太原半坡東街及都司街雨水頂管設計方案分析

侯 強，李 欣

(1.太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002; 2.太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院，山西 太原 030002)

近年來，府西街、半坡東街等道路，每逢太原降雨，均有不同程度的積水。半坡東街、都司街雨水方涵除(府西街—半坡北巷)段外均于二十世紀五六十年代修建，年代較為久遠，淤積嚴重，標準低、過流量不足，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查多為合流，同時都司街方涵末端與水西關街D3 500 mm雨水管未完全連通。半坡東街現(xiàn)狀方涵斷面為B×H=2 400 mm×1 500 mm，都司街現(xiàn)狀方涵斷面為2孔B×H=2 400 mm×1 400 mm?，F(xiàn)因市政排水管網(wǎng)逐年完善改造，路面硬化，匯水面積、徑流系數(shù)增大、設計標準提高、末端連通等原因，致使現(xiàn)有管涵過流量嚴重不足，同時現(xiàn)狀方涵局部為雨污合流，需進行雨污分流改造，故對半坡東街、都司街排水管線進行改造。

1 工程概況

半坡東街、都司街位于太原市府西街和水西關街之間，南北走向，道路規(guī)劃紅線寬度為20 m。其中，現(xiàn)狀半坡東街起點為府西街，終點為羊市街，長度560 m，現(xiàn)狀車行道寬7 m；都司街起點為羊市街，終點為水西關街，長度400 m，現(xiàn)狀車行道寬12 m。本次半坡東街、都司街雨水工程設計路由為半坡北巷到水西關街，從半坡北巷至羊市街，羊市街東折入都司街，沿都司街至水西關街然后西折至水西關街1號井。全長約913.5 m。

2 現(xiàn)場條件分析

半坡東街(府西街—半坡北巷)為2013年實施工程，該段雨水方涵斷面為B×H=3 400 mm×1 600 mm，坡度為1.5‰；羊市街(半坡東街—都司街)段現(xiàn)狀雨水方涵斷面為2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度為0.8‰，為半坡東街、都司街預留規(guī)劃斷面因客觀原因未實施，仍然是舊的，斷面小、埋深淺的雨水方涵；供熱公司先于道路和排水管線改造，對都司街供熱管線完成更新，敷設于機動車道內(nèi)，擠占了規(guī)劃的雨水方涵和污水管位置；現(xiàn)狀道路路面7 m～12 m，現(xiàn)狀地下管線密集，有電力排管、電力管溝，自來水、熱力管線；周邊建筑老舊，部分沿街建筑侵占入道路紅線，拆遷困難，附近高層建筑有殘聯(lián)大廈，都司廣場等。

3 依據(jù)的排水規(guī)劃

根據(jù)太原市城鄉(xiāng)規(guī)劃局《關于水西關街改造雨水工程方案的規(guī)劃意見》(2016年)，半坡東街、都司街雨水排除由城南退水渠系統(tǒng)調(diào)整為水西關街泵排系統(tǒng)，通過新建斷面為B×H=2 700 mm×1 800 mm-2根D3 500 mm的雨水管涵，雨水由東向西至汾河公園接入水西關街泵站進水閘門井，提升后排入汾河，泵站規(guī)模24 m3/s。

本項目符合批準的太原市城市總體規(guī)劃、最新的規(guī)劃意見，并在此基礎上進行了工程設計。

4 工程設計

根據(jù)相關規(guī)劃和方案批復意見，半坡東街，都司街雨水排除為水西關街泵排系統(tǒng)，最終由水西關街泵站抽排入汾河。半坡東街(半坡北巷—羊市街)現(xiàn)狀雨水方涵斷面為B×H=2 400 mm×1 500 mm，都司街現(xiàn)狀雨水方涵斷面為2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度約0.8‰，均建于20世紀50年代，多為合流，破損老化嚴重，淤積嚴重，過流量不足，經(jīng)資料分析及現(xiàn)場調(diào)查，本次設計廢除半坡東街、都司街原有雨水方涵，切斷與南海街雨水管涵的聯(lián)系，確保雨水能順利進入水西關街系統(tǒng)。本次按照新的雨水排水標準，重新設計[1]。

4.1 設計標準及參數(shù)

