某市政道路排水箱涵雨、污分流改造的思考與設(shè)計

金鋰，劉聰，劉孝坤，王小林

（1.西安市政設(shè)計研究院有限公司，西安 710000；2.西咸新區(qū)秦漢新城基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 引言

城市管網(wǎng)改造需從街區(qū)源頭截污、道路管網(wǎng)分流、水廠分期運(yùn)行3 個方面持續(xù)推進(jìn)。因城市排水管道雨、污混流問題易造成城市排水設(shè)施運(yùn)行不暢，城市內(nèi)澇災(zāi)害及城市黑臭水體等問題。城市改造中應(yīng)積極推進(jìn)雨、污分流工作，排查現(xiàn)狀街區(qū)及市政道路存在的管網(wǎng)混接問題。

城市雨、污混流主要分為2 種類型：

1）旱季污水經(jīng)雨水管道排入城市自然水體，易形成黑臭水體；

2）雨季，雨水經(jīng)污水管道接入城市污水處理廠，造成下游污水管道、污水處理廠超負(fù)荷運(yùn)行[1]。

2 項目背景

2015 年，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》國發(fā)〔2015〕17 號文件指出：“城鎮(zhèn)需全面加強(qiáng)配套管網(wǎng)建設(shè)，現(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)應(yīng)加快實施雨、污分流改造，難以改造的，應(yīng)采取截流、調(diào)蓄和治理等措施。”結(jié)合該區(qū)的《總體規(guī)劃（2016—2035）》要求，需積極推進(jìn)城市市政管網(wǎng)雨、污分流工程，完善城市給排水管網(wǎng)，達(dá)到控污節(jié)源，保障飲水安全的功能[2]。

3 項目概況

3.1 項目排水概況

改造道路寬B×高H=2 600×1 500 mm 雨水箱涵在前期施工下穿工業(yè)管道時，受現(xiàn)場因素制約與現(xiàn)狀B×H=2 500×1 300 mm 合流箱涵匯合排入下游污水處理廠，導(dǎo)致下游污水管道及污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷嚴(yán)重超載，雨季道路低點易形成澇點。為減輕下游污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷，實現(xiàn)河流1#排放口的排放功能，按照區(qū)域排水規(guī)劃，需對該道路的混流排水箱涵進(jìn)行改造。

3.2 改造方案及道路施工場地概況

3.2.1 方案設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，管道敷設(shè)需確保管道埋深并避開東西向道路下穿段。設(shè)計雨水管道起點位于改造道路南側(cè)，截流現(xiàn)狀雨水箱涵后敷設(shè)至道路北側(cè)下穿工業(yè)管群后，沿人行道向東敷設(shè)，終點接入河堤下現(xiàn)狀雨水檢查井內(nèi)。

3.2.2 項目施工制約因素

結(jié)合3.1 中概況分析，改造道路現(xiàn)場施工受到以下3 點因素制約。

1）管線交叉避讓

本次設(shè)計管道總長約395.000 m，坡度1‰，管道接入現(xiàn)狀檢查井井底高程377.261 m；設(shè)計管道起點現(xiàn)狀箱涵涵底高程379.760 m。改造道路沿途敷設(shè)常規(guī)市政管道及工業(yè)管道，位于修建范圍內(nèi)的現(xiàn)狀管道概況詳見表1。重力流排水管道坡降計算：

表1 改造道路現(xiàn)狀工程管道概況表

式中，h 為管道坡降，m；i 為設(shè)計管道坡度，‰；L 為設(shè)計管道長度，m。

根據(jù)式（1）管線縱斷坡降設(shè)計計算及GB 50289—2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》[3]（以下簡稱《管線規(guī)范》）中市政管線豎向安全凈距要求，設(shè)計雨水管道與現(xiàn)狀市政管道、工業(yè)管道存在高程交叉問題，需進(jìn)行管線避讓方案比選，以確保設(shè)計管道安全施工。

