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摘?要 本文结合南水北调中线工程十八里河倒虹吸工程，通过分析倒虹吸工程的分类及特点，比较几种不同的施工方法，找出了目前比较适合的施工方法，针对性的提出了一些改进意见和注意事项，为后续倒虹吸工程的施工做参考。
关键词 倒虹吸；施工方法；南水北调
中图分类号 TV627 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0112-02
倒虹吸是一种古老的输水方式，由于在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而更为普及。特别是新中国成立以来，随着我国农田水利技术的不断发展完善，倒虹吸技术也得到了较快的发展和广泛的应用，例如，南水北调中线工程就用了许多倒虹吸管来解决管线穿越河谷、道路等的问题。
1 倒虹吸的概念及工作原理
倒虹吸主要用于农田水利工程中，它是长距离输水工程中渠道通过山谷、河流、洼地、道路、发或其他渠道的压力输水管道，是一种渠道交叉建筑物，是输水及灌溉渠系中工程的重要建筑物之一。
早在2000多年前，中国已有成功的运用。如南宋时曾在引用褒水的山河堰上使用过。这种大型倒虹吸多采用浆砌块石构筑，也可用竹筒连接而成。与虹吸管一样，倒虹吸在立面上也呈弓形，不同的是，其弓弯向下。随着现代农田水利技术的不断发展完善，倒虹吸的应用越来越普遍，而且在大型的输水过程中也普遍运用，例如，在南水北调中线工程中就运用了这种古老而成熟的技术。
2 倒虹吸的适用条件、特点及分类
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、或有碍船只通过、车辆通行时，应该修建倒虹吸管从障碍物底部通过。
当山谷、河流很深且宽，谷深超过30 m时，修建渡槽支墩高，跨度大，需要高空作业，施工吊装难度大且造价高是可考虑采用倒虹吸；若做填方渠下涵洞，土方工程量大，排水涵洞较大且需要的劳动力较多时，也可采用倒虹吸。由此可见，倒虹吸技术在穿越深谷、河流时的应用优势是十分明显的。
从水力学的角度来讲，倒虹吸的缺点是水头损失较大，但是，千百年来，特别是新中国成立后，从在农田水利建设中的运用来看，倒虹吸具有工程量少、施工方便、造价低、节约劳动力及三材等优点，在工程中还是值得广泛运用的。近年来，在结构形式、用材、施工方法和制管工艺上都有了较大的发展，倒虹吸管的材质不断更新和提高，有的可以工厂化生产，这种技术的运用就更加广泛了。
随着倒虹吸这种古老的输水技术的广泛应用，经过千百年的发展进步，其制作方法、布置方式、断面形式及建筑材料等也有多种形式，故倒虹吸的分类也不同，下面分而述之。
按照制造方式可分为两大类，一类是现浇钢筋混凝土倒虹吸管，这种技术在我国适用比较广泛，一般在工地直接于基坑内浇筑，多用于大型输水工程或交通要道上的交叉工程，是一种很经济耐久的管型；另一类是预制倒虹吸管，也就是我们常说的轻型管，一般在工厂或者工地预制厂制作，基坑内拼接，常用于给水排水工程或中小型输水工程中。近年来，随着制管工艺的不断提高，大管径管道在大中型工程中也有选用。
按照埋设方式的不同，倒虹吸管可以分为上埋式、沟埋式和架空梁式。
按照断面形式，可以分为圆形管道、箱形管道和直墙联结的正反拱形管道。
按照倒虹吸管的材料分，可以分为以下七类：现浇混凝土管（圆管及箱形多孔管）、预应力钢筋混凝土管、钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管（HOBAS、FWRPMP）、大口径球墨铸铁管和热塑性管等。
3 倒虹吸常见施工方法比较
倒虹吸管由进口段、管道段和出口段三部分组成，为了减少设计和施工难度，总体布置应选择地形、地质较好的地段，并宜与河流、沟渠、道路中心线正交，管轴线在平面布置上的投影宜为直线。
进口段应尽可能布置在挖方渠段上，以减少沉陷、渗漏及坍方现象，保证管道不受洪水冲击。
