填海地區(qū)長(zhǎng)距離污水壓力管線設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)

文/張棟 天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300450

就目前市政工程應(yīng)用而言，采用管道輸送污水以其污染小、美觀衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)成為污水輸送的首選方式。在污水管道輸送中，主要采用重力管線輸送與壓力管線輸送兩種輸送方式。對(duì)于居民較為集中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為完備的已建成片區(qū)，污水重力輸送能夠?qū)艿烙行Ю茫⒕哂休^好的經(jīng)濟(jì)效益。而對(duì)于污水處理廠較遠(yuǎn)，或污水排放集中的大規(guī)模工業(yè)區(qū)域以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不夠完備的片區(qū)而言，采用重力輸送則具有管徑大，埋深大、造價(jià)高，密閉性差等缺點(diǎn)，且養(yǎng)管困難，存在較多運(yùn)行隱患。

天津某經(jīng)濟(jì)區(qū)位于天津市東南部海岸，主要為填海造地形成，經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)因辦公、工業(yè)、居住等不同用地性質(zhì)分為不同區(qū)域。根據(jù)該區(qū)域相關(guān)規(guī)劃，污水處理廠位于經(jīng)濟(jì)區(qū)東南部，居住區(qū)域位于經(jīng)濟(jì)區(qū)西部。生活區(qū)污水需經(jīng)過(guò)管道輸送至污水處理廠集中處理，而生活區(qū)污水泵站與污水處理廠之間相距約7 公里，并且管線沿途為未填海的區(qū)域，采用重力管線經(jīng)濟(jì)性差，且會(huì)造成一定的施工風(fēng)險(xiǎn)，故采用壓力輸送方式進(jìn)行污水輸送。

1、長(zhǎng)距離污水壓力管線的設(shè)計(jì)

1.1 管材選擇

壓力輸水管線的管材有許多種，目前主要采用的是球墨鑄鐵管、高密度聚乙烯管、鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管等，

由于金屬管道抗腐蝕性差，防腐措施費(fèi)用高昂，對(duì)于污水壓力輸送通常采用抗腐蝕性較強(qiáng)的塑料材質(zhì)管道。結(jié)合天津臨港地區(qū)沉降大，污水組成復(fù)雜，PE 管運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富等特點(diǎn)，選擇PE管作為壓力輸水管道。

1.2 水力計(jì)算

壓力輸水管道設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)水力計(jì)算，可以合理選擇管徑，有效降低水力損失，并且避免水錘破壞。本工程中，利用Bentley HUMMER V8i 對(duì)管段運(yùn)行過(guò)程中的水力狀態(tài)進(jìn)行模擬，結(jié)果圖1：

圖1 安裝放氣閥后管道水力計(jì)算

圖1設(shè)置SCAR 復(fù)合排氣閥后發(fā)生水錘時(shí)管道壓力曲線，從圖中可以看出，對(duì)于地勢(shì)平坦的填海地區(qū)，水錘正壓在20m 水頭以內(nèi)，水錘產(chǎn)生的負(fù)壓在2～3m 水頭左右，負(fù)壓極大降低，但仍存在造成管道內(nèi)部塌陷的可能。另外，管道應(yīng)采用SCAR 復(fù)合排氣閥，在水錘產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)對(duì)管道及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)氣，降低負(fù)壓破壞。

由圖1中可以看出，考慮到輸送介質(zhì)為污水，在建成區(qū)管道隨路淺埋，在未填海區(qū)域順?biāo)鞣较蛟O(shè)置0.0005 的坡度。這樣，一方面可以增加管道內(nèi)污水流速，防止淤積；另一方面可以在管道內(nèi)水量較少時(shí)，通過(guò)自流形式將管內(nèi)污水排至污水廠。

1.3 管道節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

由于輸送介質(zhì)為污水，雜質(zhì)含量多，且種類復(fù)雜，具有較大的污染性。為保證管道的正常運(yùn)行，在管段中的沉泥設(shè)施由傳統(tǒng)的排泥井改為排泥井與壓力檢查井相結(jié)合的方式。根據(jù)養(yǎng)管經(jīng)驗(yàn)，相鄰壓力檢查井間距控制在500m 以內(nèi)，并在管道曲折地帶增加壓力檢查井?dāng)?shù)量，以方便清掏。壓力檢查井由全盤四通與盲板組成，四通下方可以儲(chǔ)存一定量的淤泥，上方盲板可打開，清掏四通中沉積的淤泥。