排水體制采用雨、污分流制[2]。

暴雨強度計算公式：

其中，雨水設計重現(xiàn)期：P=3 a，暴雨強度q的單位L/(s·hm2)。

徑流系數(shù)：ψ綜合=0.65。

4.2 工藝方案比選

根據(jù)最新的排水標準要求，充分利用羊市街、水西關街末端接管點高程以及避讓現(xiàn)狀管線高程交叉，提出以下方案：方案一：雨水排除采用方涵斷面形式，大開挖施工，經(jīng)計算，半坡東街斷面尺寸為B×H=2孔3 800 mm×1 600 mm，坡度約0.8‰，埋深為2.45 m～2.83 m；都司街斷面尺寸為2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度為3.0‰，埋深為4.24 m～7.86 m。此方案高程條件苛刻，方涵坡度受限。由于道路狹窄、管線密集、方涵斷面較大，開挖空間不足，地下水位高等原因需做專項支護。同時考慮到周邊建筑老舊，供熱和電力排管、管溝要保留利用，實施難度大，對周邊建筑影響危害較大。方案二：雨水排除采用圓管斷面形式。主線采用頂管施工，轉(zhuǎn)輸上游雨水，經(jīng)計算，半坡東街、都司街雨水管管道均采用D3 000 mm雨水管，坡度為1.5‰～2.0‰，埋深為8.42 m～9.09 m。此方案主線頂管施工，水力條件較好，可以改善上游和整個區(qū)域排水水力條件，對周邊建筑影響較小。但局部需做工作、接收井，同時在工作、接收井附近涉及到管線改遷。但整體頂管對周邊建筑影響較小，同時配合做好周邊老舊建筑的沉降監(jiān)測，做好應急預案。

4.3 工藝方案確定

考慮到現(xiàn)狀道路較窄，地下管線密集，方涵斷面尺寸較大，供熱和電力排管、管溝要保留利舊，周邊建筑多為老舊小區(qū)等因素，如果采用大斷面雨水方涵開挖施工，實施難度大，對周邊建筑影響較大，因此本次雨水設計推薦方案二，采用主線D3 000 mm頂管。

4.4 工藝方案設計

1)平面布置。根據(jù)管線綜合規(guī)劃，本次設計半坡東街雨水管位于路中以西2 m，都司街雨水管位于道路路中。

主線雨水管線設計起點位于半坡東街與半坡北巷交叉口，在現(xiàn)狀B×H=3 400 mm×1 600 mm方涵處設置智慧分流井一座，分流原方涵內(nèi)污水后，布置工作井，沿道路由北向南頂管，至半坡東街、羊市街路口，東折后至羊市街都司街路口，然后沿都司街由北向南頂管至都司街水西關街路口，西折后接入水西關現(xiàn)狀D3 500 mm雨水井。

智慧分流井通過下開式堰門、限流閘門、超聲波液位計以及一整套液壓、電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。通過雨量和水位控制，實現(xiàn)小雨時，污水和初期雨水均收集進入污水系統(tǒng)，大雨時，保證雨水不進入現(xiàn)狀污水系統(tǒng)，不影響現(xiàn)狀污水系統(tǒng)的正常運行以及保證周邊建筑不發(fā)生倒灌。

為保證主線收集上游轉(zhuǎn)輸來水，主線頂管段需與半坡東街現(xiàn)狀B×H=3 400 mm×1 600 mm，羊市街B×H=2 400 mm×1 500 mm、水西關街B×H=2 700 mm×1 400 mm雨水方涵連通。本次設計管徑為D3 000 mm，總長度為913.5 m。其中半坡東街段D3 000 mm，L=460 m，羊市街段L=53 m，都司街段L=385 m，水西關街段D3 000 mm，L=15.5 m。為保證主線收集上游轉(zhuǎn)輸來水，主線頂管段需與半坡東街現(xiàn)狀B×H=3 400 mm×1 600 mm，羊市街2 400 mm×1 500 mm、水西關街2 700 mm×1 400 mm雨水方涵連通。本次設計管徑D3 000 mm，總長度為913.5 m。其中半坡東街段D3 000 mm，L=460 m，羊市街段L=53 m，都司街段L=385 m，水西關街段D3 000 mm，L=15.5 m。

2)豎向設計。雨水管線設計坡度盡量與道路同坡。設計高程主要受末端水西關街D3 500 mm雨水管高程、上下游接管點高程等控制。雨水管埋深在8.42 m～9.09 m，縱坡1.5‰～2.0‰。

4.5 頂管結(jié)構(gòu)

1)沉井設計[3]。頂管井采用沉井設計。其中,Y-1，Y-3和Y-6采用矩形工作井，尺寸為9.6 m×5.6 m，Y-2和Y-7采用矩形接收井，尺寸為6.5 m×4.8 m，Y-4采用圓形接收井，直徑為6.5 m，Y-5采用圓形工作井，直徑為9.6 m。

2)頂管圍護設計[4]。沉井支護采用樁徑600 mm，間距350 mm，搭接250 mm的高壓旋噴樁，最外側(cè)旋噴樁內(nèi)插HW-400型鋼，插一跳一。采用雙管法工藝，水泥漿液壓力大于25 MPa，流量大于30 L/min，氣流壓力大于0.7 MPa。采用P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比(質(zhì)量比)0.8～1.2之間，可根據(jù)實際情況適當加入外加劑及摻合料。

具體工作井、接收井結(jié)構(gòu)圍護見圖1～圖4。

5 結(jié)語

目前該工程已實施完工，雨季運行良好。本工程的實施對完善水西關街雨水系統(tǒng)和整個區(qū)域的排水安全起著至關重要的作用；同時本工程是緊跟新規(guī)范新標準，改善管涵水力條件，滿足新時代城市排水防澇要求的必要舉措；本工程通過起端和沿線設置智慧截留井進行雨污分流改造，是解決區(qū)域雨污分流，減少污水入河道，改善人居和生態(tài)環(huán)境的有效措施；解決歷史遺留問題，徹底解決關鍵節(jié)點“卡脖子”問題。