探索污水干管的過(guò)河方式

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山地城市濱河道路沿河道兩岸定線，一般結(jié)合自然地形調(diào)整高程，為減少土石方開(kāi)挖，節(jié)約造價(jià)，濱河道路高程上起伏較大。山地城市污水干管沿河道兩岸布置，優(yōu)先考慮設(shè)置于濱河道路下，管道施工時(shí)可利用道路路基作為管線基礎(chǔ)。但由于濱河道路在高程上起伏，污水干管在濱河道路上埋深將會(huì)出現(xiàn)較大埋深高差。為避免管線大埋深帶來(lái)的高造價(jià)及后期維護(hù)檢修困難，污水干管可結(jié)合自然地形敷設(shè)于濱河道路路基范圍外，以及河流濱水綠化區(qū)域。故污水干管在濱河道路跨越河道支流或主流位置經(jīng)常出現(xiàn)污水干管比路面低5～10m的情況，污水干管定線時(shí)就需要選用合理的方式跨越兩岸谷坡陡峻的山地河流。

污水干管過(guò)河方式研究

污水干管沿濱河道路或河道岸邊敷設(shè)時(shí)，與其他河流交叉或需要橫跨河流繼續(xù)往下游敷設(shè)時(shí)，污水管線過(guò)河方式主要有以下幾種：管橋方式、倒虹吸方式、泵站提升方式以及結(jié)合河道地形過(guò)河。

1管橋方式

污水干管需要跨過(guò)河流時(shí)一般考慮利用現(xiàn)狀橋梁管廊或設(shè)置管橋過(guò)河。利用現(xiàn)狀橋梁管廊過(guò)河方式簡(jiǎn)單、造價(jià)省，不影響河道景觀。但現(xiàn)狀橋梁一般考慮在人行道板下預(yù)留管線走廊，管廊底標(biāo)高與車行道標(biāo)高基本一致，一般壓力管線（給水）或非重力流管線（電力、通信等）能從管廊通過(guò)，而重力流管線由于在道路下敷設(shè)，具備一定覆土埋深，無(wú)直接利用管廊過(guò)橋條件，而且現(xiàn)行橋梁規(guī)范明確指出不允許重力流污水管線利用橋梁管廊過(guò)河。設(shè)置管橋過(guò)河方式在污水干管過(guò)河案例中非常普遍，應(yīng)用非常廣泛。但對(duì)于山地城市河流而言，一般污水干管特別是污水主干管過(guò)河位置，河道一般兩岸陡峭，河道深度20～30m，有的甚至達(dá)到上百米。對(duì)于這種河道，設(shè)置管橋造價(jià)高，而且需考慮與周邊景觀的協(xié)調(diào)性。所以，對(duì)于跨越山地城市河流污水干管而言，設(shè)置管橋過(guò)河并不是首選方案。

2倒虹吸方式

當(dāng)渠道與道路或河溝高程接近，處于平面交叉時(shí)，需要修一構(gòu)筑物，使水從路面或河溝下穿過(guò)，此構(gòu)筑物通常叫做倒虹吸[2]。污水干管與河流交叉需跨越河流時(shí)是否采用倒虹吸結(jié)構(gòu)方式，主要應(yīng)考慮兩方面因素。

進(jìn)出水井高差因素。倒虹吸管是利用上下游管道的高差來(lái)克服污水在倒虹吸管道及進(jìn)出水井的阻力損失[3]。倒虹吸管設(shè)置首先應(yīng)考慮污水干管在河道兩側(cè)須有高差，倒虹吸管阻力損失計(jì)算公式[4]：△h=iL+∑ξv22g+h1△h-倒虹吸管阻力損失，m；i-倒虹吸管每米長(zhǎng)度阻力損失，即水力坡度；L-倒虹吸管總長(zhǎng)度，m；ξ-局部阻力系數(shù)；v-倒虹吸管流速，m/s；g-重力加速度，m/s2；h1-進(jìn)出水井水頭安全系數(shù)，一般取0.05～0.1m。一般倒虹吸管阻力損失中沿程損失占總阻力損失的90％，所以，合理選用管道斷面，減少倒虹吸管水力坡度是減少沿程損失關(guān)鍵，但必須考慮管道流速滿足最小流速條件。在進(jìn)行污水管線定線方案設(shè)計(jì)時(shí)，可按局部損失約占沿程損失值的5％～10％考慮。從以上分析可以看出，河道兩側(cè)污水干管水位高差為倒虹吸管能否設(shè)置的關(guān)鍵因素。

