三个泉倒虹吸工程特点及技术问题分析

2.1.2.1　工程特点

三个泉倒虹吸全长10．927km，最大工作静水压力1．6MPa，最大水头损失28．6m，工程采用预应力钢筒混凝土管道（PCCP管）与钢管的组合方案，平行双线布置。内水压力1．4MPa以下（包括1．4MPa）采用PCCP管，单线管长为7385．27m，内径为2．8m；1．4MPa以上采用钢管，单线管长为3181m，内径为2．7m。

三个泉倒虹吸据清华大学检索是迄今为止亚洲最大的倒虹吸工程，其主要特点为：管径大、线路长、进出口水力条件复杂、内水压力高，PCCP管的综合指数达3．92（管径与压力的乘积），制造、安装技术复杂；PCCP管和钢管跨越第三系地层和沙漠风积砂地层，基础变形大且不均匀；日照强烈、白昼温差大，钢管多向变形较为复杂；当管路放空时其消能问题突出。

2.1.2.2　三个泉倒虹吸需要解决的主要技术问题

1．管道水力学问题

（1）本工程输水流量变幅为5～35m3/s，线路长达11km，在不同输水流量下其水头损失相差达24m。为避免管道进气引起管道内压力的波动，对进口体形设计和进口水流条件的控制相当严格，需要认真研究与设计。

（2）为保证进水口的最小淹没水深，应研究出口闸门的控制问题。

（3）当对管道实施放空时，出口闸门关闭过程中会产生水锤压力，需要研究控制水锤压力的措施。

（4）由于管径大、管线长，通水前需充水量较大，单管达7×104m3，此地处于荒漠深处，无充水水源，只能靠上游渠道来水作为充水水源。为保证管道安全，应研究合理的充水流量和充水时间。(www.xing528.com)

（5）当管道放空时，由于水头较高达160m，需解决放水的消能问题，使其放水流速控制在1～2m/s范围之内。

2．PCCP管道质量控制及施工工艺控制

三个泉倒虹吸PCCP管道的综合系数为3．92（水头×管径值：1．4MPa×2．8m=3．92），在亚洲已建的PCCP管道工程中为最大。管道所承受的内水压力在1．0MPa（包括1．0MPa）以上均采用双层预应力钢丝缠绕。因此，管道的结构设计、管道生产工艺与质量控制、管道运输、管道安装、管道防腐、管道埋设、管道接头密封及线路打压试验等都是至关重要的。PCCP管道的应用理论研究成果源自国外，实际运用于工程中的实例国外也居多，考虑国内管道设计生产水平，在国内设计理论和生产控制标准尚不完善的条件下，在综合系数如此之高的工程中应用PCCP管材确需研究解决设计、制作及施工等方面的技术问题。

PCCP管的制造、安装的技术标准，参照美国材料协会颁发的《预应力钢筒混凝土管PCCP设计标准》（ANSI/AWWAC304—99）和国家建材工业局颁发的《预应力钢筒混凝土管》（JC625—1996）行业标准，参考上述两个标准并结合工程实际，研究并制订适合本工程的控制标准，用于控制管道的外观质量、尺寸允许偏差、内压强度、保护层砂浆吸水率等。转角接头密封性能也是本工程要解决的主要问题之一。

为了确保PCCP管道的应用成功，选择一定长度的试验段进行原位试验是非常重要的。试验要解决的主要问题是PCCP管的承载能力、接头处理、管道施工工艺、回填材料及工艺并确定相应的质量标准，为全面施工提供依据和经验。

3．钢管道工程多向变位问题

三个泉倒虹吸钢管段处在管线的压力最高处，管线跨越第三系砂岩、泥岩及沙漠风积砂两种地层，地质条件不均一，地基条件相对较差；此外，工程所处位置具有典型的沙漠气候特征，白天气温高，夏季达40℃以上，晚间气温低，昼夜温差达到30℃以上，且白昼阴、阳面温差较大，管道沿纵向也会发生弯曲。因此，要求伸缩节既能满足轴向伸缩位移、又要满足一定的挠曲度和偏位量。通过大量调查研究，在国内首次自我国台湾地区引进双法兰套筒式伸缩节，并结合本工程所在地的地形、地质及气候条件对其结构加以改进，使其轴向伸缩量达到150mm，角变位α≤5°，径向变位Δ≤50mm，满足了工程使用的要求。