金鋰,劉聰,劉孝坤,王小林
(1.西安市政設(shè)計研究院有限公司,西安 710000;2.西咸新區(qū)秦漢新城基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理有限公司,陜西 咸陽 712000)
城市管網(wǎng)改造需從街區(qū)源頭截污、道路管網(wǎng)分流、水廠分期運行3 個方面持續(xù)推進(jìn)。因城市排水管道雨、污混流問題易造成城市排水設(shè)施運行不暢,城市內(nèi)澇災(zāi)害及城市黑臭水體等問題。城市改造中應(yīng)積極推進(jìn)雨、污分流工作,排查現(xiàn)狀街區(qū)及市政道路存在的管網(wǎng)混接問題。
城市雨、污混流主要分為2 種類型:
1)旱季污水經(jīng)雨水管道排入城市自然水體,易形成黑臭水體;
2)雨季,雨水經(jīng)污水管道接入城市污水處理廠,造成下游污水管道、污水處理廠超負(fù)荷運行[1]。
2015 年,《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計劃的通知》國發(fā)〔2015〕17 號文件指出:“城鎮(zhèn)需全面加強配套管網(wǎng)建設(shè),現(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)應(yīng)加快實施雨、污分流改造,難以改造的,應(yīng)采取截流、調(diào)蓄和治理等措施?!苯Y(jié)合該區(qū)的《總體規(guī)劃(2016—2035)》要求,需積極推進(jìn)城市市政管網(wǎng)雨、污分流工程,完善城市給排水管網(wǎng),達(dá)到控污節(jié)源,保障飲水安全的功能[2]。
改造道路寬B×高H=2 600×1 500 mm 雨水箱涵在前期施工下穿工業(yè)管道時,受現(xiàn)場因素制約與現(xiàn)狀B×H=2 500×1 300 mm 合流箱涵匯合排入下游污水處理廠,導(dǎo)致下游污水管道及污水處理廠運行負(fù)荷嚴(yán)重超載,雨季道路低點易形成澇點。為減輕下游污水處理廠運行負(fù)荷,實現(xiàn)河流1#排放口的排放功能,按照區(qū)域排水規(guī)劃,需對該道路的混流排水箱涵進(jìn)行改造。
3.2.1 方案設(shè)計
根據(jù)現(xiàn)場施工條件,管道敷設(shè)需確保管道埋深并避開東西向道路下穿段。設(shè)計雨水管道起點位于改造道路南側(cè),截流現(xiàn)狀雨水箱涵后敷設(shè)至道路北側(cè)下穿工業(yè)管群后,沿人行道向東敷設(shè),終點接入河堤下現(xiàn)狀雨水檢查井內(nèi)。
3.2.2 項目施工制約因素
結(jié)合3.1 中概況分析,改造道路現(xiàn)場施工受到以下3 點因素制約。
1)管線交叉避讓
本次設(shè)計管道總長約395.000 m,坡度1‰,管道接入現(xiàn)狀檢查井井底高程377.261 m;設(shè)計管道起點現(xiàn)狀箱涵涵底高程379.760 m。改造道路沿途敷設(shè)常規(guī)市政管道及工業(yè)管道,位于修建范圍內(nèi)的現(xiàn)狀管道概況詳見表1。重力流排水管道坡降計算:
表1 改造道路現(xiàn)狀工程管道概況表
式中,h 為管道坡降,m;i 為設(shè)計管道坡度,‰;L 為設(shè)計管道長度,m。
根據(jù)式(1)管線縱斷坡降設(shè)計計算及GB 50289—2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》[3](以下簡稱《管線規(guī)范》)中市政管線豎向安全凈距要求,設(shè)計雨水管道與現(xiàn)狀市政管道、工業(yè)管道存在高程交叉問題,需進(jìn)行管線避讓方案比選,以確保設(shè)計管道安全施工。
2)地面高程、交通限制
