沉淀、攔截式排水閥門檢查井研究

周峰

北京天恒建設集團有限公司 北京 102600

1 城市排水系統的現狀

1.1 城市排水系統介紹

城市排水系統是處理和排除城市污水和雨水的工程設施系統，是城市公用設施的組成部分。城市排水系統規劃是城市總體規劃的組成部分。城市排水系統通常由排水管道和污水處理廠組成。在實行污水、雨水分流制的情況下，污水由排水管道收集，送至污水處理后，排入水體或回收利用;雨水徑流由排水管道收集后，就近排入水體[1]。

1.2 城市排水系統現狀

目前我國排水系統大多為管網系統，一般采用鋼筋混凝土管、雙壁波紋管和PE管、防腐鋼管、球墨鑄鐵管等作為管線主體，個別穿越性管線采用涵洞結構形式，檢查井結構由磚砌井轉變為現澆鋼筋混凝土檢查井、模塊砌筑灌芯檢查井及裝配式檢查井[2]。

檢查井的結構組成包括墊層、底板、井室、溜槽、踏步、蓋板、井筒、井蓋等部分，形狀構造有圓形、方形、扇形等。以北京為例，市政排水檢查井結構主要參照圖集02S515、05SS521、06MS201、12S522等。

雨水排水系統一般通過雨水口收集雨水，通過管線、檢查井、泵站等構成排水管路排入溝渠、河流。

污水排水系統一般從住宅區小市政管路、排污工廠等排污源頭通過管線、檢查井、泵站等構成排水管路排至污水處理廠。

綜上，現有管網排水系統設計功能較為單一。

2 研究背景

2.1 排水管道病害處理常用方法

（1）管道堵塞

利用水車產生高壓射流沖洗管道,使上游管道內的沉積物松動,成為可移動的懸浮物質,被水流挾帶輸送。

較大管徑人員在保障安全的前提下,進入檢查井對管道進行疏通掏挖，由于危險性大，此方法一般不采用。

在需要疏通的管道上下游緊鄰的兩個檢查井旁,分別設置一輛絞車,利用竹片或穿繩器將一輛絞車的鋼絲繩牽引到另一絞車處,在鋼絲繩連接端連接上通管工具,依靠絞車的交替作用使通管工具在管道中上下刮行,從而達到松動淤泥、推移清除、清掃管道的目的。