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。管道段是倒虹吸工程的主体，也是施工的关键。下面就结合南水北调中线一期工程十八里河倒虹吸工程的施工，就现浇钢筋混凝土倒虹吸管的施工做简单的比较。
南水北调中线一期工程总干渠十八里河渠道倒虹吸属于郑州2段内的河渠交叉建筑物，位于河南省郑州市南郊刘湾村西约250 m处山前倾斜平原，场区地势南西高，北东低。倒虹吸斜管段建基面多为第④层轻粉质壤土，少量为第③层重粉质壤土，水平段建基面高程约106.4 m，基础置于第④层轻粉质壤土上，建基面均处于地下水位以下， 施工时应采取适当的排水措施。基坑开挖最深约22 m。
管道段混凝土的施工，有以下三种方案：一是整体推进法，即按照从进口到出口的顺序，整体浇筑；二是分部会和法，即从两头向中间靠拢，在倒虹吸管的中间部分合拢；三是分层分段浇筑法，即管身段混凝土按底板、墙体→墙体、顶板两层顺序施工，底板按分节采用跳仓法浇筑，墙体及顶板按分节采用流水作业法施工，浇筑方向采用轴线方向浇筑。下面分别介绍这几种
方法。
整体推进法施工是一般中小型水利工程惯用的方法，按照工程的布局和结构形式，顺水流方向，依次按照施工导流、土方开挖、填筑和倒虹吸管身段、进出口渐变段及闸室段混凝土浇筑工程，以及配电室施工和闸门启闭机安装等工作内容推进，这样施工的整体性比较好，但是，从一个方向施工，施工作业面较少，工期往往比较长，会影响工程的整体进展和后续工程的建设，故这种方法在此不适用。
分部会合法施工是目前渠道和隧洞适用中比较常用的一种方法，即从两头向中间分别施工，在中间汇合。在本工程中，中间段是为最低处，需要的开挖深度比较大，而且施工导流及防汛是施工的一个难点，所以在此不考虑这样的方式。
分段分层浇筑法是目前大体积混凝土工程中经常使用的一种比较经济适用且技术上可行的方法。本工程中管身段混凝土的浇筑即属于大体积混凝土结构，为了考虑混凝土结构在凝结的过程中水化热的散失和工程的整体进展，按照即管身段混凝土按底板、墙体→墙体、顶板两层顺序按照分节法施工。 根据施工总布置规划，管身段混凝土料采用拌和楼集中拌制，6 m3混凝土搅拌车运输，皮带机输送经负压溜管入仓。倒虹吸混凝土运输线路为：拌和楼→场内施工总干道→皮带机受料斗→龙门架式皮带布料机至施工部位（或砼皮带输送机至仓位）。管身段混凝土施工包括底板、侧墙和顶板混凝土浇筑。
除垫混凝土外均采用皮带机送料经布料机入仓法施工，混凝土下料倾落自由高度不宜过大，每胚层浇筑厚为40 cm~50 cm。底板按分节采用跳仓法浇筑，墙体及顶板按分节采用流水作业法施工，浇筑方向采用轴线方向浇筑。
底板垫层：每节管身的底板垫层厚10 cm。采用6 m3混凝土搅拌运输车运料到仓面，用人工推双轮车运料，沿垂直于管轴线布料，人工摊平，振捣方式采用平板振捣器振捣。
底板：采用台阶法铺料，总体浇筑方向为顺轴线方向浇筑，从仓位左端向右端铺料，逐层向前推进，并形成明显台阶，直到把整个仓位浇筑到收仓高程。
台阶法浇筑时的施工要点：严格控制二、三层摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振。坡度不大于1:2。以最快速度覆盖上层混凝土，最大限度地缩短混凝土面暴露时间。浇筑中因故停工时，必须在初凝前把接头处的混凝土振捣密实，特别是钢筋网附近。
浇筑斜坡底板和顶板时，对每一层台阶的浇筑方向为从低处向高处下料。底板八字脚要在其邻近底板铺最后一层料后开始下料，振捣要均匀，直至八字底部翻浆止，避免过振与漏振捣。
墙体浇筑：胚层厚度30 cm~50 cm，采用平铺法浇筑。周圈分层布料浇筑，先浇中墙，再浇边墙，总体上各墙均匀上升，在仓内设置溜筒，每隔2 m~3 m布置一组，将仓内浇筑面分成几个区段，每段固定浇筑工人。
顶板浇筑：采用与底板相同的浇筑方法。
