虹管安全運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞：倒虹管；設(shè)計(jì)；邊坡防護(hù)
　　中圖分類號：TU991.02
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)12-0036-02

　　瑞安市座落在飛云江下游，地跨飛云江南北兩岸。為使江南水廠能向北岸市區(qū)供水，決定穿越飛云江敷設(shè)一條倒虹管。
　　過江倒虹管敷設(shè)的位置選定在市區(qū)東部飛云江大橋上游約100 m處。該處江面寬為1.2 km，河床表層為粉質(zhì)沙土，邊坡為淤泥，均較密實(shí)。江底和北岸邊坡較平緩，南岸邊坡大約為15°。
　　在大江大河上，特別是在潮汐河流上敷設(shè)長度超過1 km的大管徑倒虹管，當(dāng)時(shí)在國內(nèi)尚屬首例。經(jīng)對敷管江段水力流態(tài)、江底及岸坡地形、地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合考慮，最后確定的設(shè)計(jì)方案是：倒虹管的管材采用鋼管，除南岸邊坡采用15°彎頭連接外，其余管段均采用彈性敷設(shè)底拖法施工。倒虹管全長為1.312 km，管徑為DN800，管壁厚度為12 mm，采用A3鋼板螺旋焊接。鋼管內(nèi)防腐采用生活飲用水防腐涂料，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青。彈性敷設(shè)曲率半徑≥800 m，江底管頂以上覆土厚度＞2.5 m，兩岸邊坡管頂以上覆土厚度＞3.0 m。為了消除倒虹管因溫度和應(yīng)力造成的軸向伸縮和未預(yù)見因素造成的橫向位移，在南岸邊坡管段上安裝2臺萬向波紋補(bǔ)償器，在北岸邊坡管段上安裝1臺軸向波紋補(bǔ)償器。

1　運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及對策

　　過江倒虹管自1993年5月建成投產(chǎn)以來，運(yùn)行情況良好，在為市區(qū)北岸供水中發(fā)揮了重要作用。在1994年瑞安地區(qū)遭受12級以上強(qiáng)臺風(fēng)以及相伴而來的暴雨和洪水襲擊期間，倒虹管經(jīng)受住了考驗(yàn)，仍然正常運(yùn)行。根據(jù)該倒虹管設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)，1998年—2000年間在飛云江上又分別建成DN2 000和DN1 000的倒虹管各一條，現(xiàn)均已投產(chǎn)且運(yùn)行情況良好。
　　2000年2月，在對倒虹管進(jìn)行巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)河床及北岸坡的管道仍然完好，而南岸邊坡鋼管上的波紋補(bǔ)償器已經(jīng)露出泥面。為了摸清情況，由潛水員潛入水下對倒虹管進(jìn)行了全面檢查，查出南岸邊坡上的鋼管自波紋補(bǔ)償器向下3 m處算起，有42 m長的管段已經(jīng)被水流淘刷架空。自坡上的架空起始點(diǎn)往坡下10 m處，架空深度約為1 m；到15 m處約為1.5 m；到25 m處約2.0 m；到35 m處約1 m；到42 m處則管底貼泥。南岸邊坡上倒虹管的波紋補(bǔ)償器以下的管段向上游位移，波紋補(bǔ)償器的工作狀態(tài)已達(dá)到極限(與管軸線形成了11°的折角)，具體情況見圖1。

