在先明峡水利专家设计了什么形状的虹吸管道？高差为多少？
先明峡，两崖险峻的大山，陡峭的暗红色山岩上稀稀落落长着松树、白杨、旱柳和桦树，是一种阴湿林带向漠化草原过渡的植被特色。那条钢筋水泥铸造的倒虹吸管道，曲折盘亘于崇山峻岭和黄土山峁间，到了先明峡，便拐了个弯，向东而去。忽遇一条几百丈深涧把高山劈开，阻断了水路。长河隧洞的两个巨大的洞口，悬在高峻的半山腰上。这里水利专家设计了两条U型虹吸管道，从山坡倒挂下来，横跨河床将隧洞连通。虹吸管高差107米，为亚洲高差最大的倒虹吸工程。当时，先明峡倒虹吸工程由铁道部二十工程局、十五工程局及中国技术进出口公司组成的联营体承建。
分析如下：
有，倒虹吸原理。
但这要求水的起始处和终点处有高度差，利用重力势能的差值使水循环。
1、原理：
均匀虹吸管道中，因为动能不变，应该是位能＋压能守恒。在虹吸管道的顶部，位能最大，压能最小，并且为负压。所以，在虹吸管道顶部打一孔，水不会出来，而是空气进去，造成压强增大，虹吸中断。
因为两端的压强都基本等于大气压，而入口端的位能大于出口端的位能，因此推动倒虹吸流动的能量来源是虹吸管道进出口之间的水位差，可以说是水位差推动水的流动。
2、优点：
这种形式施工简便而且便于清除泥沙。
扩展资料
有一种形式的输水管称倒虹吸，它是在渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种立交水工建筑物。早在2000多年前，中国已有成功的运用。与虹吸管一样，它在立面上也呈弓形；不同的是，其弓弯向下。而且，虽然倒虹吸管和虹吸管的输水原理相同，即都借助于上下游的水位差，但倒虹吸在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而更为普及。
倒虹吸主要用于农田水利工程中。渠道与道路、河流等发生交叉时，既可采用渡槽，如北宋时曾在引用泾水的郑白渠上使用过；也可采用倒虹吸，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。在唐朝诗人杜甫的诗歌中和元代科学家王祯所著的《农书》中都可见到对输水渠道上使用倒虹吸的描述和记载。
参考资料来源：百度百科：倒虹吸
滹沱河倒虹吸工程位于河北省正定县西柏棠乡新村北，是南水北调中线工程上一座大型河渠交叉建筑物，同时也是南水北调中线工程第一个开工的项目。日前，“水到渠成共发展”网络主题活动也来到了这里。除了带来优质水源，南水还为河北省提供了水资源的战略储备，为京津冀地区协同发展提供水资源支撑，修复京津冀水生态环境。
滹沱河倒虹吸枢纽工程由上下游明渠段、穿河渠道倒虹吸、退水闸、附属工程四部分组成。建筑物轴线长2993.64m，其中穿河渠道倒虹吸长2225米，其管身采用三孔一联钢筋混凝土，所谓倒虹吸，它的结构类似于一个倒过来的彩虹，其原理可以简单概括为：在相同的大气压条件下，管道两端水位相同，水在重力的作用下可以继续北上。当南水北调中线总干渠需要穿越地方河流时，就可以通过倒虹吸这种结构使得渠道下穿地方流域。滹沱河倒虹吸出口闸门为弧形闸门，通过调节开度对水流流速、流量进行控制。
滹沱河退水闸位于倒虹吸进口总干渠右堤上，设计流量为85立方米每秒，分配水头为0.884m。其设计功能为紧急情况下配合节制闸运行调度，保证输水建筑物和运行安全；同时有效改善滹沱河生态环境作用。中线工程正式通水以来改善滹沱河用水共计10次，总补水量约3000万立方米，让一度干涸的石家庄母亲河重回往日活力，为广大市民提供了一片碧水蓝天。来源：北方网
一、 工程概况
二、 导流方式
根据设计要求，结合本标段建筑物之特点，对于是否进行施工导流建议如下：
1.所有公路桥及生产桥等工程一般不需进行施工导流；
2.河渠交叉建筑物，如渠道倒虹吸，需进行施工导流；
3.左岸排水工程：午峪河渠倒虹吸和早生河渠倒虹吸由于规模较大，需要进行施工导流。而其他左岸排水建筑物以原设计则不需要进行施工导流，但根据9月5日的特大洪水，建议进行施工导流，以确保工程施工安全。
