某市政道路排水箱涵雨、污分流改造的思考与设计Thinking and Design of Rain and Sewage Diversion Transformation of Municipal Road Drainage Box Culvert
金锂1，刘聪2，刘孝坤1，王小林1
（1.西安市政设计研究院有限公司，西安710000；
2.西咸新区秦汉新城基础设施建设管理有限公司，陕西咸阳712000）
JIN Li1,LIU Cong2,LIU Xiao-kun1,WANG Xiao-lin1
（1.Xi’an Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.,Xi’an,710000,China；
2.Xixian New District Qinhan New City Infrastructure Construction Management Co.Ltd.,Xianyang712000,China）
【摘要】针对某市某区域的河流出水口上游大断面排水箱涵存在的雨污混流问题进行了具体工况分析，解决了该排水箱涵改造过程中存在的管线交叉、地面高程起伏过大、管内雨污混流等问题。论文 具体提出了倒虹管设计、圆管顶管施工及截流井设置等解决措施，消除了污水直排自然水体现象，缓解了下游污水处理厂运行负荷，实现河流出水口排放功能。列举的工程概况类比及方案设计可为以后相似工程提供参考思路。
【Abstract】The specific condition analysis is targeted at the problem of rain and sewage diversion transformation in the large section drainage box culvert at the upstream of the river outlet in a certain area of a city.The problems such as pipeline crossing,excessive fluctuation of ground elevation and mixed flow of rain and sewage are solved.In thispaper,the design of inverted siphon,the construction of pipe jacking and the setting of intercepting well are proposed to eliminate the phenomenon of direct discharge of sewage into natural water,alleviate the operation load of downstream sewage treatment plant,and realize the discharge function of river outlet.The engineering general situation analogy and scheme design listed in thispaper can providereferenceideasfor similar projectsin thefuture.
【关键词】排水箱涵；交叉管线；雨污分流改造；市政道路
【Keywords】drainagebox culvert;crosspipeline;rain and sewage diversion transformation;municipal road
【中图分类号】U442.5；TU449.82；TU992.21【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2022）03-0101-04【DOI】10.jsysj.2022.03.031
1引言
城市管网改造需从街区源头截污、道路管网分流、水厂分期运行3个方面持续推进。因城市排水管道雨、污混流问题易造成城市排水设施运行不畅，城市内涝灾害及城市黑臭水体等问题。城市改造中应积极推进雨、污分流工作，排查现状街区及市政道路存在的管网混接问题。 城市雨、污混流主要分为2种类型：
1）旱季污水经雨水管道排入城市自然水体，易形成黑臭水体；
2）雨季，雨水经污水管道接入城市污水处理厂，造成下游污水管道、污水处理厂超负荷运行[1]。
2项目背景
2015年，《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》国发〔2015〕17号文件指出：“城镇需全面加强配套管网建设，现有合流制排水系统应加快实施雨、污分流改造，难以改造的，应采取截流、调蓄和治理等措施。”结合该区的《总体规划（2016—2035）》要求，需积极推进城市市政管网雨、污分流工程，完善城市给排水管网，达到控污节源，保障饮水安全的功能[2]。
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【作者简介】金锂（1994~），女，陕西西安人，助理工程师，从事市政给排水
