重力流污水管道與地下綜合管廊標(biāo)高沖突解決思路

謝春雨

（1.北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100088；2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037）

1 概要

市政排水工程設(shè)計(jì)中，重力流排水管道受限于自身特性，在敷設(shè)路徑上遇到地下結(jié)構(gòu)等障礙物時(shí)，通常會(huì)采用下沉管道標(biāo)高或平面繞行等方法來(lái)解決，此類方法會(huì)使管道工程量和下游管道埋深變大，從而增加工程造價(jià)。

在設(shè)計(jì)工作中，需要盡量結(jié)合工程實(shí)際情況，在現(xiàn)場(chǎng)已知條件的基礎(chǔ)上，尋求經(jīng)濟(jì)合理的方法來(lái)解決重力流排水管道的通行問題。文中以成都金融城河?xùn)|片區(qū)市政工程項(xiàng)目污水管線工程為例，介紹市政污水干管在敷設(shè)路徑上遇到地下綜合管廊時(shí)的解決思路。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目概述

成都金融城河?xùn)|片區(qū)市政工程項(xiàng)目位于四川省成都市錦江區(qū)西部，約80 hm2范圍內(nèi)的市政基礎(chǔ)設(shè)施工程，包含地面道路、市政管線、地下車道與綜合管廊等建設(shè)內(nèi)容。項(xiàng)目?jī)?nèi)部地塊開發(fā)性質(zhì)以商業(yè)辦公用地為主，地塊內(nèi)設(shè)有環(huán)形地下車道與綜合管廊共建結(jié)構(gòu)，地塊東側(cè)存在現(xiàn)狀D1000污水管道，轉(zhuǎn)輸東側(cè)規(guī)劃片區(qū)污水，項(xiàng)目需承接此上游管道繼續(xù)向西敷設(shè)，橫穿項(xiàng)目地塊最終接入錦江東側(cè)污水主干管，平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 平面位置示意圖

2.2 管道通行問題

由圖1可見，上游現(xiàn)狀D1000污水管道接口的管內(nèi)底標(biāo)高為482.46，沿道路向西按照最小坡度0.3%[1]敷設(shè)，到達(dá)地下車道管廊位置的管內(nèi)底標(biāo)高為480.65。地下結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示，共有3層，由上至下分別為地下車道層、綜合管廊夾層（用于設(shè)備管線通行）、綜合管廊層，總高度12.25 m，此處地面標(biāo)高為487.70，污水管道標(biāo)高處于地下車道層底板位置，管道通行路徑被完全阻擋。

圖2 地下結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖

在當(dāng)前狀況下，如果采用下沉管道標(biāo)高的方法躲避地下車道與綜合管廊結(jié)構(gòu)，需要在地下結(jié)構(gòu)東側(cè)連續(xù)設(shè)置跌水井使管道標(biāo)高下降9 m，下游管道埋深將達(dá)到16 m以上，由于錦江東側(cè)污水干管預(yù)留的末端接口標(biāo)高限制，排水管的可調(diào)節(jié)跌水高度不大于1.8 m，所以下沉9 m無(wú)法實(shí)現(xiàn)。此外，由于地塊道路條件限制，管道不具備繞行的可能。

3 解決方法

在常規(guī)方法無(wú)法解決且項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)不具備設(shè)置提升泵站條件的情況下，需要考慮其他措施解決污水管道與地下結(jié)構(gòu)標(biāo)高沖突的問題。

3.1 方案1：倒虹吸

倒虹吸工藝在保持重力流管道輸水功能的同時(shí)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的避讓，且具有工程量少、施工方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，工程中應(yīng)用廣泛[2]，D1000污水管在地下結(jié)構(gòu)兩端能夠?qū)崿F(xiàn)一定的高差，具備實(shí)施倒虹吸的條件。

倒虹吸系統(tǒng)由進(jìn)口段、管身段與出口段3個(gè)部分組成，需在地下綜合管廊兩側(cè)分別設(shè)置進(jìn)口井與出口井，進(jìn)口管與出口管設(shè)計(jì)高差約1.2 m，管道接駁關(guān)系如圖3所示。

圖3 倒虹吸排水管道斷面示意圖

新建污水管道管材采用鋼筋混凝土管，倒虹吸部分為承壓管段，且埋深較大，上部設(shè)有地下車道與綜合管廊，管道嚴(yán)密性與承壓要求更高，結(jié)合各種倒虹吸適用管材的特性[3,4]，倒虹吸管段適合采用PCCP管。