根据施工导流方式的选择原则，结合午峪河渠倒虹吸和早生河渠倒虹吸的具体特点，采用的施工导流方式主要有以下两种：
1.分期围堰束窄河床导流：对于河道较宽、建筑物规模较大、一个非汛期内不能完成主河槽施工的建筑物采用束窄河床分期围堰导流方式；
2.全断面围堰，明渠导流：河道较窄、建筑物规模较小、旁侧有合适的场地开挖导流明渠、一个非汛期内能完成河槽段的建筑物采用非汛期河道全断面围堰挡水、明渠导流的方式。
三、 施工导流规划
总干渠跨越午峪河、早生河两处，两处河谷形状都为“U”型，午峪河两岸地面高程一般在104.5～105.5m，早生河两岸地面高程一般在103～103.3m；河底高程在100～101m左右。两处河道在非汛期基本无流量，在汛期雨后有洪流出现。本标段午峪河、早生河左排倒虹工程采用非汛期施工，即在头年10月1日到次年的5月31日施工。
参照技术条款的有关要求，导流标准拟定为P＝20％，即5年一遇非汛期洪水进行导流泄水建筑物及围堰设计，相应的洪峰流量为1.70～1.85m/s。不同导流时段建筑物轴线断面设计洪水流量见下表：
河道非汛期洪水成果表（非汛期）
流量单位：m3/s，水位单位：m
序号 名 称 建筑物型式 分 期 流量水位 5% 10% 20%
1 午峪河 左排倒虹 10月～12月 流量 5.10 2.80 1.70
水位 103.43 103.33 103.27
10月～5月 流量 5.20 2.85 1.75
水位 103.43 103.34 103.27
2 早生河 左排倒虹 10月～12月 流量 5.80 3.20 1.80
水位 100.46 100.24 100.08
10月～5月 流量 5.90 3.30 1.85
水位 100.47 100.25 100.08
根据以上条件，对一次拦断河床明渠导流及束窄河床分期围堰的两种导流方式进行分析比较：本标段早生河倒虹吸工程选定束窄河床分期填筑围堰进行导流，导流分管身段和进、出口两期进行，即2009年10月1日至2010年5月31日完成进、出口段工程施工，此阶段在早生河河道左、右岸修筑挡水围堰利用管身段导流；2010年10月1日至2011年5月31日利用进口段导流完成管身段施工。午峪河倒虹吸也采取两期导流的方式，即2009年10月1日至2010年5月31日完成管身段及出口段所有施工任务，此阶段在午峪河河道环管身段及出口端修筑三面挡水围堰，并在午峪河倒虹吸进口处开挖导流明渠进行施工导流；2010年10月1日至2011年5月31日在午峪河右岸修筑挡水围堰，以束窄河床的方式利用管身段进行施工导流，此阶段完成进口段所有施工任务。
类似午峪河的水头沟、老郭沟及东杏园沟等左排倒虹吸也将根据9月5日的洪水情况进行因地制宜的安排水工导流，初步计划方案为：采用全断面围堰，开挖明渠导流（因原设计和招标中未考虑导流工程，此项费用已不含在本标段施工合同内）。
四、围堰设计
1.导流水力计算
根据束窄河床的水力计算：按枯水期5年一遇洪峰流量最大值1.85m3/s计算过流流量，束窄后河床的最大平均流速Vc =Q/(εbt)，经计算得出Vc为0.075m/s
经计算，水位雍高Z = Vc2/(2gψ2) V02/(2g)，按此计算围堰前水位雍高为0.52m，故午峪河施工围堰堰顶高程为101.5m.同样，可计算早生河倒虹吸施工围堰堰顶高程为102.0m，即可满足过流要求。
2.围堰设计
根据施工规划，午峪河倒虹吸一、二期围堰均采用土料填筑，围堰内外侧边坡均为1：1.5，围堰顶部宽5.0m，迎水面采用土工膜防渗。另需对河床导流处进行扩挖形成新河槽，挖深约1.5～2.5m，最窄处宽度约10m，开挖长度约150m，采用反铲挖掘机进行开挖。倒虹吸一期施工任务完成并进行回填、防护后，拆除一期围堰。二期围堰的断面型式同该倒虹吸一期围堰。为防止水流对围堤的冲刷破坏，计划对围堤端部及转弯处等水流条件不良区段进行防护，计划采用散抛石方式护坡、护底。早生河倒虹吸围堰设计类似与午峪河围堰，围堰顶面设计高程102m. 午峪河倒虹吸一、二期施工围堰设计断面图如下：
3.围堰施工