在混凝土浇筑过程中，观察模板、支架、钢筋、预埋件的情况，若发现有变形、移位时，及时采取措施进行处理。底板和顶板混凝土采用插入式振捣器振捣，侧墙采用软轴振捣器振捣。振捣时以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，并开始泛浆为准，避免过振、漏振和欠振。振捣器距模板的垂直距离不小于振捣器有效半径的1/2，每层浇筑厚度不大于40 cm。混凝土浇筑完毕后，要将表层浮浆刮去，以免在两层混凝土之间产生软弱夹层。
为保证侧墙、顶板混凝土施工质量，尽量减少混凝土面气泡，混凝土采用二次复振的方法，即在混凝土正常振捣30 min后再进行一次振捣，以排除混凝土内的气泡，保证混凝土表面光洁度。
4 施工过程中容易出现的问题及处理
水工建筑物混凝土在浇筑过程中，最容易出现的一个问题就是发生裂缝。发生裂缝的原因很多，根据本工程的结构特点，为防止混凝土发生裂缝，主要采取以下措施。
1）降低混凝土浇筑温度。①砂石料堆高6 m以上，堆放时间适当延长，取料时，取料堆下部温度较低的骨料，粗骨料采用喷雾降温，采用地下水拌制混凝土；②加快混凝土的入仓覆盖速度，缩短混凝土运输和曝晒时间；③仓面采用喷水雾的方法以降低仓面的气温；④高温天气浇筑混凝土，利用早、晚进行浇筑，避开白天高温时段施工；⑤浇筑完毕后及早养护和保湿，防阳遮盖。
2）降低混凝土的水化热温升。混凝土中掺加粉煤灰和外加剂，以减少单位水泥用量，减少混凝土的水化热温升，降低混凝土内的最高温度。
3）加强混凝土表面的养护和保护，避免表面裂缝发生。在高温季节，表面采用常流水养护。
4）合理地进行浇筑分层分块，改善浇筑块的散热条件。
5）发现裂缝及时进行检查和处理，防止由表面向深层发展。
为保证本工程混凝土质量满足设计要求，混凝土施工质量达到优良，在混凝土施工过程中，必须严格按规范及设计要求，对混凝土生产的原材料、配合比及仓面作业等混凝土生产过程中的各主要环节进行全方位、全过程的质量控制，不断提高混凝土施工质量。
5 结束语
大型倒虹工程的地形地质条件及水力学条件的复杂性，对于大跨度、大落差、大流量的倒虹吸管，其工程结构的布置设计都有其本身的特点。为保证工程做到经济合理可靠的目的，最好能通过水工模型试验加以论证及优化。
参考文献
[1]倒虹吸管[M].中国水利水电出版社.
[2]水利工程建设与管理规范汇编规范[G].中国水利工程协会水利建设与管理杂志社编,2011.
[3]水利工程施工第三版[M].中国水利水电出版社.
[4]水工设计手册第八卷 灌区建筑物[M].华东水利学院.
关键词 倒虹吸；施工方法；南水北调
中图分类号 TV627 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0112-02
倒虹吸是一种古老的输水方式，由于在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而更为普及。特别是新中国成立以来，随着我国农田水利技术的不断发展完善，倒虹吸技术也得到了较快的发展和广泛的应用，例如，南水北调中线工程就用了许多倒虹吸管来解决管线穿越河谷、道路等的问题。
1 倒虹吸的概念及工作原理
倒虹吸主要用于农田水利工程中，它是长距离输水工程中渠道通过山谷、河流、洼地、道路、发或其他渠道的压力输水管道，是一种渠道交叉建筑物，是输水及灌溉渠系中工程的重要建筑物之一。
早在2000多年前，中国已有成功的运用。如南宋时曾在引用褒水的山河堰上使用过。这种大型倒虹吸多采用浆砌块石构筑，也可用竹筒连接而成。与虹吸管一样，倒虹吸在立面上也呈弓形，不同的是，其弓弯向下。随着现代农田水利技术的不断发展完善，倒虹吸的应用越来越普遍，而且在大型的输水过程中也普遍运用，例如，在南水北调中线工程中就运用了这种古老而成熟的技术。
2 倒虹吸的适用条件、特点及分类
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、或有碍船只通过、车辆通行时，应该修建倒虹吸管从障碍物底部通过。
当山谷、河流很深且宽，谷深超过30 m时，修建渡槽支墩高，跨度大，需要高空作业，施工吊装难度大且造价高是可考虑采用倒虹吸；若做填方渠下涵洞，土方工程量大，排水涵洞较大且需要的劳动力较多时，也可采用倒虹吸。由此可见，倒虹吸技术在穿越深谷、河流时的应用优势是十分明显的。