本次設(shè)計管道需繞行現(xiàn)狀道路下穿段進(jìn)行敷設(shè),根據(jù)現(xiàn)場勘查資料,東西向現(xiàn)狀道路下穿通道與改造道路橋面高程相差約5.45 m。此外,改造道路敷設(shè)管道段處于十字相交路口,交通流通量較大,為運載貨車通行主干道,大開挖等機械運載受到限制。需進(jìn)行設(shè)計雨水管道斷面形式及施工方式比選,以確保施工安全。
3)現(xiàn)狀雨水箱涵雨、污混流
現(xiàn)狀市政道路因歷史緣由或區(qū)域整改規(guī)劃等因素,應(yīng)允許個別難以改造的小范圍區(qū)域在較長時期內(nèi)保持截流合流制[4]。根據(jù)現(xiàn)場管線勘察結(jié)果表明,改造道路兩側(cè)沿途用戶污水支管接入B×H=2 600×1 500 mm 雨水箱涵內(nèi),造成設(shè)計雨水管道截流雨水箱涵排水后存在長流污水排放問題,需對該段污水排放進(jìn)行截流控制。
3.3.1 管線交叉工況比選
現(xiàn)狀市政道路改造管線敷設(shè)過程中,管線高程交叉是常見問題之一。根據(jù)《管線規(guī)范》與GB 50014—2021《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[5](以下簡稱《排水標(biāo)準(zhǔn)》)中的規(guī)定及實際施工現(xiàn)場管線避讓措施,常見管線交叉工況因素見表2。
表2 市政道路管道避讓工況分析表
HyQyWn 工況:宜采取管道坡降避免管線交叉;宜采取交叉壓力流管道遷改措施;未有危險管線交叉,亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物(交匯井)進(jìn)行管線避讓。
HyQnWy 工況:宜采取管道坡降避免管線交叉。
HyQnWn 工況:宜采取管道坡降避免管線交叉;未有危險管線交叉,亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物(交匯井)進(jìn)行管線避讓。
HnQyWy 工況:宜采取交叉壓力流管道遷改措施;亦可采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓;可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓;系統(tǒng)排水量較大時,可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。
HnQyWn 工況:宜采取交叉壓力流管道遷改措施;未有危險管線交叉,亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物(交匯井)進(jìn)行管線避讓;亦可采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓;亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓;系統(tǒng)排水量較大時,可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。
HnQnWy 工況:宜采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓;亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓;系統(tǒng)排水量較大時,亦可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。
HnQnWn 工況:宜采取管變溝或并排敷設(shè)小口徑管道進(jìn)行避讓;亦可采取倒虹設(shè)計進(jìn)行管線避讓;未有危險管線交叉,亦可采用增設(shè)交叉構(gòu)筑物(交匯井)進(jìn)行管線避讓;系統(tǒng)排水量較大時,亦可增設(shè)泵站進(jìn)行排水。
以上管線避讓措施實施過程中需注意以下要求:
1)增設(shè)交叉構(gòu)筑物時,需增設(shè)防護(hù)措施,避免水質(zhì)污染;
