市政排水管道在清淤方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

史剛

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，市政管網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅速，對(duì)道路地下的市政排水管道施工質(zhì)量控制的要求也越來(lái)越高。市政排水管道的過(guò)水能力受懸浮物顆粒淤積情況的影響，若不及時(shí)清淤會(huì)導(dǎo)致管道過(guò)水能力降低。分析了沉積物流速、沉積作用以及水力清淤作用在市政排水管道清淤方面的應(yīng)用，為提高市政排水管道規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性提供思路。

關(guān)鍵詞：排水管道;清淤;施工

1 傳統(tǒng)市政排水管道清淤技術(shù)分析

1.1 絞車(chē)清淤技術(shù)

絞車(chē)清淤技術(shù)在早期管道清淤工作當(dāng)中十分常見(jiàn)，具有良好的清淤功效，但此項(xiàng)技術(shù)具有兩個(gè)較大的缺陷，即因?yàn)樵摷夹g(shù)的清淤設(shè)備形式問(wèn)題，其只能夠應(yīng)用于直線(xiàn)的清淤條件下，如果遭遇彎曲管道，則無(wú)法使用，如果強(qiáng)行使用只會(huì)導(dǎo)致管道受損;因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，需要人工進(jìn)入地下井道環(huán)境當(dāng)中，該環(huán)境中存在大量的有害氣體，容易引起身體健康方面的問(wèn)題。在具體應(yīng)用當(dāng)中，首先需要配置兩個(gè)相同的絞車(chē)設(shè)備，每個(gè)絞車(chē)設(shè)備都由竹片、鋼絲繩以及清淤刷組成，將清淤刷綁在鋼絲繩上，再將鋼絲繩一端與竹片的一端相接，其次由人工進(jìn)入地下井道的一端，將竹片穿過(guò)管道，再?gòu)牧硪欢送献е衿蛊鋷?dòng)鋼絲繩與清淤刷進(jìn)入清淤段，最終將另一端的鋼絲繩與另一個(gè)絞車(chē)連接，啟動(dòng)絞車(chē)后借助絞車(chē)的前后移動(dòng)原理，使清淤刷進(jìn)行清淤。此外，針對(duì)絞車(chē)清淤技術(shù)的兩個(gè)缺點(diǎn)，在后續(xù)研究中有學(xué)者提出了鋼纜穿越的方法，該方法可以避免人工進(jìn)入地下環(huán)境，但無(wú)法排除曲線(xiàn)彎道無(wú)法應(yīng)用的問(wèn)題。

1.2 高壓水流清淤技術(shù)

高壓水流清淤技術(shù)具有應(yīng)用安全且簡(jiǎn)便、清淤效果良好的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中需要反復(fù)應(yīng)用，所以就容易帶來(lái)巨大的資源浪費(fèi)以及應(yīng)用成本，所以其不適用于大范圍清淤工作當(dāng)中。具體應(yīng)用當(dāng)中，首先采用增壓設(shè)備，將水體注入蓄水結(jié)構(gòu)封蓋，其次將蓄水結(jié)構(gòu)的出水口與水噴頭膠管連接，并對(duì)增壓壓力參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終啟動(dòng)增壓設(shè)備，使水流進(jìn)入水噴頭膠管，通過(guò)膠管水流會(huì)進(jìn)入水噴頭部位，借助水噴頭的形式，可以形成細(xì)長(zhǎng)的高壓水流，此時(shí)人工控制水噴頭對(duì)清淤管道進(jìn)行反復(fù)沖洗即可。

1.3 蓄水沖刷清淤技術(shù)

蓄水沖刷清淤技術(shù)是一項(xiàng)起源于歐洲國(guó)家的技術(shù)，其具有成本低廉、應(yīng)用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)在于此項(xiàng)技術(shù)的清淤效果可控度不高，很難清理一些與管道存在纏繞、高度固結(jié)關(guān)系的淤堵物，所以其清淤效果相對(duì)較差。在具體應(yīng)用方面，首先在非清淤時(shí)間需要做好蓄水工作，且將蓄水結(jié)構(gòu)的出水口與排水管道連接，其次在清淤工作當(dāng)中，瞬間打開(kāi)蓄水池出水口，使部分水流在極短時(shí)間內(nèi)傾斜至清淤管道當(dāng)中，對(duì)其中淤堵物進(jìn)行沖刷，在反復(fù)操作之下，即可實(shí)現(xiàn)清淤。