　　南岸邊坡管段沖刷情況見圖2。

　　南岸邊坡倒虹管被沖刷架空和造成管軸線位移的主要原因如下：
　　①飛云江內(nèi)采砂現(xiàn)象普遍，特別是由于近幾年來城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展迅速，對砂料需求量增加，經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)使瑞安江段無序采挖砂料日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致了河床深槽南移，改變了水流方向和流態(tài)，加重了對南岸邊坡的沖刷。
　　②由于飛云江北岸城區(qū)填江造地向江面擴(kuò)寬了80 m，并于1998年在岸邊建成濱江大道，使江北河床縮窄、主流南移、流速加大，從而加劇了對南岸邊坡的沖刷。
　　③低平潮落反漲時(shí)的瞬間強(qiáng)大流速，導(dǎo)致了南岸邊坡倒虹管波紋補(bǔ)償器以下架空管段向上游位移。在潮汐河流飛云江河口段，當(dāng)落潮結(jié)束漲潮開始的一瞬間，水下出現(xiàn)了很大的上漲流速，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水文站按常規(guī)要求觀測到的漲潮和落潮的最大流速，足以推動(dòng)波紋補(bǔ)償器以下已經(jīng)架空的管段向上游位移。瑞安江段的落潮最大流速雖然大于漲潮最大流速，但它卻遠(yuǎn)小于低平潮落反漲時(shí)的瞬間流速，其能量不能使該管段恢復(fù)原狀，因此造成該管段逐步持續(xù)向上游位移，致使波紋補(bǔ)償器的工作狀態(tài)達(dá)到極限。
　　為了防止南岸邊坡倒虹管態(tài)勢的惡化，使其在今后能夠正常運(yùn)行，采取了下列保護(hù)和加固措施：
　　①使管線水平及縱向穩(wěn)定。為使南岸邊坡上已經(jīng)架空的倒虹管段不再發(fā)生水平位移和縱向彎曲，決定自波紋補(bǔ)償器以下50 m范圍內(nèi)打鋼管混凝土樁5對，在每對樁上設(shè)計(jì)有工字鋼橫梁，用抱箍把倒虹管固定在橫梁上以限制其水平位移和縱向彎曲。鋼管樁的管徑和壁厚為300 mm×12 mm，入土深度為8 m。
　　②拋石護(hù)坡、保管。南岸邊坡管段水平及縱向穩(wěn)定以后，為防止水流對邊坡和管道的沖刷，決定在南岸坡肩至江底60 m，管軸線上、下游各30 m范圍內(nèi)采取拋石護(hù)坡、保管的措施。塊石粒徑＞30 cm，管周圍由潛水員用沙包填埋保護(hù)，管頂以上拋石厚度＞2.0 m。
　　③更換波紋補(bǔ)償器。在拋石護(hù)坡工程基本完成以后，將已變形的波紋補(bǔ)償器予以更換，以確保倒虹管的安全運(yùn)行。

2　結(jié)語

　　①在強(qiáng)潮型的飛云江感潮河段內(nèi)，采取彈性敷設(shè)底拖法施工埋設(shè)管徑為DN800～1 200、長度為0.3～1.312 km的三根倒虹管獲得成功，為在潮汐河流上設(shè)計(jì)和施工穿越管線積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。彈性敷設(shè)底拖法施工埋設(shè)倒虹管具有設(shè)計(jì)技術(shù)可靠、工程造價(jià)低廉、施工方便、潮汐或非潮汐河流均適用等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)值得推廣。
　　②對在江河里采挖砂料應(yīng)嚴(yán)格控制，以避免無序采挖改變江河主流方向所導(dǎo)致的岸坡遭沖刷、坍塌，危及河床岸坡管線及建(構(gòu))筑物的安全。
　　③地跨江河兩岸的城市，在總體規(guī)劃中應(yīng)充分重視城區(qū)河段的綜合整治。在城區(qū)側(cè)采取填江造地向江面擴(kuò)寬之前，必需根據(jù)長期水文氣象觀測資料以及河床邊坡工程的地質(zhì)資料進(jìn)行動(dòng)床水工模型試驗(yàn)。對于潮汐河流還應(yīng)進(jìn)行臺風(fēng)、洪水和大潮相結(jié)合的動(dòng)床水工模型試驗(yàn)，才能確定其對岸邊坡的沖刷情況以及相應(yīng)的防護(hù)措施。否則，必將對岸邊坡上的管線及建(構(gòu))筑物造成危害。
　　④潮汐河流感潮河段上敷設(shè)倒虹管的邊坡應(yīng)采取局部防護(hù)的措施，例如在管軸線上、下游各30 m范圍內(nèi)采取拋石護(hù)坡等。雖然護(hù)坡工程施工難度較大、造價(jià)較高，但卻是倒虹管安全所必需的措施。同時(shí)，還應(yīng)定期對護(hù)坡進(jìn)行巡檢和維護(hù)，才能確保倒虹管的安全。

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　　收稿日期：2001-05-11