河流橫斷面形態(tài)因素。河流橫斷面形態(tài)因素主要考慮三個(gè)方面：河流寬度、河流岸坡高度及坡度、河流水深。河流橫斷面形態(tài)主要決定倒虹吸管道設(shè)施條件。（1）河流寬度影響分析河流越寬，倒虹吸管道越長(zhǎng)，河道兩側(cè)污水干管需要水位高差越大，并且管道水下施工部分增長(zhǎng)，相應(yīng)施工難度增大。所以，倒虹吸應(yīng)選在河流寬度較窄位置，盡量正交通過(guò)。（2）河流岸坡影響分析河流岸坡應(yīng)有利于倒虹吸管道及進(jìn)出水井豎井實(shí)施。山地城市河流在與主流河道匯合位置，岸坡一般為陡峭巖坡且高差大。由于倒虹吸上下行管與水平線夾角應(yīng)不大于30°，如加大倒虹吸豎井深，不利于豎井實(shí)施及后期維護(hù)。所以，倒虹吸管可考慮設(shè)置在河流岸坡較緩位置，便于倒虹吸管上行管與下行管實(shí)施安裝。（3）河流水深影響分析河流水深主要對(duì)倒虹吸管道水下施工產(chǎn)生影響。倒虹吸管道一般設(shè)置于河底，管道水下施工工藝主要有：圍堰施工、沉管施工工藝、暗挖施工工藝等。①圍堰施工工藝：主要用于河流水深較淺，允許斷流或分段圍堰施工河段。一般土袋圍堰施工適用于水深小于3m，水流速度小于1.5m/s河段；對(duì)于水深超過(guò)3m河段，則需要根據(jù)河床基礎(chǔ)條件設(shè)置鋼板樁圍堰或雙壁鋼圍堰[5]，成本顯然會(huì)增加。②沉管施工工藝：適用于水深較深，河道不允許斷流河段，國(guó)內(nèi)沉管施工工藝已有水深10m以上沉管成功施工案例。沉管施工工藝主要包括鋼管或PE制作、基槽開(kāi)挖、吊管下水、橫管及沉管、拋石回填等五個(gè)主要工序。管道制作、焊接可在岸邊操作或采用浮船施工，基槽開(kāi)挖可利用挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖，下管前注意先鋪砂石作為墊層，沉管時(shí)考慮兩岸固定管位坐標(biāo)。③暗挖施工工藝：主要用于河床基礎(chǔ)較好水深較深河段。目前國(guó)內(nèi)一般頂管法施工適用管徑900～4000mm；對(duì)于150～900mm管徑范圍管段，可采用微型隧道法施工工藝[6]。

運(yùn)行維護(hù)因素。由于污水管道內(nèi)沉積物及懸浮物較多，在倒虹吸管容易沉積堵塞管道。所以，在進(jìn)水井應(yīng)考慮設(shè)置沉泥井，同時(shí)考慮在進(jìn)水井前設(shè)置格柵攔截懸浮物。倒虹吸管道應(yīng)控制設(shè)計(jì)流速大于0.9m/s，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮設(shè)置兩根管道，按近期流量時(shí)交替運(yùn)行其中一條管道，流量逐步增加后考慮兩條管道同時(shí)運(yùn)行。在進(jìn)出水位置考慮設(shè)置高壓水沖洗口，沖洗水可利用河水或自來(lái)水進(jìn)行沖洗。

3泵站提升方式

當(dāng)河流兩岸污水干管無(wú)水位高差時(shí)，污水干管需設(shè)置泵站提升，泵站提升方案重點(diǎn)考慮泵站壓力管線過(guò)河方式。泵站壓力管線過(guò)河方式主要有三種：①利用道路橋梁管廊過(guò)河；②單設(shè)管橋過(guò)河；③河底敷設(shè)（頂管工藝，沉管工藝等）。