从水力学的角度来讲，倒虹吸的缺点是水头损失较大，但是，千百年来，特别是新中国成立后，从在农田水利建设中的运用来看，倒虹吸具有工程量少、施工方便、造价低、节约劳动力及三材等优点，在工程中还是值得广泛运用的。近年来，在结构形式、用材、施工方法和制管工艺上都有了较大的发展，倒虹吸管的材质不断更新和提高，有的可以工厂化生产，这种技术的运用就更加广泛了。
随着倒虹吸这种古老的输水技术的广泛应用，经过千百年的发展进步，其制作方法、布置方式、断面形式及建筑材料等也有多种形式，故倒虹吸的分类也不同，下面分而述之。
按照制造方式可分为两大类，一类是现浇钢筋混凝土倒虹吸管，这种技术在我国适用比较广泛，一般在工地直接于基坑内浇筑，多用于大型输水工程或交通要道上的交叉工程，是一种很经济耐久的管型；另一类是预制倒虹吸管，也就是我们常说的轻型管，一般在工厂或者工地预制厂制作，基坑内拼接，常用于给水排水工程或中小型输水工程中。近年来，随着制管工艺的不断提高，大管径管道在大中型工程中也有选用。
按照埋设方式的不同，倒虹吸管可以分为上埋式、沟埋式和架空梁式。
按照断面形式，可以分为圆形管道、箱形管道和直墙联结的正反拱形管道。
按照倒虹吸管的材料分，可以分为以下七类：现浇混凝土管（圆管及箱形多孔管）、预应力钢筋混凝土管、钢管、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢管（HOBAS、FWRPMP）、大口径球墨铸铁管和热塑性管等。
3 倒虹吸常见施工方法比较
倒虹吸管由进口段、管道段和出口段三部分组成，为了减少设计和施工难度，总体布置应选择地形、地质较好的地段，并宜与河流、沟渠、道路中心线正交，管轴线在平面布置上的投影宜为直线。
进口段应尽可能布置在挖方渠段上，以减少沉陷、渗漏及坍方现象，保证管道不受洪水冲击。
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。管道段是倒虹吸工程的主体，也是施工的关键。下面就结合南水北调中线一期工程十八里河倒虹吸工程的施工，就现浇钢筋混凝土倒虹吸管的施工做简单的比较。
南水北调中线一期工程总干渠十八里河渠道倒虹吸属于郑州2段内的河渠交叉建筑物，位于河南省郑州市南郊刘湾村西约250 m处山前倾斜平原，场区地势南西高，北东低。倒虹吸斜管段建基面多为第④层轻粉质壤土，少量为第③层重粉质壤土，水平段建基面高程约106.4 m，基础置于第④层轻粉质壤土上，建基面均处于地下水位以下， 施工时应采取适当的排水措施。基坑开挖最深约22 m。
管道段混凝土的施工，有以下三种方案：一是整体推进法，即按照从进口到出口的顺序，整体浇筑；二是分部会和法，即从两头向中间靠拢，在倒虹吸管的中间部分合拢；三是分层分段浇筑法，即管身段混凝土按底板、墙体→墙体、顶板两层顺序施工，底板按分节采用跳仓法浇筑，墙体及顶板按分节采用流水作业法施工，浇筑方向采用轴线方向浇筑。下面分别介绍这几种
方法。
整体推进法施工是一般中小型水利工程惯用的方法，按照工程的布局和结构形式，顺水流方向，依次按照施工导流、土方开挖、填筑和倒虹吸管身段、进出口渐变段及闸室段混凝土浇筑工程，以及配电室施工和闸门启闭机安装等工作内容推进，这样施工的整体性比较好，但是，从一个方向施工，施工作业面较少，工期往往比较长，会影响工程的整体进展和后续工程的建设，故这种方法在此不适用。
分部会合法施工是目前渠道和隧洞适用中比较常用的一种方法，即从两头向中间分别施工，在中间汇合。在本工程中，中间段是为最低处，需要的开挖深度比较大，而且施工导流及防汛是施工的一个难点，所以在此不考虑这样的方式。
分段分层浇筑法是目前大体积混凝土工程中经常使用的一种比较经济适用且技术上可行的方法。本工程中管身段混凝土的浇筑即属于大体积混凝土结构，为了考虑混凝土结构在凝结的过程中水化热的散失和工程的整体进展，按照即管身段混凝土按底板、墙体→墙体、顶板两层顺序按照分节法施工。 根据施工总布置规划，管身段混凝土料采用拌和楼集中拌制，6 m3混凝土搅拌车运输，皮带机输送经负压溜管入仓。倒虹吸混凝土运输线路为：拌和楼→场内施工总干道→皮带机受料斗→龙门架式皮带布料机至施工部位（或砼皮带输送机至仓位）。管身段混凝土施工包括底板、侧墙和顶板混凝土浇筑。