利用天然竹片或玻璃鋼竹片的韌性和硬度,人工使其穿入管道,頂推淤積阻塞部位或擾動沉積泥,達到疏通的目的。

利用可彎曲的彈簧節桿,加以不同形式的鉆頭,由驅動裝置驅使彈簧節桿轉動,從而帶動鉆頭鉆動,與淤塞部位作用、頂推淤積，達到疏通管道的目的[3]。

（2）管道變形、沉陷、脫節、斷裂

對變形、沉陷不嚴重的管道，在不影響排水功能的前提下，可采取管體周圍灌注加固的措施。

對于比較嚴重的脫節、斷裂等情況，需要進行開挖修復。故障段上下游檢查井需要進行封堵導流，以滿足開挖修復施工條件。

2.2 常用處理方法的缺點

（1）管道疏通方法的缺點分析

人工進入清理，由于為有限空間作業，管道內的有害氣體種類較多，對作業人員的人身安全造成極大的危險，危險性大，所以一般不建議采用。

而無論是水力高壓疏通還是機械疏通，目的是將擁堵沉淀物進行攪動，擁堵物大部分隨水流排至下游管道，往往治標不治本。

（2）管道變形、沉陷、脫節、斷裂處理方法的缺點分析

此類問題處理一般需要保證在故障管道斷水狀態下進行維修，而斷水需要封堵和導流。砌筑和拆除封堵目前大多需要專業人員下井帶水作業，施工安全風險高，費用高。

綜上，本著有利于后期管道維護、降低維護的安全風險和成本的原則，本文進行了相關研究論述[4]。

3 研究概述

3.1 研究思路

（1）排水管網一般為埋地管道，如從利于后期維護管理考慮，創新設計很難落實到管道本身，所以只能從檢查井結構開拓創新。

（2）為避免后期維護下井帶水作業，需要一種能夠取代封堵作用的結構形式，具有能阻斷和開啟功能的裝置，這自然想到壓力管線中的閥門和閥門井結構。

（3）無論是雨水還是污水，其水體環境較給水、再生水無法匹及，水體中含有大量的垃圾、雜物、顆粒、污泥等，現有排水系統一般缺少沉淀和攔截的措施。

（4）排水管網管材種類較多，常有管道為鋼筋混凝土管，如增加閥門，需考慮連接問題。

綜合以上幾點，檢查井創新設計至少需具有沉淀和攔截水體雜物功能，避免管道淤堵，并具備管道水體隨時開閉功能[5]。

綜上新排水檢查井結構可分為三個部分：上游攔污沉淀井、中間閥門井、下游連接過渡井。此檢查井和現有排水系統配合使用，設置間距不超過1千米設置一座。

3.2 功能介紹

（1）攔污沉淀井井內設有擋墻和攔污柵，主要作用為攔截雨污水中的漂浮垃圾，防止其堵塞管道和閥門，并沉淀雨污水中的固體懸浮顆粒。沉淀的污泥通過吸污車抽取外棄至處理站，攔截的飄浮垃圾通過人工地面打撈，裝車外棄至垃圾處理廠，為避免管道中有較大雜物，可在攔污沉淀井進口安裝絞碎設備。

上游攔污沉淀井同時還起到中間閥門井和上游不同材質管道連接過渡的作用和導流排水時放置排水水泵的作用。

（2）中間閥門井設有管路、支墩和閥門開關。施工期閉水試驗時節省了砌筑、拆除封堵的工作內容，有利于現場節能和綠色施工的開展。后期故障段維修時可分段阻斷流水，保證故障段無水作業，降低了維修成本和安全事故風險。管路采用PE管材，閥門采用適合排水管網的新型閥門。

（3）下游過渡井主要起到中間閥門管段和下游不同材質管道的連接過渡作用；同時井內設置高差，形成跌落，有利于改善水質和加快流速，減少管道內沉淀物沉淀；另外在導流排水時，將導流水體排至此井。

3.3 構造簡圖

圖中1為上游排水主管道，北京地區多為鋼筋混凝土管；

圖中2為攔污柵；

圖中3為中間閥門井管道；

圖中4為排水管道專用閥門，與管道法蘭連接；

圖中5為支墩；

圖中6為下游排水主管道。

圖1 設計檢查井構造簡圖

上游攔污沉淀井尺寸根據管徑參照現有施工圖集選用合適尺寸，中間閥門井同樣根據管徑和閥門大小參照現有圖集尺寸選用，下游過渡井尺寸不宜太大，寬度根據管徑選定，長度1—1.5m即可。

新型檢查井結構可采用現澆鋼筋混凝土結構、模塊砌筑灌芯結構或裝配式檢查井結構。從目前的發展趨勢來說，采用裝配式檢查井結構是首選。選用裝配式檢查井結構，要特別注意裝配式結構接縫防水、檢查井整體性和抗震性問題。接縫宜采用凹槽加橡膠圈插口形式，并利用抗震螺栓進行結構機械連接，保證整體性和抗震性。

此檢查井設計理念為矩形井且為直線井，檢查井平面及剖面圖如2、圖3所示。

圖2 設計檢查井平面圖

圖3 設計檢查井1-1剖面圖 設計檢查井2-2、3-3剖面圖

3.4 使用說明

（1）施工階段閉水試驗

新型檢查井設置間距根據閉水長度要求設置，設置間距不超過1千米，兩座新型檢查井之間為正常排水管道和檢查井系統，如圖4所示。

圖4 避水實驗圖

進行閉水試驗1段時，先關閉閥門1和閥門2，然后進行試驗1段注水，即可按照相關規范要求進行閉水試驗。

試驗1段閉水完成后，關閉閥門3，開啟閥門2，試驗1段用水即流入試驗2段管道，待水位平衡后，關閉閥門2，將試驗1段剩余水抽至試驗2段，即可進行試驗2段閉水，同理以此類推，完成其他管段閉水試驗。