施工時(shí)需注意，此節(jié)點(diǎn)倒虹吸管段最大工作壓力約為0.1 MPa，對(duì)于大口徑的PCCP壓力管段需進(jìn)行單口壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)不小于0.2 MPa[5]。

3.2 方案2：管道橫穿綜合管廊夾層

由圖2可知，地下結(jié)構(gòu)中間層為綜合管廊夾層，供設(shè)備管線和檢修人員通行，其內(nèi)部空間標(biāo)高范圍為477.85~480.05，污水管敷設(shè)至管廊東側(cè)外墻處的管內(nèi)底標(biāo)高為480.63。由于管道下游接口存在1.8 m的可調(diào)節(jié)高度，可以考慮適當(dāng)降低D1000污水管道標(biāo)高，同時(shí)調(diào)整地下結(jié)構(gòu)整體縱向坡度，局部提升當(dāng)前位置的整體結(jié)構(gòu)標(biāo)高，使污水管道由綜合管廊夾層位置穿過。

考慮到污水管徑較大，管廊夾層的內(nèi)部?jī)舾邽?.2 m，直徑1 m的污水管道橫穿會(huì)占用大量?jī)?nèi)部空間，影響夾層中原有設(shè)備管線和檢修人員通行，所以在設(shè)計(jì)中局部抬高管廊夾層的頂板高度、降低管廊層標(biāo)高從而增大管廊夾層凈高，在夾層上部增加約2 m的污水管道通行空間（如圖4、圖5所示），以保障污水管道不影響夾層的原有功能。

圖4 方案2管道縱斷面示意圖

圖5 方案2管道橫斷面面示意圖

調(diào)整后，地下車道頂板距地面距離減小為1.0 m，車道東側(cè)污水管跌水1.54 m，污水管穿行段最低標(biāo)高為479.06。

污水管道進(jìn)入管廊夾層內(nèi)部，夾層內(nèi)管道需要架空敷設(shè)，為避免污水滲漏，排水管不宜設(shè)置管道接口。管廊夾層內(nèi)部?jī)魧挒?.45 m，常規(guī)的鋼筋混凝土管、PCCP管等管材單節(jié)最大長(zhǎng)度為6 m，為避免夾層內(nèi)出現(xiàn)接口，考慮選用熱鍍鋅鋼管，接口采用焊接方式，焊口做二次鍍鋅，可有效降低滲漏風(fēng)險(xiǎn)。管道兩側(cè)穿外墻位置設(shè)置剛性防水套管，與外部埋地管道連接采用柔性接口，避免管廊兩側(cè)地基不均勻沉降對(duì)管道產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)梳理管線上下游的標(biāo)高影響因素，務(wù)必保證洞口預(yù)留標(biāo)高準(zhǔn)確。

3.3 方案3：設(shè)置專用管線通道

在排水工程應(yīng)用中，不論采用何種管材與接駁工藝，均無(wú)法完全避免管道滲漏的問題，且污水介質(zhì)對(duì)鋼管具有腐蝕性，方案2采用鍍鋅鋼管雖有防腐功能，但仍存在腐蝕滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，考慮對(duì)夾層結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的改造，設(shè)置1個(gè)污水管專用通道，且將該通道在建筑形式上劃分為室外空間，此方法可規(guī)避管道滲漏對(duì)夾層內(nèi)部的影響。

設(shè)計(jì)思路類似于方案2，在保證地下車道縱坡滿足規(guī)范要求的前提下，于管廊夾層局部上拱，然后在夾層上部設(shè)置1個(gè)3 200 mm×2 000 mm的管線通道，污水管從通道穿過，同時(shí)留出安裝和檢修空間。該通道東、西兩端對(duì)外開敞，通道內(nèi)南北與上下土建結(jié)構(gòu)封閉，與管廊夾層內(nèi)部空間隔離，與外部土壤相通，如圖6、圖7所示。此方案將管線通道與外部連通，污水管道設(shè)計(jì)按照常規(guī)埋地管道標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行即可，不需再考慮對(duì)夾層室內(nèi)環(huán)境的影響。

