凹型倒虹管的設(shè)計要點與實例分析

冉貞俊 張傳雷

（1.深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司，深圳 518000；2.深圳市水務(wù)工程質(zhì)量監(jiān)督站，深圳 518036）

一個城市的發(fā)展，離不開城市配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。城市的排水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市正常運行的關(guān)鍵。如今，城市化進程越來越快，地下管網(wǎng)往往跟不上地面建筑的進程?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)跟不上新城區(qū)建設(shè)的發(fā)展，特別是污水處理廠，往往滯后于城市建設(shè)，這使得新城區(qū)的排水管網(wǎng)還必須通過舊城區(qū)進行污水處理。而新建城區(qū)與舊城區(qū)之間通常有一些天然或人為的屏障隔斷，如：河流、洼地、山澗等。此種情況下的排水管要通過障礙物時，則需要采用倒虹管，這樣倒虹管便成了穿越天然屏障連接新舊城市管網(wǎng)的橋梁，是城市水務(wù)工程中不可缺少的一部分。

1 設(shè)計前期工作

排水管渠在遇到河流、洼地、山澗等障礙物時，不能按原有的坡度埋設(shè)，而是以下凹的折線方式從障礙物下通過，這種管道稱為倒虹管。雖然倒虹管的定義簡單明了，但在實際工程中，倒虹管的設(shè)計卻是很復(fù)雜的，需要考慮的問題很多，所以前期準(zhǔn)備工作是很必要的。前期準(zhǔn)備工作主要有以下四個方面。

（1）通過排水量確定倒虹管的大小和根數(shù)。

（2）確定倒虹管穿越障礙物的大致位置，選定的穿越位置必須對整個管網(wǎng)是可行、有利的。判定是否可行、有利的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩點：一是選擇此位置不會引起排水管網(wǎng)的過大迂回；二是過障礙物后排水管道能繼續(xù)按原有管道的埋深坡度繼續(xù)敷設(shè)前行，并能順利到達目的地。

（3）在選好穿越位置后對倒虹管穿越障礙物處的地形環(huán)境進行實地測量。測量的目的是要選擇倒虹管的穿越線，使其距離近，有較好的施工工作面，從而減少倒虹管的設(shè)計長度和降低施工難度。

（4）對選擇好的穿越線地下的地質(zhì)情況進行詳細勘探。目的是了解倒虹管穿越線下的地質(zhì)情況，一是看穿越線下是否有不利頂管施工的地質(zhì)，如穿越位置處是否有巖石等堅硬物；二看是否對障礙物會造成不利影響，如河道的河床位置等；然后對探測數(shù)據(jù)進行可行性分析后確定倒虹管的穿管深度。

2 設(shè)計要點分析

（1）設(shè)計倒虹管走線。確定倒虹管的路線時，應(yīng)盡可能與障礙物正交通過，以縮短倒虹管的長度，并應(yīng)選擇通過河道的地質(zhì)條件好的地段，不易被水沖刷地段及埋深小的部位敷設(shè)。

（2）設(shè)計倒虹管的條數(shù)。設(shè)計穿過河道的倒虹管一般不宜少于兩條，當(dāng)近期水量不能達到設(shè)計流速時，可使用其中的一條，暫時關(guān)閉一條。穿過小河、旱溝和洼地的倒虹管，可敷設(shè)一條工作管道。當(dāng)穿過特殊重要構(gòu)筑物（如地下鐵道）的倒虹管，應(yīng)敷設(shè)3條管道，其中2條工作，1條備用。

（3）設(shè)計倒虹管管徑。倒虹管的管徑應(yīng)通過流量流速計算確定，設(shè)計污水為合流管道時，設(shè)倒虹管應(yīng)按旱流污水量校核流速。但最小設(shè)計管徑不應(yīng)小于200mm。

（4）管材、管長、埋深設(shè)計。倒虹管管材選用一般采用金屬管或鋼筋混凝土管；倒虹管水平管的長度應(yīng)根據(jù)穿越物的形狀和遠景發(fā)展規(guī)劃確定；倒虹管的水平管的管頂距規(guī)劃的河底一般不宜小于0.5m，通過航運河道時，應(yīng)與當(dāng)?shù)睾竭\管理部門協(xié)商確定，并設(shè)有標(biāo)志，遇到?jīng)_刷河床應(yīng)采取防沖措施。

（5）倒虹管的流速設(shè)計。因倒虹管的清通比一般管道困難得多，因此在設(shè)計時必須盡量完善，并采取各種措施來防止倒虹管內(nèi)污水的淤積。在設(shè)計流速時最好采用 1.2～1.5m/s，在條件困難時可適當(dāng)降低，但不宜小于 0.9m/s，且不得小于上游管道內(nèi)的流速。當(dāng)流速達不到0.9m/s時，應(yīng)采用定期沖洗措施，但沖洗流速不得小于1.2m/s。

（6）倒虹管進出水井的設(shè)計。倒虹管進出水井應(yīng)設(shè)在不被洪水淹沒的地方。進出水井內(nèi)應(yīng)設(shè)閘槽或閘門。在進水井內(nèi)還應(yīng)設(shè)有沖洗取水點。倒虹管進出水井應(yīng)設(shè)置檢修室，檢修室凈高宜為2m。當(dāng)進出水井較深時，井內(nèi)應(yīng)設(shè)檢修臺，其寬度應(yīng)滿足檢修要求。當(dāng)?shù)购绻艿脑O(shè)計流速達不到0.9m/s時，還應(yīng)在進水井內(nèi)設(shè)置定期沖洗裝置。并且在每個檢修室頂部都應(yīng)設(shè)人孔進入，地面檢修孔應(yīng)設(shè)井口和井蓋。