2）地面高程、交通限制

本次設(shè)計管道需繞行現(xiàn)狀道路下穿段進(jìn)行敷設(shè)，根據(jù)現(xiàn)場勘查資料，東西向現(xiàn)狀道路下穿通道與改造道路橋面高程相差約5.45 m。此外，改造道路敷設(shè)管道段處于十字相交路口，交通流通量較大，為運(yùn)載貨車通行主干道，大開挖等機(jī)械運(yùn)載受到限制。需進(jìn)行設(shè)計雨水管道斷面形式及施工方式比選，以確保施工安全。

3）現(xiàn)狀雨水箱涵雨、污混流

現(xiàn)狀市政道路因歷史緣由或區(qū)域整改規(guī)劃等因素，應(yīng)允許個別難以改造的小范圍區(qū)域在較長時期內(nèi)保持截流合流制[4]。根據(jù)現(xiàn)場管線勘察結(jié)果表明，改造道路兩側(cè)沿途用戶污水支管接入B×H=2 600×1 500 mm 雨水箱涵內(nèi)，造成設(shè)計雨水管道截流雨水箱涵排水后存在長流污水排放問題，需對該段污水排放進(jìn)行截流控制。

3.3 工程改造措施及方法

3.3.1 管線交叉工況比選

現(xiàn)狀市政道路改造管線敷設(shè)過程中，管線高程交叉是常見問題之一。根據(jù)《管線規(guī)范》與GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[5]（以下簡稱《排水標(biāo)準(zhǔn)》）中的規(guī)定及實際施工現(xiàn)場管線避讓措施，常見管線交叉工況因素見表2。

表2 市政道路管道避讓工況分析表

HyQyWn 工況：宜采取管道坡降避免管線交叉；宜采取交叉壓力流管道遷改措施；未有危險管線交叉，亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物（交匯井）進(jìn)行管線避讓。

HyQnWy 工況：宜采取管道坡降避免管線交叉。

HyQnWn 工況：宜采取管道坡降避免管線交叉；未有危險管線交叉，亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物（交匯井）進(jìn)行管線避讓。

HnQyWy 工況：宜采取交叉壓力流管道遷改措施；亦可采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓；可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓；系統(tǒng)排水量較大時，可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。

HnQyWn 工況：宜采取交叉壓力流管道遷改措施；未有危險管線交叉，亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物（交匯井）進(jìn)行管線避讓；亦可采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓；亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓；系統(tǒng)排水量較大時，可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。

HnQnWy 工況：宜采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓；亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓；系統(tǒng)排水量較大時，亦可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。

HnQnWn 工況：宜采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓；亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓；未有危險管線交叉，亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物（交匯井）進(jìn)行管線避讓；系統(tǒng)排水量較大時，亦可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。

以上管線避讓措施實施過程中需注意以下要求：

1）增設(shè)交叉構(gòu)筑物時，需增設(shè)防護(hù)措施，避免水質(zhì)污染；

2）倒虹設(shè)計時，需后期配置清淤設(shè)施，保證管道運(yùn)行暢通；

3）單排管更換為方溝或并排小管徑管道時，需確保更換后方溝及并排管的過流能力滿足系統(tǒng)需求；

4）增設(shè)泵站措施，需考慮工程造價和現(xiàn)狀用地可實施問題。

根據(jù)以上工況分析，結(jié)合表1 現(xiàn)狀交叉管線資料，改造道路設(shè)計雨水管道工況為HnQnWy 工況，該工況條件下可分別采取變徑降坡、倒虹設(shè)計進(jìn)行管線交叉避讓。考慮改造道路用地問題、供電問題暫未能有效解決，增設(shè)泵站施工成本較高，對周邊道路出行影響較大，該形式暫不考慮。