壓力污水管道在途中沒(méi)有接入或排出管，在管道堵塞時(shí)很難對(duì)堵塞位置進(jìn)行確認(rèn)，檢修困難。因此本工程設(shè)計(jì)中通過(guò)在沿線設(shè)置污水專用隔膜壓力表，根據(jù)壓力表中所顯示的壓力變化，可以準(zhǔn)確判斷出相鄰表位度數(shù)差較大處存在堵塞狀況，從而快速疏通。

2、長(zhǎng)距離污水壓力管線的養(yǎng)護(hù)

首先，壓力污水管道養(yǎng)管所面臨的最大困難時(shí)堵塞問(wèn)題。由于污水中含有大量的雜質(zhì)，尤其是一些纖維狀物質(zhì)，極易相互纏繞，掛在管道管件處，造成水流不暢，最終早晨堵塞。因此，在日常養(yǎng)管工作中需通過(guò)多種手段進(jìn)行清淤通塞，一是通過(guò)閥門的水力控制，加大管段中水流速度，利用水流進(jìn)行清淤；二是定期清掏壓力檢查井中沉積的淤泥，防止淤泥結(jié)塊，造成堵塞；三是定期通過(guò)壓力表觀察水壓變化，如遇異常高壓或低壓，則表明管段發(fā)生堵塞，需及時(shí)處理。

其次，管道的養(yǎng)護(hù)對(duì)于運(yùn)行安全也十分重要。PE 管具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，但也不是對(duì)所有輸送介質(zhì)都能夠安全運(yùn)行。根據(jù)臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)工廠出水中會(huì)出現(xiàn)一些事故臨時(shí)排放水，這些水中含有高濃度的氨及銨鹽，會(huì)對(duì)PE管道造成內(nèi)壁結(jié)痂、脫落，從而破壞管道，造成運(yùn)行安全威脅。因此要嚴(yán)把來(lái)水水質(zhì)控制關(guān)，堅(jiān)決制止偷排行為。同時(shí)對(duì)于事故排放，還應(yīng)及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行沖洗清理，降低腐蝕物質(zhì)濃度，保護(hù)管道。

再次，需要對(duì)管道進(jìn)行綜合的管理和保護(hù)。壓力污水管的最大優(yōu)勢(shì)在于可以減少管徑，降低埋設(shè)深度，大幅減少土方開挖量。同時(shí)，由于管道埋設(shè)較淺，很容易受到地面行為的擾動(dòng)，如重載、施工、開挖等，因此需要對(duì)管道進(jìn)行標(biāo)識(shí)，臨港工業(yè)區(qū)內(nèi)壓力污水管道位于綠化帶內(nèi)，需在管道地面設(shè)立標(biāo)識(shí)牌，同時(shí)在管道上方設(shè)立警示帶，保證不會(huì)因其他工程施工對(duì)管道造成損害。相關(guān)管理部門還應(yīng)建立管道養(yǎng)護(hù)日志，定期在管道沿線巡視，對(duì)閥門等關(guān)鍵進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)，保證管道運(yùn)行環(huán)境的可靠性。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，對(duì)于填海地區(qū)的壓力污水管道設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)主要需注意以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)于土壤易沉降，且管道腐蝕介質(zhì)多，污水濃度大，采用PE 管較為經(jīng)濟(jì)安全。

（2）經(jīng)過(guò)水錘計(jì)算，填海地區(qū)在運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生負(fù)壓而使水柱拉斷，進(jìn)而產(chǎn)生真空負(fù)壓，從內(nèi)部破壞管道，需要采用復(fù)合式排氣閥進(jìn)行補(bǔ)氣來(lái)消除水錘。

（3）污水中雜質(zhì)較多，易發(fā)生纏繞堵塞，選用閥門時(shí)宜應(yīng)用閘閥，并設(shè)置壓力檢查井以便疏通，同時(shí)設(shè)置壓力表對(duì)管道堵塞情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（4）管道運(yùn)行時(shí)，需定期進(jìn)行水利沖洗，定時(shí)清掏淤泥，嚴(yán)格控制排放介質(zhì)，腐蝕性介質(zhì)臨時(shí)排放后需及時(shí)沖洗管道。

（5）建立健全管道運(yùn)行維護(hù)制度，對(duì)管道設(shè)施定期檢測(cè)。