市政排水管道在清淤方面的規劃設計研究

史剛

摘 要：隨著我國經濟實力的增強和城鎮化的快速發展，市政管網建設發展迅速，對道路地下的市政排水管道施工質量控制的要求也越來越高。市政排水管道的過水能力受懸浮物顆粒淤積情況的影響，若不及時清淤會導致管道過水能力降低。分析了沉積物流速、沉積作用以及水力清淤作用在市政排水管道清淤方面的應用，為提高市政排水管道規劃設計的合理性提供思路。

關鍵詞：排水管道;清淤;施工

1 傳統市政排水管道清淤技術分析

1.1 絞車清淤技術

絞車清淤技術在早期管道清淤工作當中十分常見，具有良好的清淤功效，但此項技術具有兩個較大的缺陷，即因為該技術的清淤設備形式問題，其只能夠應用于直線的清淤條件下，如果遭遇彎曲管道，則無法使用，如果強行使用只會導致管道受損;因為該項技術的應用，需要人工進入地下井道環境當中，該環境中存在大量的有害氣體，容易引起身體健康方面的問題。在具體應用當中，首先需要配置兩個相同的絞車設備，每個絞車設備都由竹片、鋼絲繩以及清淤刷組成，將清淤刷綁在鋼絲繩上，再將鋼絲繩一端與竹片的一端相接，其次由人工進入地下井道的一端，將竹片穿過管道，再從另一端拖拽竹片使其帶動鋼絲繩與清淤刷進入清淤段，最終將另一端的鋼絲繩與另一個絞車連接，啟動絞車后借助絞車的前后移動原理，使清淤刷進行清淤。此外，針對絞車清淤技術的兩個缺點，在后續研究中有學者提出了鋼纜穿越的方法，該方法可以避免人工進入地下環境，但無法排除曲線彎道無法應用的問題。

1.2 高壓水流清淤技術

高壓水流清淤技術具有應用安全且簡便、清淤效果良好的優點，但因為該項技術在實際應用當中需要反復應用，所以就容易帶來巨大的資源浪費以及應用成本，所以其不適用于大范圍清淤工作當中。具體應用當中，首先采用增壓設備，將水體注入蓄水結構封蓋，其次將蓄水結構的出水口與水噴頭膠管連接，并對增壓壓力參數進行調整，最終啟動增壓設備，使水流進入水噴頭膠管，通過膠管水流會進入水噴頭部位，借助水噴頭的形式，可以形成細長的高壓水流，此時人工控制水噴頭對清淤管道進行反復沖洗即可。

1.3 蓄水沖刷清淤技術

蓄水沖刷清淤技術是一項起源于歐洲國家的技術，其具有成本低廉、應用簡便的優點，但缺點在于此項技術的清淤效果可控度不高，很難清理一些與管道存在纏繞、高度固結關系的淤堵物，所以其清淤效果相對較差。在具體應用方面，首先在非清淤時間需要做好蓄水工作，且將蓄水結構的出水口與排水管道連接，其次在清淤工作當中，瞬間打開蓄水池出水口，使部分水流在極短時間內傾斜至清淤管道當中，對其中淤堵物進行沖刷，在反復操作之下，即可實現清淤。

2 排水管道規劃設計中沉積作用的應用

在進行排水管道網絡的設計規劃時，可以分段分片采用沉積水清池，該種設計本身具有沉積功能，可以設置在對管道網絡中其他管線影響不大之處，或者在清淤工作不影響交通情況的地方進行設置。采用該種設計可以使管道網絡整體清淤工作量減少，同時也可以起到減慢淤積速率的作用。陳積水清池的設計原則是根據斯托克斯公式和去除率公式計算出需要去除的懸浮物顆粒的具體數值。在市政排水管道中，沉積物以容積沉淀的形式進行物理沉淀，以自由沉淀為主要機理，因此需要將顆粒的重力、浮力和下沉阻力的平衡狀況進行綜合考慮，即斯托克斯公式，如下式（1）所示：

（1）

式（1）中懸浮顆粒自由沉淀的速率用u表示，顆粒密度和液體密度分別用ρs和ρy表示，水的黏滯度用μ表示。應用式（1）主要是對懸浮顆粒的粒徑和去除率進行分析，實際應用時需要進行修正。

（2）

? ? （3）

式（2）所示為去除率公式，式中去除率用η表示，懸浮物在去除后的剩余量用P0表示，懸浮顆粒的沉降速率用ut表示，臨界沉降速率用u0表示。對式（2）進行簡化，如式（3）所示，式（3）中Pt為沉降速度為ut的懸浮顆粒的百分比。排水管道規劃設計中水力清淤作用的應用沉積水清池除了具有沉積作用外還具有水力清淤作用，當出水管管嘴在相對較短的時間內存在恒定出流時，會使管嘴內形成一定的真空度，這種真空度會使得出流的速度提高，進而對管道的下游起到沖刷作用。真空收縮斷面的能量方程如式（4）所示：

（4）

式（4）中H可以用式（5）表示：

（5）

斷面真空度的計算公式如式（6）所示：

（6）

可以得到出水管嘴處真空斷面處的平均流速 vc 的計算公式，如式（7） 所示：

（7）

式（4）～（7）中，上游孔口形心距離液面的高度用H表示，上游孔口形心的總水頭用H0表示，上游孔口形心處的流速用v0表示，大氣壓和真空斷面中心的壓強分別用Pa和Pcabs表示，動能修正系數用α0表示，孔口的局部阻力系數用ξ0表示，斷面處的流速系數用φ表示。同時重力加速度（g）取9.81，上游孔口形心距離液面的高度取2 m時，根據式（7）可得到真空斷面的平均流速為8.12 m/s，此時下游管道可以得到有效的沖洗，進而達到清淤的目的。

3 結語

市政排水管道是市政建設中尤為重要的設施，與城市的發展存在直接的關系。及時對市政排水管道進行清淤可以保障管道通暢。管傳統市政排水管道清淤技術在清淤效果上具有良好的表現，但是普遍存在缺陷，例如人工依賴度高、會對人的身體健康造成影響、存在較多的限制條件、清淤效果可控性不強等缺陷，道淤積現象是一個復雜的過程，本文僅僅分析了沉積物流速、沉積作用及水力清淤作用在排水管道規劃設計中的應用，為提高排水管道的設計合理性提供了思路和參考。除此之外，對市政排水管道網絡進行合理養護，保證管道的環境衛生也可以緩解管道的淤積情況。

參考文獻：

[1]劉維斌.關于城市排水管道清淤問題的相關探究[J].建材發展導向，2014（19）：174-175.