凹型倒虹管的設計要點與實例分析

冉貞俊 張傳雷

（1.深圳市建筑設計研究總院有限公司，深圳 518000；2.深圳市水務工程質量監督站，深圳 518036）

一個城市的發展，離不開城市配套基礎設施的建設。城市的排水管網系統是城市正常運行的關鍵。如今，城市化進程越來越快，地下管網往往跟不上地面建筑的進程。基礎設施建設跟不上新城區建設的發展，特別是污水處理廠，往往滯后于城市建設，這使得新城區的排水管網還必須通過舊城區進行污水處理。而新建城區與舊城區之間通常有一些天然或人為的屏障隔斷，如：河流、洼地、山澗等。此種情況下的排水管要通過障礙物時，則需要采用倒虹管，這樣倒虹管便成了穿越天然屏障連接新舊城市管網的橋梁，是城市水務工程中不可缺少的一部分。

1 設計前期工作

排水管渠在遇到河流、洼地、山澗等障礙物時，不能按原有的坡度埋設，而是以下凹的折線方式從障礙物下通過，這種管道稱為倒虹管。雖然倒虹管的定義簡單明了，但在實際工程中，倒虹管的設計卻是很復雜的，需要考慮的問題很多，所以前期準備工作是很必要的。前期準備工作主要有以下四個方面。

（1）通過排水量確定倒虹管的大小和根數。

（2）確定倒虹管穿越障礙物的大致位置，選定的穿越位置必須對整個管網是可行、有利的。判定是否可行、有利的標準主要有兩點：一是選擇此位置不會引起排水管網的過大迂回；二是過障礙物后排水管道能繼續按原有管道的埋深坡度繼續敷設前行，并能順利到達目的地。

（3）在選好穿越位置后對倒虹管穿越障礙物處的地形環境進行實地測量。測量的目的是要選擇倒虹管的穿越線，使其距離近，有較好的施工工作面，從而減少倒虹管的設計長度和降低施工難度。

（4）對選擇好的穿越線地下的地質情況進行詳細勘探。目的是了解倒虹管穿越線下的地質情況，一是看穿越線下是否有不利頂管施工的地質，如穿越位置處是否有巖石等堅硬物；二看是否對障礙物會造成不利影響，如河道的河床位置等；然后對探測數據進行可行性分析后確定倒虹管的穿管深度。

2 設計要點分析

（1）設計倒虹管走線。確定倒虹管的路線時，應盡可能與障礙物正交通過，以縮短倒虹管的長度，并應選擇通過河道的地質條件好的地段，不易被水沖刷地段及埋深小的部位敷設。

（2）設計倒虹管的條數。設計穿過河道的倒虹管一般不宜少于兩條，當近期水量不能達到設計流速時，可使用其中的一條，暫時關閉一條。穿過小河、旱溝和洼地的倒虹管，可敷設一條工作管道。當穿過特殊重要構筑物（如地下鐵道）的倒虹管，應敷設3條管道，其中2條工作，1條備用。

（3）設計倒虹管管徑。倒虹管的管徑應通過流量流速計算確定，設計污水為合流管道時，設倒虹管應按旱流污水量校核流速。但最小設計管徑不應小于200mm。

（4）管材、管長、埋深設計。倒虹管管材選用一般采用金屬管或鋼筋混凝土管；倒虹管水平管的長度應根據穿越物的形狀和遠景發展規劃確定；倒虹管的水平管的管頂距規劃的河底一般不宜小于0.5m，通過航運河道時，應與當地航運管理部門協商確定，并設有標志，遇到沖刷河床應采取防沖措施。

（5）倒虹管的流速設計。因倒虹管的清通比一般管道困難得多，因此在設計時必須盡量完善，并采取各種措施來防止倒虹管內污水的淤積。在設計流速時最好采用 1.2～1.5m/s，在條件困難時可適當降低，但不宜小于 0.9m/s，且不得小于上游管道內的流速。當流速達不到0.9m/s時，應采用定期沖洗措施，但沖洗流速不得小于1.2m/s。

（6）倒虹管進出水井的設計。倒虹管進出水井應設在不被洪水淹沒的地方。進出水井內應設閘槽或閘門。在進水井內還應設有沖洗取水點。倒虹管進出水井應設置檢修室，檢修室凈高宜為2m。當進出水井較深時，井內應設檢修臺，其寬度應滿足檢修要求。當倒虹管的設計流速達不到0.9m/s時，還應在進水井內設置定期沖洗裝置。并且在每個檢修室頂部都應設人孔進入，地面檢修孔應設井口和井蓋。