利用道路橋梁管廊過(guò)河方式分析：對(duì)主干路、次干路、支路的橋梁，橋面為混合車道時(shí)，人行道或檢修道路緣石宜高出車行道路面0.25～0.4m[7]。所以，道路橋梁管廊一般可布設(shè)管道斷面約DN150～DN300，若超過(guò)DN300，則需加高人行道或檢修道路緣石高度。從荷載平衡考慮，污水壓力管線可雙側(cè)對(duì)稱布置。污水壓力管線利用道路橋梁管廊過(guò)河方式簡(jiǎn)單，實(shí)用，造價(jià)低，屬于較為常用過(guò)河方式。根據(jù)《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）第3.0.19條，“不得在橋上敷設(shè)污水管、壓力大于0.4MPa燃?xì)夤芎推渌扇肌⒂卸净蚋g性的液、氣體管線”。筆者認(rèn)為此條主要針對(duì)于在橋梁上敷設(shè)重力流污水管線，重力流污水管線存在泄露及沼氣外溢問(wèn)題，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。而污水壓力管線泄露的可能性小，在做好事故應(yīng)對(duì)措施的基礎(chǔ)上，可將污水壓力管線設(shè)置于橋梁管廊，主要措施有：①考慮在管廊內(nèi)預(yù)留污水壓力管事故溢出地漏，防止污水浸泡橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件；②在橋梁管廊內(nèi)每隔一定距離增設(shè)自來(lái)水沖洗龍頭，發(fā)生事故時(shí)及時(shí)沖洗。在設(shè)計(jì)階段可對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)論證，征求橋梁主管部門(mén)及環(huán)保部門(mén)意見(jiàn)。

單設(shè)管橋過(guò)河方式分析：污水泵站壓力管線單設(shè)管橋過(guò)河方式考慮因素主要有：①河流洪水位影響；②河流景觀影響；③經(jīng)濟(jì)性因素。（1）河流洪水位影響因素山地城市河流由于縱坡大，水流急，洪水位一般較低，管橋基本不受洪水位影響。但在支流與主流交叉位置，由于受主流河道洪水倒灌頂托影響，支流洪水位與主流河道洪水一致，則管橋設(shè)置時(shí)應(yīng)按主流河道洪水位進(jìn)行考慮。（2）河流景觀影響因素管橋修建時(shí)應(yīng)考慮管橋?qū)恿骶坝^的影響。管橋修建將影響河道景觀通透性，盡量避免污水干管位于橋梁與河道底部標(biāo)高的中間位置，既影響美觀，又影響河道行洪。（3）經(jīng)濟(jì)性因素相對(duì)于其他幾種管線過(guò)河方式，管橋的造價(jià)最高。由于管橋?qū)儆谑姓O(shè)施附屬構(gòu)筑物，以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為主，在河流較寬河段，如果橋梁跨度較大，則造價(jià)將大幅度增加，而采用小跨徑橋梁將形成較多的橋墩，影響河道整體景觀。

4利用河道地形過(guò)河

由于山地城市河流縱坡大，縱向上多跌水段。所以，利用河道縱坡高差，可在上游河道適當(dāng)位置過(guò)河，可減少污水干管與河道底標(biāo)高高差。利用山地城市河道縱坡大特點(diǎn)，在上游過(guò)河需考慮三方面因素：（1）河道兩岸用地因素：河道兩岸用地需為綠化保護(hù)用地或允許設(shè)置污水干管用地。（2）岸坡地形因素：岸坡地形相對(duì)較緩，有設(shè)置污水干管條件。（3）河道縱坡因素：河道縱坡大，在短距離內(nèi)有跌水等高落差，有條件在短距離內(nèi)減少污水干管底標(biāo)高與河底標(biāo)高差。

工程案例分析

項(xiàng)目位于重慶市北部新區(qū)，為污水干管工程設(shè)計(jì)。污水干管斷面：d600～d1000，i=0.0012，污水干管結(jié)合路基挖填及自然地形，考慮采用道路左側(cè)人行道下敷設(shè)與臨江側(cè)綠化用地內(nèi)布置相結(jié)合的平面布置形式，其中大部分管道結(jié)合自然地形可布置于臨江側(cè)綠化用地內(nèi)。污水干管跨越河道位置斷面為d800；井底標(biāo)高：195.40，井面標(biāo)高：197.90，河底標(biāo)高172.55，河道河口洪水位20年一遇約192.70m；50年一遇約196.00m，屬于嘉陵江頂托影響水位。河道在濱江路范圍深大約25m，污水干管基本沿濱江路路基敷設(shè)，污水干管在河道過(guò)橋位置標(biāo)高不受河流自身洪水沖擊影響。