2 排水管道規(guī)劃設(shè)計(jì)中沉積作用的應(yīng)用

在進(jìn)行排水管道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，可以分段分片采用沉積水清池，該種設(shè)計(jì)本身具有沉積功能，可以設(shè)置在對(duì)管道網(wǎng)絡(luò)中其他管線(xiàn)影響不大之處，或者在清淤工作不影響交通情況的地方進(jìn)行設(shè)置。采用該種設(shè)計(jì)可以使管道網(wǎng)絡(luò)整體清淤工作量減少，同時(shí)也可以起到減慢淤積速率的作用。陳積水清池的設(shè)計(jì)原則是根據(jù)斯托克斯公式和去除率公式計(jì)算出需要去除的懸浮物顆粒的具體數(shù)值。在市政排水管道中，沉積物以容積沉淀的形式進(jìn)行物理沉淀，以自由沉淀為主要機(jī)理，因此需要將顆粒的重力、浮力和下沉阻力的平衡狀況進(jìn)行綜合考慮，即斯托克斯公式，如下式（1）所示：

（1）

式（1）中懸浮顆粒自由沉淀的速率用u表示，顆粒密度和液體密度分別用ρs和ρy表示，水的黏滯度用μ表示。應(yīng)用式（1）主要是對(duì)懸浮顆粒的粒徑和去除率進(jìn)行分析，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行修正。

（2）

? ? （3）

式（2）所示為去除率公式，式中去除率用η表示，懸浮物在去除后的剩余量用P0表示，懸浮顆粒的沉降速率用ut表示，臨界沉降速率用u0表示。對(duì)式（2）進(jìn)行簡(jiǎn)化，如式（3）所示，式（3）中Pt為沉降速度為ut的懸浮顆粒的百分比。排水管道規(guī)劃設(shè)計(jì)中水力清淤作用的應(yīng)用沉積水清池除了具有沉積作用外還具有水力清淤作用，當(dāng)出水管管嘴在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)存在恒定出流時(shí)，會(huì)使管嘴內(nèi)形成一定的真空度，這種真空度會(huì)使得出流的速度提高，進(jìn)而對(duì)管道的下游起到?jīng)_刷作用。真空收縮斷面的能量方程如式（4）所示：

（4）

式（4）中H可以用式（5）表示：

（5）

斷面真空度的計(jì)算公式如式（6）所示：

（6）

可以得到出水管嘴處真空斷面處的平均流速 vc 的計(jì)算公式，如式（7） 所示：

（7）

式（4）～（7）中，上游孔口形心距離液面的高度用H表示，上游孔口形心的總水頭用H0表示，上游孔口形心處的流速用v0表示，大氣壓和真空斷面中心的壓強(qiáng)分別用Pa和Pcabs表示，動(dòng)能修正系數(shù)用α0表示，孔口的局部阻力系數(shù)用ξ0表示，斷面處的流速系數(shù)用φ表示。同時(shí)重力加速度（g）取9.81，上游孔口形心距離液面的高度取2 m時(shí)，根據(jù)式（7）可得到真空斷面的平均流速為8.12 m/s，此時(shí)下游管道可以得到有效的沖洗，進(jìn)而達(dá)到清淤的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

市政排水管道是市政建設(shè)中尤為重要的設(shè)施，與城市的發(fā)展存在直接的關(guān)系。及時(shí)對(duì)市政排水管道進(jìn)行清淤可以保障管道通暢。管傳統(tǒng)市政排水管道清淤技術(shù)在清淤效果上具有良好的表現(xiàn)，但是普遍存在缺陷，例如人工依賴(lài)度高、會(huì)對(duì)人的身體健康造成影響、存在較多的限制條件、清淤效果可控性不強(qiáng)等缺陷，道淤積現(xiàn)象是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，本文僅僅分析了沉積物流速、沉積作用及水力清淤作用在排水管道規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為提高排水管道的設(shè)計(jì)合理性提供了思路和參考。除此之外，對(duì)市政排水管道網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)，保證管道的環(huán)境衛(wèi)生也可以緩解管道的淤積情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉維斌.關(guān)于城市排水管道清淤問(wèn)題的相關(guān)探究[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2014（19）：174-175.