劉明遠1，徐巧權2，周小丹2
(1.中國市政工程華北設計研究院，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的長度為1.312 km、管徑為DN800的倒虹管在運行7年之后，由于北岸城區填江造地以及在江里無序采砂，導致江水主流南移沖刷南岸邊坡，危及倒虹管的安全。實踐證明，地跨江河兩岸的城市在總體規劃中應充分重視城區河段的綜合整治，并應嚴格控制在江里采砂，才能保持岸坡穩定。敷設倒虹管的邊坡應采取局部防護措施并加強巡檢維護，才能確保倒虹管安全運行。
　　關鍵詞：倒虹管；設計；邊坡防護
　　中圖分類號：TU991.02
　　文獻標識碼：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供水，決定穿越飛云江敷設一條倒虹管。
　　過江倒虹管敷設的位置選定在市區東部飛云江大橋上游約100 m處。該處江面寬為1.2 km，河床表層為粉質沙土，邊坡為淤泥，均較密實。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長度超過1 km的大管徑倒虹管，當時在國內尚屬首例。經對敷管江段水力流態、江底及岸坡地形、地質條件等進行綜合考慮，最后確定的設計方案是：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。鋼管內防腐采用生活飲用水防腐涂料，外防腐采用環氧煤瀝青。彈性敷設曲率半徑≥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力造成的軸向伸縮和未預見因素造成的橫向位移，在南岸邊坡管段上安裝2臺萬向波紋補償器，在北岸邊坡管段上安裝1臺軸向波紋補償器。

1　運行中出現的問題及對策

　　過江倒虹管自1993年5月建成投產以來，運行情況良好，在為市區北岸供水中發揮了重要作用。在1994年瑞安地區遭受12級以上強臺風以及相伴而來的暴雨和洪水襲擊期間，倒虹管經受住了考驗，仍然正常運行。根據該倒虹管設計和施工的經驗，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，現均已投產且運行情況良好。
　　2000年2月，在對倒虹管進行巡檢時發現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償器已經露出泥面。為了摸清情況，由潛水員潛入水下對倒虹管進行了全面檢查，查出南岸邊坡上的鋼管自波紋補償器向下3 m處算起，有42 m長的管段已經被水流淘刷架空。自坡上的架空起始點往坡下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償器以下的管段向上游位移，波紋補償器的工作狀態已達到極限(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飛云江內采砂現象普遍，特別是由于近幾年來城鎮建設發展迅速，對砂料需求量增加，經濟利益的驅動使瑞安江段無序采挖砂料日趨嚴重，導致了河床深槽南移，改變了水流方向和流態，加重了對南岸邊坡的沖刷。
　　②由于飛云江北岸城區填江造地向江面擴寬了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低平潮落反漲時的瞬間強大流速，導致了南岸邊坡倒虹管波紋補償器以下架空管段向上游位移。在潮汐河流飛云江河口段，當落潮結束漲潮開始的一瞬間，水下出現了很大的上漲流速，它遠遠大于水文站按常規要求觀測到的漲潮和落潮的最大流速，足以推動波紋補償器以下已經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，但它卻遠小于低平潮落反漲時的瞬間流速，其能量不能使該管段恢復原狀，因此造成該管段逐步持續向上游位移，致使波紋補償器的工作狀態達到極限。
　　為了防止南岸邊坡倒虹管態勢的惡化，使其在今后能夠正常運行，采取了下列保護和加固措施：
　　①使管線水平及縱向穩定。為使南岸邊坡上已經架空的倒虹管段不再發生水平位移和縱向彎曲，決定自波紋補償器以下50 m范圍內打鋼管混凝土樁5對，在每對樁上設計有工字鋼橫梁，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拋石護坡、保管。南岸邊坡管段水平及縱向穩定以后，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范圍內采取拋石護坡、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，管頂以上拋石厚度＞2.0 m。
　　③更換波紋補償器。在拋石護坡工程基本完成以后，將已變形的波紋補償器予以更換，以確保倒虹管的安全運行。

2　結語

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

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　　收稿日期：2001-05-11