1）實驗組和對照組總體情況比較。實驗組實際參與測試的人數為33名；對照組實際參與測試的人數為29名（病假四名）。測試題目有問答題目、聽力測試、認讀卡片、背誦兒歌，共100分。從表1可以看出，實驗組在聽說訓練等方面的均分均高于測試組。

（7）沉泥槽。凹型倒虹管進水井和進水井的前一檢查井內，均應設置沉泥槽，沉泥槽的設置深度一般為0.5m。

（8）事故排出口。進水井應設事故排出口，當需要檢修倒虹管時，使上游廢水通過事故排出口直接排入水體。如因衛生要求不能設置時，則應設備用管線。但在有2條以上工作管線的情況下，當其中1條發生故障，其余管線在提高水壓線后并不影響上游管道正常工作仍能通過設計流量時，也可不設備用管線。

3 凹型倒虹管的實例分析

某工程為一個城鎮污水處理廠配套截污干管工程。在該鎮城區有兩條河流，與城市縱橫交錯，將城鎮分為三大片。該設計的污水處理廠配套截污干管工程的截污干管服務全鎮 80%以上，排水按合流管道設計，設計排水總量為25萬t/d，總的設計截污干管長度約為24km，其中有三處截污干管采用凹型倒虹管穿過城區河流。河道寬約 50m，河床底深約3.5m。

按相應的規范設計要求，結合實際選擇其中一處倒虹管為例進行設計。由于排水管道按合流制設計，所以最后應按旱流污水量校核流速。此處倒虹管上游管徑D =1000mm，設計坡度I =0.8‰, 按漫流設計,最大排水量Q =874.3L/s。流速V =0.96m/s。經計算此處的旱流污水量為320 L/s。

選用兩根D700的倒虹管,在雨季時兩根同時使用，每根承擔流量Q =437.15L/s，在旱季時只開啟一根。倒虹管長度為52.6m。

（1）倒虹管的截面面積A：

（2）流速V ：V =Q/A=437.15/（1000×0.385）=1.14m/s＞0.9m/s,同時 1.14m/s＞0.96m/s。經速度驗證設計合理。

（3）水力半徑R：

（4）坡降i：

（5）倒虹管沿程水頭損失Hy：

（6）倒虹管進出水口的局部水頭損失Hj：

（7）總水頭損H ：

因考慮一定的安全系數，設計采用的靜水壓力為0.3m。

（8）旱流污水量校核流速。

旱流污水量為 320L/s時，只用一條倒虹管工作，流速V = Q/S =0.32/0.385=0.83m/s＜0.9m/s。則需要設計沖洗流速大于1.2m/s的沖洗裝置。

（9）沖洗裝置設計。

由于該倒虹管處河道平常最低水位高出上游管管頂1m，所以為了節約沖洗用水量，采用了引入河道水對倒虹管進行沖洗。具體設計為在倒虹管頂部設計引入管分別與兩根倒虹管連接，在兩根連接管上分別裝設閥門，在引入管上裝設閘門對沖洗水進行控制。根據△H = 1.0m計算沖水管流速 V =(2g·△H )0.5=4.4m/s，沖洗管選用D400，沖洗流量為553 L/s，求得倒虹管內的沖洗流速為V沖=1.44m/s＞1.2m/s，滿足設計要求。

（10）凹型倒虹管實例圖。

圖1 凹型倒虹管過河道平面大樣圖

圖2 凹型倒虹管過河道縱斷剖面圖

4 結 語

如今城市化進程在不斷加快，從平原地帶逐步延伸到地形復雜地帶。這使得倒虹管在城市化進程中起著舉足輕重的作用，它是連通城市地下管線的橋梁，貫穿新舊城市的命脈。由于倒虹管都在極其復雜的地下，與一般的管道相比體現出了兩大難點，一是施工難、二是清通難。所以在設計倒虹管的時候應特別注意，在發揮倒虹管穿越障礙物作用的同時，也要充分考慮走線合理、排水順暢、維修方便、經濟安全的諸多因素。

[1] 給水排水設計手冊(第五冊城鎮排水).中國建筑工業出版.第2版,2004年4月1日

[2] 室外排水設計規范.GB50014-2006