除垫混凝土外均采用皮带机送料经布料机入仓法施工，混凝土下料倾落自由高度不宜过大，每胚层浇筑厚为40 cm~50 cm。底板按分节采用跳仓法浇筑，墙体及顶板按分节采用流水作业法施工，浇筑方向采用轴线方向浇筑。
底板垫层：每节管身的底板垫层厚10 cm。采用6 m3混凝土搅拌运输车运料到仓面，用人工推双轮车运料，沿垂直于管轴线布料，人工摊平，振捣方式采用平板振捣器振捣。
底板：采用台阶法铺料，总体浇筑方向为顺轴线方向浇筑，从仓位左端向右端铺料，逐层向前推进，并形成明显台阶，直到把整个仓位浇筑到收仓高程。
台阶法浇筑时的施工要点：严格控制二、三层摊铺长度，斜坡分层处振捣要密实，不得漏振。坡度不大于1:2。以最快速度覆盖上层混凝土，最大限度地缩短混凝土面暴露时间。浇筑中因故停工时，必须在初凝前把接头处的混凝土振捣密实，特别是钢筋网附近。
浇筑斜坡底板和顶板时，对每一层台阶的浇筑方向为从低处向高处下料。底板八字脚要在其邻近底板铺最后一层料后开始下料，振捣要均匀，直至八字底部翻浆止，避免过振与漏振捣。
墙体浇筑：胚层厚度30 cm~50 cm，采用平铺法浇筑。周圈分层布料浇筑，先浇中墙，再浇边墙，总体上各墙均匀上升，在仓内设置溜筒，每隔2 m~3 m布置一组，将仓内浇筑面分成几个区段，每段固定浇筑工人。
顶板浇筑：采用与底板相同的浇筑方法。
在混凝土浇筑过程中，观察模板、支架、钢筋、预埋件的情况，若发现有变形、移位时，及时采取措施进行处理。底板和顶板混凝土采用插入式振捣器振捣，侧墙采用软轴振捣器振捣。振捣时以混凝土不再显著下沉，不出现气泡，并开始泛浆为准，避免过振、漏振和欠振。振捣器距模板的垂直距离不小于振捣器有效半径的1/2，每层浇筑厚度不大于40 cm。混凝土浇筑完毕后，要将表层浮浆刮去，以免在两层混凝土之间产生软弱夹层。
为保证侧墙、顶板混凝土施工质量，尽量减少混凝土面气泡，混凝土采用二次复振的方法，即在混凝土正常振捣30 min后再进行一次振捣，以排除混凝土内的气泡，保证混凝土表面光洁度。
4 施工过程中容易出现的问题及处理
水工建筑物混凝土在浇筑过程中，最容易出现的一个问题就是发生裂缝。发生裂缝的原因很多，根据本工程的结构特点，为防止混凝土发生裂缝，主要采取以下措施。
1）降低混凝土浇筑温度。①砂石料堆高6 m以上，堆放时间适当延长，取料时，取料堆下部温度较低的骨料，粗骨料采用喷雾降温，采用地下水拌制混凝土；②加快混凝土的入仓覆盖速度，缩短混凝土运输和曝晒时间；③仓面采用喷水雾的方法以降低仓面的气温；④高温天气浇筑混凝土，利用早、晚进行浇筑，避开白天高温时段施工；⑤浇筑完毕后及早养护和保湿，防阳遮盖。
2）降低混凝土的水化热温升。混凝土中掺加粉煤灰和外加剂，以减少单位水泥用量，减少混凝土的水化热温升，降低混凝土内的最高温度。
3）加强混凝土表面的养护和保护，避免表面裂缝发生。在高温季节，表面采用常流水养护。
4）合理地进行浇筑分层分块，改善浇筑块的散热条件。
5）发现裂缝及时进行检查和处理，防止由表面向深层发展。
为保证本工程混凝土质量满足设计要求，混凝土施工质量达到优良，在混凝土施工过程中，必须严格按规范及设计要求，对混凝土生产的原材料、配合比及仓面作业等混凝土生产过程中的各主要环节进行全方位、全过程的质量控制，不断提高混凝土施工质量。
5 结束语
大型倒虹工程的地形地质条件及水力学条件的复杂性，对于大跨度、大落差、大流量的倒虹吸管，其工程结构的布置设计都有其本身的特点。为保证工程做到经济合理可靠的目的，最好能通过水工模型试验加以论证及优化。
参考文献
[1]倒虹吸管[M].中国水利水电出版社.
[2]水利工程建设与管理规范汇编规范[G].中国水利工程协会水利建设与管理杂志社编,2011.
[3]水利工程施工第三版[M].中国水利水电出版社.
[4]水工设计手册第八卷 灌区建筑物[M].华东水利学院.