设计与研究。
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3项目概况
3.1项目排水概况
改造道路宽B×高H=2600×1500mm雨水箱涵在前期施工下穿工业管道时，受现场因素制约与现状B×H=2500×1 300mm合流箱涵汇合排入下游污水处理厂，导致下游污水管道及污水处理厂运行负荷严重超载，雨季道路低点易形成涝点。为减轻下游污水处理厂运行负荷，实现河流1#排放口的排放功能，按照区域排水规划，需对该道路的混流排水箱涵进行改造。
3.2改造方案及道路施工场地概况
3.2.1方案设计
根据现场施工条件，管道敷设需确保管道埋深并避开东西向道路下穿段。设计雨水管道起点位于改造道路南侧，截流现状雨水箱涵后敷设至道路北侧下穿工业管后，沿人行道向东敷设，终点接入河堤下现状雨水检查井内。
3.2.2项目施工制约因素
结合3.1中概况分析，改造道路现场施工受到以下3点因素制约。
1）管线交叉避让
本次设计管道总长约395.000m，坡度1译，管道接入现状检查井井底高程377.261m；设计管道起点现状箱涵涵底高程379.760m。改造道路沿途敷设常规市政管道及工业管道，位于修建范围内的现状管道概况详见表1。
表1改造道路现状工程管道概况表
序号名称规格/mm
管线底
高程/m
管道竖向安
全净距/m
1老排水箱涵2500×1300379.5640.15 2现状雨水管道D500380.6100.15 3某石油公司工业管廊B×H=4000×3000382.1740.15 4某化工管涵外露管道DN500383.2910.15 5兰郑长3根输油管道DN250~DN300380.5120.25 6电厂2根水泥管D1200/D1500377.8740.50
7航煤外输钢筋混凝
土套管D1000379.2400.15
8中石化管线DN323377.3000.25 9市政给水DN500377.7230.40
重力流排水管道坡降计算：
h=i×L/1000（1）式中，h为管道坡降，m；i为设计管道坡度，‰；L为设计管道长度，m。
根据式（1）管线纵断坡降设计计算及GB50289—2016《城市工程管线综合规划规范》[3]（以下简称
《管线规范》）中市政管线竖向安全净距要求，设计雨水管道与现状市政管道、工业管道存在高程交叉问题，需进行管线避让方案比选，以确保设计管道安全施工。
2）地面高程、交通限制
本次设计管道需绕行现状道路下穿段进行敷设，根据现场勘查资料，东西向现状道路下穿通道与改造道路桥面高程相差约5.45m。此外，改造道路敷设管道段处于十字相交路口，交通流通量较大，为运载货车通行主干道，大开挖等机械运载受到限制。需进行设计雨水管道断面形式及施工方式比选，以确保施工安全。
3）现状雨水箱涵雨、污混流
现状市政道路因历史缘由或区域整改规划等因素，应允许个别难以改造的小范围区域在较长时期内保持截流合流制[4]。根据现场管线勘察结果表明，改造道路两侧沿途用户污水支管接入B×H=2600×1500mm雨水箱涵内，造成设计雨水管道截流雨水箱涵排水后存在长流污水排放问题，需对该段污水排放进行截流控制。
3.3工程改造措施及方法
3.3.1管线交叉工况比选
现状市政道路改造管线敷设过程中，管线高程交叉是常见问题之一。根据《管线规范》与GB50014—2021《室外排水设计标准》[5]（以下简称《排水标准》）中的规定及实际施工现场管线避让措施，常见管线交叉工况因素见表2。
表2市政道路管道避让工况分析表
下游高程（H）压力管迁改（Q）危险管线（W）
富余（Hy）可迁改（Qy）需要避让危险管线（Wy）
不富余（Hn）不可迁改（Qn）无须避让危险管线（Wn）
HyQyWn工况：宜采取管道坡降避免管线交叉；宜采取交叉压力流管道迁改措施；未有危险管线交叉，亦可采用增设交叉构筑物（交汇井）进行管线避让。
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HyQnWy工况：宜采取管道坡降避免管线交叉。
HyQnWn工况：宜采取管道坡降避免管线交叉；未有危险管线交叉，亦可采用增设交叉构筑物（交汇井）进行管线避让。
HnQyWy工况：宜采取交叉压力流管道迁改措施；亦可采取管变沟或并排敷设小口径管道进行避让；可采取倒虹设计进行管线避让；系统排水量较大时，可增设泵站进行排水。
HnQyWn工况：宜采取交叉压力流管道迁改措施；未有危险管线交叉，亦可采用增设交叉构筑物（交汇井）进行管线避让；亦可采取管变沟或并排敷设小口径管道进行避让；亦可采取倒虹设计进行管线避让；系统排水量较大时，可增设泵站进行排水。
HnQnWy工况：宜采取管变沟或并排敷设小口径管道进行避让；亦可采取倒虹设计进行管线避让；系统排水量较大时，亦可增设泵站进行排水。
HnQnWn工况：宜采取管变沟或并排敷设小口径管道进行避让；亦可采取倒虹设计进行管线避让；未有危险管线交叉，亦可采用增设交叉构筑物（交汇井）进行管线避让；系统排水量较大时，亦可增设泵站进行排水。
以上管线避让措施实施过程中需注意以下要求：
1）增设交叉构筑物时，需增设防护措施，避免水质污染；
2）倒虹设计时，需后期配置清淤设施，保证管道运行畅通；