⑴ 填料来源
土料：导流上下游围堰土料优先利用本标段的弃土或开挖料作为填筑土料。
⑵ 填筑施工
土方填筑采用1.2m挖掘机挖装，20t自卸汽车运输，分层厚度0.3m，采用13.5t振动碾碾压，碾压遍数为6～8遍。防渗土料填筑的每一层土层按规定参数施工完毕，检查合格后才能继续铺筑上一层。在继续铺筑上层新土之前，对压实层表面残留的、被碾子凸块翻松的半压实土层进行处理（包括含水量的调整），以免形成土层间结合不良的现象。在围堰拐角处的散抛石采用3m装载机装料，10t自卸汽车运输，人工进行抛石护坡、护底的施工。
4.基坑排水
倒虹吸开挖过程中要进行施工降排水，基坑排水主要指基坑内倒虹吸管身段施工所需的经常性排水(包括排除降雨和基坑渗漏水、地下水和施工废水等)。
排除雨水等明水时，可在永久边坡的坡脚以及施工场地周边和道路的坡脚，均先开挖好排水沟槽和设置必要的排水设施，以便及时排除坡底积水，保护边坡坡脚的稳定。排除基坑渗漏水等地下水时，排水措施可根据开挖后的渗水量来确定，初步估计地下水位将高出开挖的最低建基面5米左右，所以施工期间基坑渗水量较大。计划先利用集水坑明排,具体措施如下：
设置集水坑(槽)排水：沿管身段基坑外侧开挖排水沟，排水沟前期在基坑开挖时随开挖面而下降，后期施工时排水沟始终保持低于建基面1米。在靠近河流过水断面的地方设置多处集水深坑，在每个集水坑内设置两台4寸潜水泵将基坑内的渗水排出基坑外河道中，并在集水坑内各备用1台柴油离心泵，以避免停电造成基坑积水而影响工程正常施工。
① 排水设备的选择
倒虹吸工程施工基坑内排水拟配备的排水设备有QS18-50-5.5型潜水泵共6台、QS18-50-2.2型潜水泵共3台，泥浆泵HB80/10/3PN共2台。
②排水的水泵站布置
根据基坑渗水特点，倒虹吸基坑两侧各挖多个集水深坑（具体数量根据渗水量来确定），配备潜水泵作为经常性排水使用。水泵容量根据实际情况再做调整。
因建筑物地基岩层多为卵砾层透水系数大，加之地下水丰富，如建筑物基坑排水量太大，此水将无处可排，排至现有河床则地下回流严重。因此，如果渗水量确实太大，上述集水坑明排如满足不了施工需要，我们再考虑深井降水；甚至建议先做基坑防渗维护，再进行基础施工，效果更好。
南水北调辉县三标导流明渠占地汇报
根据招投标文件及设计要求，我方在开始早生河、午峪河及水头沟等倒虹吸施工前需进行明渠导流，导流明渠在开挖过程中需占用部分土地，现将具体情况做如下说明：
午峪河倒虹吸计划在倒虹吸进口段开挖导流明渠，导流明渠为“U”型，长度约150m，渠底宽15m，开口宽约50m，占地约6000m；
早生河倒虹吸计划在倒虹吸进口段开挖导流明渠，导流明渠为“U”型，长度约160m，渠底宽15m，开口宽约50m，占地约8000m；
水头沟倒虹吸计划平行于倒虹吸开挖导流明渠，明渠长度约300m，渠底宽10m，开口宽约50m，占地约9000 m；
东杏园倒虹吸计划平行于倒虹吸开挖导流明渠，明渠长度约300m，渠底宽10m，开口宽约50m，占地约9000 m；
老郭沟倒虹吸计划平行于倒虹吸开挖导流明渠，明渠长度约300m，渠底宽10m，开口宽约50m，占地约9000 m。
石拱涵的特点：
□ 能充分利用天然石料，不需钢材，只需少量水泥，因而造价低，工程费用少
□ 施工技术简单，专用设备少，适于群众建桥
□ 结构坚固、自重及超载潜力大，使用寿命长，当然石拱涵也存在自身的缺点，那就是拱式结构需要较大的建筑高度，遭受破坏后难于修复；施工时占用劳动力较多，工期较长以及对地基要求较高等。由于以上这些优缺点使得石拱涵在使用范围上受到限制，但它是山区公路常采用的涵洞类型
钢筋混凝土盖板涵特点：
□ 建筑高度较小，不受填土高度限制
□ 能采用工厂预制、现场装配、施工简便迅速
□ 为简支结构，对地基条件要求不高
□ 遭受破坏后容易修复
□ 由于需要水泥、钢筋等材料，所以一般造价很高
在知道了涵洞设计原则和选型原则及各类涵洞的特点之后，就要进行涵位的选择了。 （1）钢筋混凝土圆管涵