1）實驗組和對照組總體情況比較。實驗組實際參與測試的人數(shù)為33名；對照組實際參與測試的人數(shù)為29名（病假四名）。測試題目有問答題目、聽力測試、認(rèn)讀卡片、背誦兒歌，共100分。從表1可以看出，實驗組在聽說訓(xùn)練等方面的均分均高于測試組。

（7）沉泥槽。凹型倒虹管進水井和進水井的前一檢查井內(nèi)，均應(yīng)設(shè)置沉泥槽，沉泥槽的設(shè)置深度一般為0.5m。

（8）事故排出口。進水井應(yīng)設(shè)事故排出口，當(dāng)需要檢修倒虹管時，使上游廢水通過事故排出口直接排入水體。如因衛(wèi)生要求不能設(shè)置時，則應(yīng)設(shè)備用管線。但在有2條以上工作管線的情況下，當(dāng)其中1條發(fā)生故障，其余管線在提高水壓線后并不影響上游管道正常工作仍能通過設(shè)計流量時，也可不設(shè)備用管線。

3 凹型倒虹管的實例分析

某工程為一個城鎮(zhèn)污水處理廠配套截污干管工程。在該鎮(zhèn)城區(qū)有兩條河流，與城市縱橫交錯，將城鎮(zhèn)分為三大片。該設(shè)計的污水處理廠配套截污干管工程的截污干管服務(wù)全鎮(zhèn) 80%以上，排水按合流管道設(shè)計，設(shè)計排水總量為25萬t/d，總的設(shè)計截污干管長度約為24km，其中有三處截污干管采用凹型倒虹管穿過城區(qū)河流。河道寬約 50m，河床底深約3.5m。

按相應(yīng)的規(guī)范設(shè)計要求，結(jié)合實際選擇其中一處倒虹管為例進行設(shè)計。由于排水管道按合流制設(shè)計，所以最后應(yīng)按旱流污水量校核流速。此處倒虹管上游管徑D =1000mm，設(shè)計坡度I =0.8‰, 按漫流設(shè)計,最大排水量Q =874.3L/s。流速V =0.96m/s。經(jīng)計算此處的旱流污水量為320 L/s。

選用兩根D700的倒虹管,在雨季時兩根同時使用，每根承擔(dān)流量Q =437.15L/s，在旱季時只開啟一根。倒虹管長度為52.6m。

（1）倒虹管的截面面積A：

（2）流速V ：V =Q/A=437.15/（1000×0.385）=1.14m/s＞0.9m/s,同時 1.14m/s＞0.96m/s。經(jīng)速度驗證設(shè)計合理。

（3）水力半徑R：

（4）坡降i：

（5）倒虹管沿程水頭損失Hy：

（6）倒虹管進出水口的局部水頭損失Hj：

（7）總水頭損H ：

因考慮一定的安全系數(shù)，設(shè)計采用的靜水壓力為0.3m。

（8）旱流污水量校核流速。

旱流污水量為 320L/s時，只用一條倒虹管工作，流速V = Q/S =0.32/0.385=0.83m/s＜0.9m/s。則需要設(shè)計沖洗流速大于1.2m/s的沖洗裝置。

（9）沖洗裝置設(shè)計。

由于該倒虹管處河道平常最低水位高出上游管管頂1m，所以為了節(jié)約沖洗用水量，采用了引入河道水對倒虹管進行沖洗。具體設(shè)計為在倒虹管頂部設(shè)計引入管分別與兩根倒虹管連接，在兩根連接管上分別裝設(shè)閥門，在引入管上裝設(shè)閘門對沖洗水進行控制。根據(jù)△H = 1.0m計算沖水管流速 V =(2g·△H )0.5=4.4m/s，沖洗管選用D400，沖洗流量為553 L/s，求得倒虹管內(nèi)的沖洗流速為V沖=1.44m/s＞1.2m/s，滿足設(shè)計要求。

（10）凹型倒虹管實例圖。

圖1 凹型倒虹管過河道平面大樣圖

圖2 凹型倒虹管過河道縱斷剖面圖

4 結(jié) 語

如今城市化進程在不斷加快，從平原地帶逐步延伸到地形復(fù)雜地帶。這使得倒虹管在城市化進程中起著舉足輕重的作用，它是連通城市地下管線的橋梁，貫穿新舊城市的命脈。由于倒虹管都在極其復(fù)雜的地下，與一般的管道相比體現(xiàn)出了兩大難點，一是施工難、二是清通難。所以在設(shè)計倒虹管的時候應(yīng)特別注意，在發(fā)揮倒虹管穿越障礙物作用的同時，也要充分考慮走線合理、排水順暢、維修方便、經(jīng)濟安全的諸多因素。

[1] 給水排水設(shè)計手冊(第五冊城鎮(zhèn)排水).中國建筑工業(yè)出版.第2版,2004年4月1日

[2] 室外排水設(shè)計規(guī)范.GB50014-2006