3.3.2 大流量斷面箱涵與混凝土管道比選

現(xiàn)狀道路排水管道改造需考慮現(xiàn)場各類施工條件的制約進(jìn)行管材斷面及施工方式比選。改造道路受施工場地限制，不適宜全程進(jìn)行大開挖路面施工，需結(jié)合頂管施工作業(yè)。城鎮(zhèn)大斷面排水管道可選取預(yù)制裝配式排水箱涵或大口徑鋼筋混凝土鋼承口管，以上2 種管材在城市大斷面排水體系中均有廣泛應(yīng)用[6]。表3 為2 種斷面形式管道的優(yōu)缺點對比。

根據(jù)3.3.1 中工況分析：

1）倒虹設(shè)計導(dǎo)致雨水管道埋深增大，設(shè)計管道需較高抗壓性；

2）現(xiàn)狀新雨水箱涵暫有雨、污混流現(xiàn)象，短期內(nèi)存在長流污水排放，淤泥等雜物沉積問題，需定期進(jìn)行管道清通維護(hù)；

3）改造道路為城市主干道，交通壓力較大，需降低施工對現(xiàn)狀道路的大范圍破壞。

綜合以上工況分析，結(jié)合表3 中管道特性對比，本工程宜選取承壓性更強(qiáng)、沖刷清通更方便，頂管施工作業(yè)更安全的鋼筋混凝土鋼承口管。

表3 2 種斷面管道特性對比表

3.3.3 雨、污混流截流井設(shè)置

如圖1 所示，本次雨水管道起點設(shè)計截流檢查井，暫不封堵下游現(xiàn)狀雨水箱涵，與其保持暢通狀態(tài)。截流井內(nèi)設(shè)置收水式凹槽，引流旱季污水進(jìn)入下游現(xiàn)狀雨水箱涵，保證旱季生活污水排入下游污水管道，進(jìn)入污水廠進(jìn)行處理；雨季雨水溢流跌水接入本次設(shè)計雨水管道內(nèi)進(jìn)行排放。在截流井上壁增設(shè)DN200 mm 通氣管進(jìn)行檢查井通氣，防止旱季污水及其沉積物產(chǎn)生沼氣等有害氣體發(fā)生安全事故。截流井需定期進(jìn)行淤泥清理，防止雨季大流量雨水沖刷淤泥等沉積物進(jìn)入下游雨水管道內(nèi)，對河流造成污染。

圖1 改造道路雨污混流截流井示意圖

截流井設(shè)置僅可近期解決改造道路污水長流問題，為保證河流1#出水口排水系統(tǒng)的后期穩(wěn)定運(yùn)行，需對道路沿途用戶支管雨、污分流進(jìn)行徹底改造并封堵起點檢查井的下游合流箱涵。

4 結(jié)語

1）本工程雨水管道選用便于頂管施工、抗壓性能更強(qiáng)的鋼筋混凝土圓管進(jìn)行管道敷設(shè)。管道以變徑降坡及倒虹管設(shè)計進(jìn)行現(xiàn)狀管線避讓，設(shè)置排污泵等裝置定期解決倒虹管淤堵問題。

2）城市水系出水口排水箱涵的雨、污分流工作是完善城市排水體系的重要部分，在維護(hù)城市水系環(huán)境，保證道路雨水及時排放，防止城市內(nèi)澇問題中不可或缺。

3）城市排水系統(tǒng)大斷面排水管道的改造設(shè)計需充分考慮現(xiàn)狀市政道路改造施工限制因素，分析最不利條件下的最優(yōu)排水方案，確保安全文明施工條件下保質(zhì)保量進(jìn)行雨、污分流工作。

4）城市現(xiàn)狀市政道路管線交叉問題較多，設(shè)計工作者應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀管線條件進(jìn)行設(shè)計管道調(diào)整，下游高程富余量、壓力管遷改條件、危險管線避讓為常見限制條件，應(yīng)根據(jù)工程工況條件因地制宜地選擇合適的管線避讓方式。