钢筋混凝土圆管涵孔径一般为0.5~1.5米，最小填土厚度50cm，受力情况良好，圬工数量小，造价较低。在有条件集中预制和运输比较方便的地段多采用钢筋混凝土圆管涵。多孔时不宜超过三孔。
（2）钢筋混凝土盖板涵
由于钢筋混凝土盖板涵建筑高度低，适于低路基地段使用，一般用作明涵。在设超高、加宽的曲线上设置盖板明涵时，由于施工比较繁琐，所以可做成低填土的盖板明涵；当洞身较短时，也可以调整桥台及桥面上的铺装高度，以适应纵坡和超高的要求。
钢筋混凝土板用钢材较多，在缺少钢材的情况下，应尽量考虑其他结构形式。钢筋混凝土盖板分装式和就地浇注两种。采用预制装配能缩短工期、节省木材、提高质量，适用于桥涵较集中的路段，但须具备吊装设备及运输条件；采用就地现浇施工简易，便于群众掌握。对于分散的小桥涵工程或在旧路上改建的个别桥涵工程，多采用就地浇注形式。在就近能开采石料，质量、数量都能满足工程要求，并且路基有足够的填土高度时，大都采用这种形式。
（3）石拱桥（涵）
石拱桥（涵）一般养护费用低，节约钢材，经久耐用。拱涵只要在恒载条件下不变形，一般超载潜力较大，砌筑技术易于群众掌握，是我国的传统结构类型。
由于石拱桥（涵）要求地基均匀和有较大的承载力，所以河底纵坡大于15%时应采用阶梯式石拱涵；当沟底自然坡度变化较大，也可将涵底分段，做成缓坡段或陡坡段。
（4）石盖板涵
在出产合格条石的地方，采用石盖板涵较经济。条石盖板一般只适用于小跨径的明涵或暗涵。
（5）漫水工程
对于宽浅的季节性河沟，三级以下公路可设置漫水工程，桥涵形式大都采用钢筋混凝土盖板，以减少阻水面积。
在漫水工程中，设置一级挑坎防护，可减少铺砌工程量；挑坎可采用混凝土预制块或粗料石。标柱设计为方形，施工时也可做成圆形。 我们搜集了以往常用的洞口形式：八字翼墙、锥形护坡、一字墙护坡、上游急流坡（或跌水井）、上游边沟跌水井、下游急流坡、下游接挡土墙附跌水、倒虹吸等结构形式。应用时根据现场情况分别选择上、下游洞口形式与洞身组合使用。
（1）八字翼墙或锥形护坡洞口
这种洞口形式适用于平坦顺直、纵断面高差变化不大的河沟。这两种洞口形式水力条件较好，在使用上没有多大差别，都具有工程量小、施工简单、经济等优点，因而是经常采用的洞口形式。不过从经济来看，八字翼墙较锥形护坡更为经济。
（2）一字墙护坡洞口
这种洞口形式适用于边坡规则的人工渠道。此种洞口形式工程量小，在窄而深、河床纵断面变化不大的天然河沟亦可采用。
（3）上游急流坡或上游跌水井洞口
当路基纵断面设计不能满足桥涵建筑高度要求，且下游河床较低，河沟纵坡为10~30%时，可采用此种洞口型式。除岩石地基外，沟底和沟槽边坡均采用人工铺砌。跌水高H1小于建筑高度Hn时，上游洞口可采用跌水井，下游洞可配八字翼墙或其他洞口形式。
当涵前河沟纵坡大于30%时（即跌水高度H1大于建筑高度Hn）。水流流速很大，进口处需做急流坡跌水井，以减缓流速削弱水能。上游沟槽开挖纵坡以1：1或1：2为宜，以保证土体稳定。
当H1大于4米时，为保证急流槽的稳定，槽底每隔1.5~2.0米设防滑墙一道。下游洞口一般配急流坡洞口或挡土墙洞口。
（4）上游边沟跌水井洞口
为了排除傍山线较长距离内的边沟及截水沟的水，就需设边沟跌水井洞口；因为边沟与路面高差不大，必须下挖才能修建此种涵洞洞口。下游洞口一般配八字翼墙或锥形护坡等形式。
（5）倒虹吸洞口
在通过公路的灌溉渠道上修建涵洞时，若建筑高度不够，大多采用倒虹吸洞口型式。设置倒虹吸进出水洞口，其竖井尺寸要考虑清淤的方便。
（6）斜交涵洞洞口
斜交涵洞查斜交涵洞图表进行组合。斜交洞口比正交洞口形式较少，如遇下游河床开阔，也可配正交急流坡洞口。斜交涵洞的洞口选用方法同正交一样。
结合自己涵位处的横断面，我在石拱涵进口处选择了急流坡，出口处用直接用铺砌。在盖板涵进口处选择了边沟跌水井，其坡度直接采用石方挖方边坡的坡度1：0.2，在出口处以护肩代替了一字墙只做洞口铺砌。
选择了涵洞洞身、洞口类型后就要把涵洞再到对应涵位处的横断面上了。这时还应考虑基础埋置深度和涵身坡高两个因素。
其它的洞口形式的设置参考相应的参考资料。
