沉淀、攔截式排水閥門檢查井研究

周峰

北京天恒建設(shè)集團有限公司 北京 102600

1 城市排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 城市排水系統(tǒng)介紹

城市排水系統(tǒng)是處理和排除城市污水和雨水的工程設(shè)施系統(tǒng)，是城市公用設(shè)施的組成部分。城市排水系統(tǒng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃的組成部分。城市排水系統(tǒng)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(tǒng)現(xiàn)狀

目前我國排水系統(tǒng)大多為管網(wǎng)系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)形式，檢查井結(jié)構(gòu)由磚砌井轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(gòu)造有圓形、方形、扇形等。以北京為例，市政排水檢查井結(jié)構(gòu)主要參照圖集02S515、05SS521、06MS201、12S522等。

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

污水排水系統(tǒng)一般從住宅區(qū)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(gòu)成排水管路排至污水處理廠。

綜上，現(xiàn)有管網(wǎng)排水系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)生高壓射流沖洗管道,使上游管道內(nèi)的沉積物松動,成為可移動的懸浮物質(zhì),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(shè)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(jié)桿,加以不同形式的鉆頭,由驅(qū)動裝置驅(qū)使彈簧節(jié)桿轉(zhuǎn)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(jié)、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(jié)、斷裂等情況，需要進行開挖修復(fù)。故障段上下游檢查井需要進行封堵導(dǎo)流，以滿足開挖修復(fù)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(yè)，管道內(nèi)的有害氣體種類較多，對作業(yè)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(jié)、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(tài)下進行維修，而斷水需要封堵和導(dǎo)流。砌筑和拆除封堵目前大多需要專業(yè)人員下井帶水作業(yè)，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(guān)研究論述[4]。

3 研究概述

3.1 研究思路

（1）排水管網(wǎng)一般為埋地管道，如從利于后期維護管理考慮，創(chuàng)新設(shè)計很難落實到管道本身，所以只能從檢查井結(jié)構(gòu)開拓創(chuàng)新。

（2）為避免后期維護下井帶水作業(yè)，需要一種能夠取代封堵作用的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。

（3）無論是雨水還是污水，其水體環(huán)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(xiàn)有排水系統(tǒng)一般缺少沉淀和攔截的措施。

（4）排水管網(wǎng)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(chuàng)新設(shè)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(jié)構(gòu)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(xiàn)有排水系統(tǒng)配合使用，設(shè)置間距不超過1千米設(shè)置一座。

3.2 功能介紹

（1）攔污沉淀井井內(nèi)設(shè)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(shè)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(zhì)管道連接過渡的作用和導(dǎo)流排水時放置排水水泵的作用。

（2）中間閥門井設(shè)有管路、支墩和閥門開關(guān)。施工期閉水試驗時節(jié)省了砌筑、拆除封堵的工作內(nèi)容，有利于現(xiàn)場節(jié)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(yè)，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(wǎng)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(zhì)管道的連接過渡作用；同時井內(nèi)設(shè)置高差，形成跌落，有利于改善水質(zhì)和加快流速，減少管道內(nèi)沉淀物沉淀；另外在導(dǎo)流排水時，將導(dǎo)流水體排至此井。

3.3 構(gòu)造簡圖

圖中1為上游排水主管道，北京地區(qū)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(shè)計檢查井構(gòu)造簡圖

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

新型檢查井結(jié)構(gòu)可采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、模塊砌筑灌芯結(jié)構(gòu)或裝配式檢查井結(jié)構(gòu)。從目前的發(fā)展趨勢來說，采用裝配式檢查井結(jié)構(gòu)是首選。選用裝配式檢查井結(jié)構(gòu)，要特別注意裝配式結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)機械連接，保證整體性和抗震性。

此檢查井設(shè)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(shè)計檢查井平面圖

圖3 設(shè)計檢查井1-1剖面圖 設(shè)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(shè)置間距根據(jù)閉水長度要求設(shè)置，設(shè)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(tǒng)，如圖4所示。

圖4 避水實驗圖

進行閉水試驗1段時，先關(guān)閉閥門1和閥門2，然后進行試驗1段注水，即可按照相關(guān)規(guī)范要求進行閉水試驗。

試驗1段閉水完成后，關(guān)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(guān)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(xiàn)堵塞、滲漏、塌陷、脫節(jié)、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(dǎo)流排水，同時關(guān)閉閥門1和閥門2。

關(guān)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(nèi)存水排至檢查井2的過渡井內(nèi)，即實現(xiàn)了維修段無水作業(yè)。

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(yōu)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(yōu)點和缺點，下面對新型檢查井的優(yōu)缺點做一下簡單分析，僅供參考。

4.1 優(yōu)點

（1）新型檢查井采取分段設(shè)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(xiàn)場綠色施工。

（3）新型排水檢查井應(yīng)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(yè)，可以關(guān)閉故障段所在的上下游閥門，排干管內(nèi)積水，即可進行無水維修作業(yè)。

（4）新型檢查井的應(yīng)用將為后期維護實現(xiàn)機械化、智能化管護成為可能。如在檢查井內(nèi)設(shè)置排水水位監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測日常排水水位情況，為維護管理提供有力的數(shù)據(jù)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(shè)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(huán)節(jié)，避免了下井操作帶來的安全風險和安全事故的發(fā)生。

4.2 缺點

（1）新型排水檢查井較常規(guī)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，給裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)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(nèi)淤堵或造成閥門管段堵塞，影響正常管道排水。

5 應(yīng)用面臨困境

1、新型排水檢查井較常規(guī)檢查井體型大、結(jié)構(gòu)較復(fù)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(shè)方考慮投資成本問題，即建設(shè)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(shè)計單位從專業(yè)角度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，因此其應(yīng)用需得到設(shè)計單位的認同；

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

4、新型排水檢查井要實現(xiàn)裝配式結(jié)構(gòu)，還需要進一步細化，特別是接縫防滲漏問題和結(jié)構(gòu)整體性、抗震性問題，另外需要統(tǒng)一標準，方能實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)；

5、新型排水檢查井的應(yīng)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(tǒng)，特別是老舊排水管網(wǎng)，接入的支線管網(wǎng)復(fù)雜，個別管網(wǎng)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(tǒng)堵塞情況時有發(fā)生。新型的排水檢查井雖然具有攔污設(shè)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(yīng)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(dǎo)，提高人們的排污素質(zhì)，從而改善排水系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境，減少排水系統(tǒng)中垃圾對排水系統(tǒng)的攔污荷載。另外雨水收集井的井篦和攔污設(shè)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(tǒng)中的應(yīng)用還需要一個探索和不斷完善的過程。當然在創(chuàng)新發(fā)展的大潮推動下，市政排水系統(tǒng)終會不斷完善自身弊端，提升系統(tǒng)功能，不斷融入科技元素，朝著機械化、智能化等方向發(fā)展，各種新型的排水檢查井也會不斷涌現(xiàn)，功能也會不斷完善。