瑞安市飞云江倒虹管的设计和运行

刘明远1，徐巧权2，周小丹2
(1.中国市政工程华北设计研究院，天津300074；2.瑞安市自来水公司，浙江瑞安325200)

　　摘 要：瑞安市飞云江上敷设的长度为1.312 km、管径为DN800的倒虹管在运行7年之后，由于北岸城区填江造地以及在江里无序采砂，导致江水主流南移冲刷南岸边坡，危及倒虹管的安全。实践证明，地跨江河两岸的城市在总体规划中应充分重视城区河段的综合整治，并应严格控制在江里采砂，才能保持岸坡稳定。敷设倒虹管的边坡应采取局部防护措施并加强巡检维护，才能确保倒虹管安全运行。
　　关键词：倒虹管；设计；边坡防护
　　中图分类号：TU991.02
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)12-0036-02

　　瑞安市座落在飞云江下游，地跨飞云江南北两岸。为使江南水厂能向北岸市区供水，决定穿越飞云江敷设一条倒虹管。
　　过江倒虹管敷设的位置选定在市区东部飞云江大桥上游约100 m处。该处江面宽为1.2 km，河床表层为粉质沙土，边坡为淤泥，均较密实。江底和北岸边坡较平缓，南岸边坡大约为15°。
　　在大江大河上，特别是在潮汐河流上敷设长度超过1 km的大管径倒虹管，当时在国内尚属首例。经对敷管江段水力流态、江底及岸坡地形、地质条件等进行综合考虑，最后确定的设计方案是：倒虹管的管材采用钢管，除南岸边坡采用15°弯头连接外，其余管段均采用弹性敷设底拖法施工。倒虹管全长为1.312 km，管径为DN800，管壁厚度为12 mm，采用A3钢板螺旋焊接。钢管内防腐采用生活饮用水防腐涂料，外防腐采用环氧煤沥青。弹性敷设曲率半径≥800 m，江底管顶以上覆土厚度＞2.5 m，两岸边坡管顶以上覆土厚度＞3.0 m。为了消除倒虹管因温度和应力造成的轴向伸缩和未预见因素造成的横向位移，在南岸边坡管段上安装2台万向波纹补偿器，在北岸边坡管段上安装1台轴向波纹补偿器。

1　运行中出现的问题及对策

　　过江倒虹管自1993年5月建成投产以来，运行情况良好，在为市区北岸供水中发挥了重要作用。在1994年瑞安地区遭受12级以上强台风以及相伴而来的暴雨和洪水袭击期间，倒虹管经受住了考验，仍然正常运行。根据该倒虹管设计和施工的经验，1998年—2000年间在飞云江上又分别建成DN2 000和DN1 000的倒虹管各一条，现均已投产且运行情况良好。
　　2000年2月，在对倒虹管进行巡检时发现河床及北岸坡的管道仍然完好，而南岸边坡钢管上的波纹补偿器已经露出泥面。为了摸清情况，由潜水员潜入水下对倒虹管进行了全面检查，查出南岸边坡上的钢管自波纹补偿器向下3 m处算起，有42 m长的管段已经被水流淘刷架空。自坡上的架空起始点往坡下10 m处，架空深度约为1 m；到15 m处约为1.5 m；到25 m处约2.0 m；到35 m处约1 m；到42 m处则管底贴泥。南岸边坡上倒虹管的波纹补偿器以下的管段向上游位移，波纹补偿器的工作状态已达到极限(与管轴线形成了11°的折角)，具体情况见图1。

　　南岸边坡管段冲刷情况见图2。

　　南岸边坡倒虹管被冲刷架空和造成管轴线位移的主要原因如下：
　　①飞云江内采砂现象普遍，特别是由于近几年来城镇建设发展迅速，对砂料需求量增加，经济利益的驱动使瑞安江段无序采挖砂料日趋严重，导致了河床深槽南移，改变了水流方向和流态，加重了对南岸边坡的冲刷。
　　②由于飞云江北岸城区填江造地向江面扩宽了80 m，并于1998年在岸边建成滨江大道，使江北河床缩窄、主流南移、流速加大，从而加剧了对南岸边坡的冲刷。
　　③低平潮落反涨时的瞬间强大流速，导致了南岸边坡倒虹管波纹补偿器以下架空管段向上游位移。在潮汐河流飞云江河口段，当落潮结束涨潮开始的一瞬间，水下出现了很大的上涨流速，它远远大于水文站按常规要求观测到的涨潮和落潮的最大流速，足以推动波纹补偿器以下已经架空的管段向上游位移。瑞安江段的落潮最大流速虽然大于涨潮最大流速，但它却远小于低平潮落反涨时的瞬间流速，其能量不能使该管段恢复原状，因此造成该管段逐步持续向上游位移，致使波纹补偿器的工作状态达到极限。
　　为了防止南岸边坡倒虹管态势的恶化，使其在今后能够正常运行，采取了下列保护和加固措施：
　　①使管线水平及纵向稳定。为使南岸边坡上已经架空的倒虹管段不再发生水平位移和纵向弯曲，决定自波纹补偿器以下50 m范围内打钢管混凝土桩5对，在每对桩上设计有工字钢横梁，用抱箍把倒虹管固定在横梁上以限制其水平位移和纵向弯曲。钢管桩的管径和壁厚为300 mm×12 mm，入土深度为8 m。
　　②抛石护坡、保管。南岸边坡管段水平及纵向稳定以后，为防止水流对边坡和管道的冲刷，决定在南岸坡肩至江底60 m，管轴线上、下游各30 m范围内采取抛石护坡、保管的措施。块石粒径＞30 cm，管周围由潜水员用沙包填埋保护，管顶以上抛石厚度＞2.0 m。
　　③更换波纹补偿器。在抛石护坡工程基本完成以后，将已变形的波纹补偿器予以更换，以确保倒虹管的安全运行。

2　结语

　　①在强潮型的飞云江感潮河段内，采取弹性敷设底拖法施工埋设管径为DN800～1 200、长度为0.3～1.312 km的三根倒虹管获得成功，为在潮汐河流上设计和施工穿越管线积累了宝贵的经验。弹性敷设底拖法施工埋设倒虹管具有设计技术可靠、工程造价低廉、施工方便、潮汐或非潮汐河流均适用等优点，该技术值得推广。
　　②对在江河里采挖砂料应严格控制，以避免无序采挖改变江河主流方向所导致的岸坡遭冲刷、坍塌，危及河床岸坡管线及建(构)筑物的安全。
　　③地跨江河两岸的城市，在总体规划中应充分重视城区河段的综合整治。在城区侧采取填江造地向江面扩宽之前，必需根据长期水文气象观测资料以及河床边坡工程的地质资料进行动床水工模型试验。对于潮汐河流还应进行台风、洪水和大潮相结合的动床水工模型试验，才能确定其对岸边坡的冲刷情况以及相应的防护措施。否则，必将对岸边坡上的管线及建(构)筑物造成危害。
　　④潮汐河流感潮河段上敷设倒虹管的边坡应采取局部防护的措施，例如在管轴线上、下游各30 m范围内采取抛石护坡等。虽然护坡工程施工难度较大、造价较高，但却是倒虹管安全所必需的措施。同时，还应定期对护坡进行巡检和维护，才能确保倒虹管的安全。

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　　收稿日期：2001-05-11