圖6 方案3橫斷面示意圖

圖7 方案3縱斷面示意圖

管道安裝前，在通道底部鋪設(shè)300 mm厚中粗砂作為管道基礎(chǔ)，安裝完成后用細(xì)砂將通道空間盡量填充密實(shí)，以便后期檢修更換，鋼筋混凝土管道連接均采用柔性接口。土建設(shè)計(jì)施工需要注意通道內(nèi)部做好結(jié)構(gòu)防水。

4 方案對(duì)比

項(xiàng)目區(qū)域規(guī)劃性質(zhì)為大型商業(yè)、辦公綜合用地，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少后期污水管道的運(yùn)行維護(hù)對(duì)周邊環(huán)境的影響，方案選擇應(yīng)當(dāng)以提高管道工作的安全性、可靠性為主要原則，降低管道清掏、沖洗及更換的頻率，延長(zhǎng)管道使用壽命，最大限度維護(hù)提升地塊的環(huán)境質(zhì)量。

以上3種方案在設(shè)計(jì)建造和運(yùn)行管理過程中各有優(yōu)劣，其主要特征比對(duì)詳見表1。

表1 方案特性對(duì)比

方案1應(yīng)用倒虹吸工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于不影響土建設(shè)計(jì)與施工，但也存在明顯的缺點(diǎn)，施工需要開挖16 m以上的深基坑，基坑支護(hù)及降水難度增加，且管道上部與車道管廊結(jié)構(gòu)間距較小，需要采取保護(hù)措施以保障管道結(jié)構(gòu)安全，整體造價(jià)增加。污水管道采用倒虹吸工藝容易產(chǎn)生淤積，需要進(jìn)行高頻率的人工清掏或高壓沖洗進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)清淤，這些方法既費(fèi)時(shí)費(fèi)力又存在一定的安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)[6]，頻繁地清掏沖洗對(duì)于周邊環(huán)境存在不利的影響。

方案2的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不存在倒虹吸工藝的各項(xiàng)問題，運(yùn)行維護(hù)周期與普通埋地管道無(wú)異，但是污水管道和綜合管廊在竣工交付后，由不同的產(chǎn)權(quán)單位管理，后期維護(hù)與檢修不便。此外，使用鋼管輸送污水介質(zhì)，其使用壽命較短，增加了維護(hù)頻率，在繁華地段檢修和更換管道，對(duì)周邊商業(yè)和交通帶來(lái)不利影響，維護(hù)成本較高。夾層室內(nèi)部分鋼管在運(yùn)行中若發(fā)生沼氣泄露，在無(wú)人值守區(qū)域不宜被發(fā)現(xiàn)，容易產(chǎn)生沼氣積聚，在維護(hù)人員進(jìn)入時(shí)易發(fā)生中毒事故。

方案3有效解決了方案2的各項(xiàng)弊端，延長(zhǎng)了管道的使用壽命，管道發(fā)生滲漏不影響管廊內(nèi)部環(huán)境，提升了管道運(yùn)行的安全性，管道與管廊獨(dú)立運(yùn)行無(wú)交集，降低了維護(hù)成本。但是此方案需要在相對(duì)狹窄的通道內(nèi)部實(shí)施結(jié)構(gòu)防水、管道安裝與細(xì)砂回填作業(yè)，施工難度較大，且土建改造工程量大，整體建設(shè)成本與工期成本高于方案2。

綜上所述，方案1與方案2都存在顯著的缺陷，在建設(shè)施工和后期的運(yùn)行維護(hù)中存在較大的問題。雖然方案3的實(shí)施成本高于方案2，但其后期運(yùn)行維護(hù)成本較低，從運(yùn)行穩(wěn)定可靠、安全、環(huán)保等方面綜合考量，其工況最優(yōu)，所以本項(xiàng)目選擇方案3作為最終的實(shí)施方案。

5 總結(jié)

重力流污水管道在建設(shè)中遇到通行障礙，由于其自身的物理特性，相對(duì)于壓力管道解決障礙問題成本更高，在設(shè)計(jì)中需要充分利用現(xiàn)場(chǎng)條件，找出最適合的通行方案。

在采用非常規(guī)方案的情況下，需要從遠(yuǎn)期考慮，結(jié)合不同工況下的可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與環(huán)境影響等指標(biāo)充分考量，并在既定方案的基礎(chǔ)上采取有效措施確保方案落地。