2)倒虹設(shè)計時,需后期配置清淤設(shè)施,保證管道運行暢通;
3)單排管更換為方溝或并排小管徑管道時,需確保更換后方溝及并排管的過流能力滿足系統(tǒng)需求;
4)增設(shè)泵站措施,需考慮工程造價和現(xiàn)狀用地可實施問題。
根據(jù)以上工況分析,結(jié)合表1 現(xiàn)狀交叉管線資料,改造道路設(shè)計雨水管道工況為HnQnWy 工況,該工況條件下可分別采取變徑降坡、倒虹設(shè)計進(jìn)行管線交叉避讓??紤]改造道路用地問題、供電問題暫未能有效解決,增設(shè)泵站施工成本較高,對周邊道路出行影響較大,該形式暫不考慮。
3.3.2 大流量斷面箱涵與混凝土管道比選
現(xiàn)狀道路排水管道改造需考慮現(xiàn)場各類施工條件的制約進(jìn)行管材斷面及施工方式比選。改造道路受施工場地限制,不適宜全程進(jìn)行大開挖路面施工,需結(jié)合頂管施工作業(yè)。城鎮(zhèn)大斷面排水管道可選取預(yù)制裝配式排水箱涵或大口徑鋼筋混凝土鋼承口管,以上2 種管材在城市大斷面排水體系中均有廣泛應(yīng)用[6]。表3 為2 種斷面形式管道的優(yōu)缺點對比。
根據(jù)3.3.1 中工況分析:
1)倒虹設(shè)計導(dǎo)致雨水管道埋深增大,設(shè)計管道需較高抗壓性;
2)現(xiàn)狀新雨水箱涵暫有雨、污混流現(xiàn)象,短期內(nèi)存在長流污水排放,淤泥等雜物沉積問題,需定期進(jìn)行管道清通維護(hù);
3)改造道路為城市主干道,交通壓力較大,需降低施工對現(xiàn)狀道路的大范圍破壞。
綜合以上工況分析,結(jié)合表3 中管道特性對比,本工程宜選取承壓性更強、沖刷清通更方便,頂管施工作業(yè)更安全的鋼筋混凝土鋼承口管。
表3 2 種斷面管道特性對比表
3.3.3 雨、污混流截流井設(shè)置
如圖1 所示,本次雨水管道起點設(shè)計截流檢查井,暫不封堵下游現(xiàn)狀雨水箱涵,與其保持暢通狀態(tài)。截流井內(nèi)設(shè)置收水式凹槽,引流旱季污水進(jìn)入下游現(xiàn)狀雨水箱涵,保證旱季生活污水排入下游污水管道,進(jìn)入污水廠進(jìn)行處理;雨季雨水溢流跌水接入本次設(shè)計雨水管道內(nèi)進(jìn)行排放。在截流井上壁增設(shè)DN200 mm 通氣管進(jìn)行檢查井通氣,防止旱季污水及其沉積物產(chǎn)生沼氣等有害氣體發(fā)生安全事故。截流井需定期進(jìn)行淤泥清理,防止雨季大流量雨水沖刷淤泥等沉積物進(jìn)入下游雨水管道內(nèi),對河流造成污染。
圖1 改造道路雨污混流截流井示意圖
截流井設(shè)置僅可近期解決改造道路污水長流問題,為保證河流1#出水口排水系統(tǒng)的后期穩(wěn)定運行,需對道路沿途用戶支管雨、污分流進(jìn)行徹底改造并封堵起點檢查井的下游合流箱涵。
1)本工程雨水管道選用便于頂管施工、抗壓性能更強的鋼筋混凝土圓管進(jìn)行管道敷設(shè)。管道以變徑降坡及倒虹管設(shè)計進(jìn)行現(xiàn)狀管線避讓,設(shè)置排污泵等裝置定期解決倒虹管淤堵問題。
2)城市水系出水口排水箱涵的雨、污分流工作是完善城市排水體系的重要部分,在維護(hù)城市水系環(huán)境,保證道路雨水及時排放,防止城市內(nèi)澇問題中不可或缺。
3)城市排水系統(tǒng)大斷面排水管道的改造設(shè)計需充分考慮現(xiàn)狀市政道路改造施工限制因素,分析最不利條件下的最優(yōu)排水方案,確保安全文明施工條件下保質(zhì)保量進(jìn)行雨、污分流工作。
4)城市現(xiàn)狀市政道路管線交叉問題較多,設(shè)計工作者應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀管線條件進(jìn)行設(shè)計管道調(diào)整,下游高程富余量、壓力管遷改條件、危險管線避讓為常見限制條件,應(yīng)根據(jù)工程工況條件因地制宜地選擇合適的管線避讓方式。