3）单排管更换为方沟或并排小管径管道时，需确保更换后方沟及并排管的过流能力满足系统需求；
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4）增设泵站措施，需考虑工程造价和现状用地可实施问题。
根据以上工况分析，结合表1现状交叉管线资料，改造道路设计雨水管道工况为HnQnWy工况，该工况条件下可分别采取变径降坡、倒虹设计进行管线交叉避让。考虑改造道路用地问题、供电问题暂未能有效解决，增设泵站施工成本较高，对周边道路出行影响较大，该形式暂不考虑。3.3.2大流量断面箱涵与混凝土管道比选
现状道路排水管道改造需考虑现场各类施工条件的制约进行管材断面及施工方式比选。改造道路受施工场地限制，不适宜全程进行大开挖路面施工，需结合顶管施工作业。城镇大断面排水管道可选取预制装配式排水箱涵或大口径钢筋混凝土钢承口管，以上2种管材在城市大断面排水体系中均有广泛应用[6]。表3为2种断面形式管道的优缺点对比。
根据3.3.1中工况分析：
1）倒虹设计导致雨水管道埋深增大，设计管道需较高抗压性；
2）现状新雨水箱涵暂有雨、污混流现象，短期内存在长流污水排放，淤泥等杂物沉积问题，需定期进行管道清通维护；
3）改造道路为城市主干道，交通压力较大，需降低施工对现状道路的大范围破坏。
综合以上工况分析，结合表3中管道特性对比，本工程宜选取承压性更强、冲刷清通更方便，顶管施工作业更安全的钢筋混凝土钢承口管。
3.3.3雨、污混流截流井设置
如图1所示，本次雨水管道起点设计截流检查井，暂不封堵下游现状雨水箱涵，与其保持畅通状态。截流井内设置收水式凹槽，引流旱季污水进入下游现状雨水箱涵，保证旱季生活污水排入下游污水管道，进入污水厂进行处理；雨季雨水溢流跌水接入本次设计雨水管道内进行排放。在截流井上壁增设DN200mm通气管进行检查井通气，防止旱季污水及其沉积物产生沼气等有害气体发生安全事故。截流井需定期进行淤泥清理，防止雨季大流量雨水冲刷淤泥等沉积物进入下游雨水管道内，对河流造成污染。
截流井设置仅可近期解决改造道路污水长流问题，为保证河流1#出水口排水系统的后期稳定运行，需对道路沿途用户支管雨、污分流进行彻底改造并封堵起点检查井的下游合流箱涵。
管道形式断面接口施工优点缺点
预制装配式排水
箱涵方形或矩形断
面
榫槽构造
施工程序复杂，多为基
坑开挖敷设
埋深不受限，可调整断面高宽满足流量需
求；相同高宽下，管径流量大于混凝土圆管
结构受力低于圆管；
低流量淤积问题
钢筋混凝土钢
承口管圆形断面
橡胶圈
接口
施工程序简单，可开槽
或顶管施工
施工方便，缩短施工周期；可深埋，承压结
构较好
基础要求高表32种断面管道特性
对比表
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井盖与支座
现状雨水箱涵
B ×H =2600×1500
尺寸测量
过水断面
预制混凝土井筒
通气管
ϕ200
ϕ200
通气管标定板
井盖与支座
预制混凝土井筒
B ×H =2600×1500
下游设计雨水管道
混凝土砌筑
早泄宁现状面水箱涵
下游接入老排水箱涵排放至咸阳污水处理厂
图1改造道路雨污混流截流井示意图
4结语
i型钢1）本工程雨水管道选用便于顶管施工、抗压性能更强的钢筋混凝土圆管进行管道敷设。管道以变径降坡及倒虹管设计进行现状管线避让，设置排污泵等装置定期解决倒虹管淤堵问题。
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体系的重要部分，在维护城市水系环境，保证道路雨水及时排放，防止城市内涝问题中不可或缺。
3）城市排水系统大断面排水管道的改造设计需充分考虑现状市政道路改造施工限制因素，分析最不利条件下的最优排水方案，确保安全文明施工条件下保质保量进行雨、污分流工作。
4）城市现状市政道路管线交叉问题较多，设计工作者应根据现状管线条件进行设计管道调整，下游高程富余量、压力管迁改条件、危险管线避让为常见限制条件，应根据工程工况条件因地制宜地选择
合适的管线避让方式。
【参考文献】
[1]肖生明.城市合流管网雨污分流改造的思考对策[J].工程建设与设计,2020(7):82-83.
[2]江涛.某市中心城区雨污分流改造的思考和解决方案[J].中国市政工程,2019(3):50-53.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市工程管线综合规划规范:GB 50289—2016[S].北京：中国建
筑工业出版社,2016.
[4]解铭.老城区雨污分流改造的设计与思考：以咸阳市中心城区为例[J].给水排水,2020(2):49-52.
[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.室外排水设计标准:GB 50014—2021[S].北京：中国计划出版社,2016.[]
[6]黎晓林.装配式排水箱涵设计与施工[J].混凝土与水泥制品,2013（12）:24-26.
【收稿日期】2021-07-17
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