（1）管橋方式過(guò)河思路

在河流河口位置，設(shè)置管橋，管橋長(zhǎng)度約135m，管橋距河底高度約25m，管橋造價(jià)約85萬(wàn)。管橋需結(jié)合道路橋梁設(shè)置，由于管道埋深約2.4m，管橋?qū)I江路景觀影響大，且管道底標(biāo)高位于洪水位下，管橋標(biāo)高直接受主流河道洪水位影響。由于支流洪水位為主流河道頂托洪水位，往河流上游方向設(shè)置管橋，管橋受支流自身洪水位影響小。往河流上游約300m位置，河流底標(biāo)高約181.50m，污水管道底標(biāo)高約195.05m，河流兩側(cè)為綠化用地。方案考慮污水干管沿河道東側(cè)綠化用地內(nèi)敷設(shè)，距濱江路300m位置過(guò)河，可考慮結(jié)合綠地步道系統(tǒng)設(shè)置管橋，管橋長(zhǎng)度約125m，管橋距河底高度約9.5m，管橋造價(jià)約75萬(wàn)，管橋可結(jié)合人行景觀橋功能。

（2）倒虹吸方式過(guò)河思路

如果在濱江路位置設(shè)置倒虹吸管，則25m深河道顯然不利于倒虹吸管上下行管道敷設(shè)?？紤]到河流縱坡大，往上游約400m位置河底標(biāo)高約185.50m，水面寬度約8m。方案考慮污水干管通過(guò)上游支路道路（規(guī)劃標(biāo)高200.05m）處過(guò)河，由于河道深度約為14.5m，可考慮在上游支路設(shè)置倒虹吸管，虹吸管管長(zhǎng)約55m，進(jìn)出水井深約6m，倒虹吸設(shè)施造價(jià)約58萬(wàn)。相對(duì)于在濱江路位置（河流河口位置）設(shè)置倒虹吸管的上下行管道短，實(shí)施條件更為有利。

（3）泵站提升方式過(guò)河思路

在濱江路外側(cè)綠化用地內(nèi)設(shè)置污水提升泵站，泵站壓力出水管通過(guò)橋梁管廊過(guò)河。泵站占地約1500m2，Q=248L/S，泵站壓力出水管斷面DN500，長(zhǎng)約155m，泵站造價(jià)約580萬(wàn)。從以上分析可以看出，在濱江路往河流上游300m位置設(shè)置管橋方案造價(jià)最小，且為重力流排水，但是管橋底標(biāo)高位于頂托洪水位以下。在河流上游位置設(shè)置倒虹吸過(guò)河造價(jià)也相對(duì)較少，但后期存在檢修維護(hù)工作量及費(fèi)用。泵站過(guò)河方案由于建安費(fèi)及后期營(yíng)運(yùn)成本高，設(shè)計(jì)不考慮采用此過(guò)河方案。經(jīng)過(guò)比選，方案設(shè)計(jì)考慮在支流河道上游設(shè)置管橋受支流自身洪水位影響小，污水干管過(guò)河措施選用在河流上游300m位置設(shè)置管橋過(guò)河作為推薦方案。

結(jié)論

山地城市污水干管定線應(yīng)研究河流洪水位、河道橫斷面、縱向地形特點(diǎn)，結(jié)合污水干管跨河區(qū)域地形特點(diǎn)合理選擇過(guò)河方式。過(guò)河方式在考慮過(guò)河構(gòu)筑物技術(shù)，經(jīng)濟(jì)，安全，美觀實(shí)用等因素前提下，還需考慮施工條件，后期維護(hù)管理問(wèn)題。（本文作者：敖良根、黃煒曦 單位：重慶市市政設(shè)計(jì)研究院、重慶金泰國(guó)有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限公司）