（2）局部管段維修

當局部管道出現堵塞、滲漏、塌陷、脫節、斷裂等情況需要維修時，具體操作以圖5為例，需完成以下步驟：

圖5 管道維修圖

首先將排水水泵下放至檢查井1的攔污沉淀井，連接排水管道至檢查井2的過渡井；

然后開啟水泵進行導流排水，同時關閉閥門1和閥門2。

關閉閥門1和閥門2后，在檢查井2的攔污沉淀井下排水泵，通過排水管將維修段管道內存水排至檢查井2的過渡井內，即實現了維修段無水作業。

待維修管道維修完成后，撤出排水泵，若需進行閉水，按照上（1）的操作步驟操作即可，若無需閉水，開啟閥門1和閥門2，即完成維修管道通水[6]。

4 優缺點分析

事物往往具有兩面性，固新型排水檢查井也有其優點和缺點，下面對新型檢查井的優缺點做一下簡單分析，僅供參考。

4.1 優點

（1）新型檢查井采取分段設置原則，旨在分段解決管道排水沉積物沉淀和攔截垃圾、雜物，并可定期不定期進行清理，減少管道因沉積物沉積和雜物淤積帶來的管道堵塞狀況。

（2）新型排水檢查井的實施，避免了施工階段閉水時進行砌筑封堵和拆除封堵的工作，避免了拆除不徹底或忘記拆除封堵帶來的不必要的麻煩，同時減少了砌筑施工工序，有利于現場綠色施工。

（3）新型排水檢查井應用將會給后期維護管理帶來較大的便利，如局部管道需要無水維修作業，可以關閉故障段所在的上下游閥門，排干管內積水，即可進行無水維修作業。

（4）新型檢查井的應用將為后期維護實現機械化、智能化管護成為可能。如在檢查井內設置排水水位監測系統，監測日常排水水位情況，為維護管理提供有力的數據支持，在管護中可以針對性更強；同時新型排水檢查井沉淀井和中間閥門井在投資允許的前提下，可安裝排水水泵裝置和漂浮物等自動打撈設備，中間閥門可采用電動閥門，遠程操控，進一步減少了人員下井操作的環節，避免了下井操作帶來的安全風險和安全事故的發生。

4.2 缺點

（1）新型排水檢查井較常規檢查井型體偏大，一定程度上增加了施工強度和材料的消耗，造成了施工期投資的增加；

（2）新型排水檢查井因尺寸大、結構較復雜，給裝配式結構設計及施工帶來一定的難度；

（3）新型排水檢查井實施將造成路面局部檢查井井蓋增多，會帶來路面行駛舒適度降低的情況，并且若井周回填土不實會帶來較大面積的井周下沉等質量通病的問題；

（4）新型排水檢查井攔污沉淀井需及時清理沉積物和堆積雜物，否則會造成井內淤堵或造成閥門管段堵塞，影響正常管道排水。

5 應用面臨困境

1、新型排水檢查井較常規檢查井體型大、結構較復雜，施工強度和材料用量大，因此成本造價較高，增加了前期的投入成本。因此需要建設方考慮投資成本問題，即建設方是否愿意投入這部分資金的問題；

2、新型排水檢查井需要設計單位從專業角度進行結構設計優化，因此其應用需得到設計單位的認同；

3、新型排水檢查井的應用還需要得到行業的認可，必須通過各方努力最終形成施工圖集，才能在行業內廣泛推廣；

4、新型排水檢查井要實現裝配式結構，還需要進一步細化，特別是接縫防滲漏問題和結構整體性、抗震性問題，另外需要統一標準，方能實現工廠化生產；

5、新型排水檢查井的應用除面臨以上問題外，還有一個最大問題就是排水源頭的管理問題。目前的排水系統，特別是老舊排水管網，接入的支線管網復雜，個別管網還存在雨污混流的情況，因此排水中特別是污水中雜物太多，日常中造成提升泵站、檢查井等排水系統堵塞情況時有發生。新型的排水檢查井雖然具有攔污設施，但如果雜物太多，短時間就有可能造成攔污柵處垃圾聚集和擁堵，致使排水不暢。因此新型排水檢查井的應用還需對排污源的排放個人、家庭、工廠等進行文明排污的宣傳和倡導，提高人們的排污素質，從而改善排水系統的內部環境，減少排水系統中垃圾對排水系統的攔污荷載。另外雨水收集井的井篦和攔污設施常有丟失、損壞情況，若不能及時修補，會造成地面大量的雜物隨雨水進入排水管道，增加了堵塞的概率。

綜上新型排水檢查井在城市排水系統中的應用還需要一個探索和不斷完善的過程。當然在創新發展的大潮推動下，市政排水系統終會不斷完善自身弊端，提升系統功能，不斷融入科技元素，朝著機械化、智能化等方向發展，各種新型的排水檢查井也會不斷涌現，功能也會不斷完善。