對現(xiàn)狀市政污水主干管品質(zhì)提升改造設(shè)計(jì)的探究

李鵬鑫

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

城市污水主干管作為城市區(qū)域污水轉(zhuǎn)輸?shù)闹魍ǖ溃瑢Υ嬖谵D(zhuǎn)輸瓶頸、結(jié)構(gòu)性缺陷、重力流管道坡度逆坡的污水主干管進(jìn)行品質(zhì)提升改造，是保障市政污水支管收集的污水有效轉(zhuǎn)輸?shù)闹匾こ檀胧潜Ｕ衔鬯邼舛扔行мD(zhuǎn)輸至污水處理廠實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的重要一環(huán)，是推進(jìn)河涌流域綜合整治全面穩(wěn)定提升河涌水質(zhì)的重要依托[1]。

1 現(xiàn)狀污水管網(wǎng)問題分析

（1）金沙洲93%的納污面積所產(chǎn)生的污水需通過環(huán)洲三路DN1000—DN1100 污水主管轉(zhuǎn)輸?shù)浇鹕持尬鬯嵘谜荆壳碍h(huán)洲三路污水主管運(yùn)行較差，根據(jù)管網(wǎng)檢測報(bào)告可知，目前環(huán)洲三路污水主管存在24 處結(jié)構(gòu)性缺陷，養(yǎng)護(hù)單位先后對環(huán)洲三路污水主管進(jìn)行了5 處重大結(jié)構(gòu)性缺陷修復(fù)，在清疏、修復(fù)過程中發(fā)現(xiàn)修復(fù)現(xiàn)狀缺陷又不斷出現(xiàn)沉降、塌陷、斷裂等新的結(jié)構(gòu)新缺陷，日前在金沙洲路與環(huán)洲三路路口新增一處結(jié)構(gòu)性缺陷，地面已經(jīng)開裂塌陷。環(huán)洲三路污水主管一旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺陷，將嚴(yán)重影響整個(gè)金沙洲污水收集轉(zhuǎn)輸，環(huán)洲三路污水主管停水搶修，搶修前泵站提升規(guī)模約為2.4 萬t/d，搶修期間泵站提升規(guī)模約為0.35 萬t/d。

（2）金沙洲廣佛高速以西片區(qū)內(nèi)的所有排水單元的污水都是通過金沙洲路DN800 污水管傳輸至環(huán)洲三路DN1000 污水管道中，目前金沙洲路污水主管運(yùn)行較差，根據(jù)管網(wǎng)檢測報(bào)告，目前金沙洲路污水主管存在10處結(jié)構(gòu)性缺陷，但金沙洲路為金沙洲主干道，金沙洲路（環(huán)洲二路~禮傳東街）段道路中線有地鐵六號(hào)線平行架空，且交通流量大，管道缺陷修復(fù)實(shí)施比較困難，現(xiàn)狀污水管主管經(jīng)過復(fù)核現(xiàn)狀過流能力不能滿足旱季污水量的需求。

根據(jù)管網(wǎng)檢測報(bào)告，目前金沙洲路（環(huán)洲四路~環(huán)洲三路）DN800 污水管存在結(jié)構(gòu)性缺陷7 處，功能缺陷11 處，其中三級(jí)以上結(jié)構(gòu)性缺陷2 處，三級(jí)以上功能性缺陷11 處，已不能滿足污水主管傳輸功能，基本都是滿水運(yùn)行狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)單位局部修復(fù)和清疏后可作為污水支管使用[2]。

（3）金沙洲廣佛高速以西北片區(qū)內(nèi)的所有排水單元的污水都是通過環(huán)洲五路DN600—DN800 污水管傳輸至金沙洲路DN800 污水管道中，目前環(huán)洲五路污水主管運(yùn)行較差，環(huán)洲五路尚未移交管養(yǎng)，根據(jù)正在進(jìn)行的污水管道檢測可知，環(huán)洲五路污水主管存在多存結(jié)構(gòu)性缺陷，且該管段下游傳輸管道為金沙洲路污水主管，管道缺陷修復(fù)實(shí)施比較困難，現(xiàn)狀污水管主管經(jīng)過復(fù)核現(xiàn)狀過流能力不能滿足旱季污水量的需求。

（4）現(xiàn)狀金沙洲廣佛高速以西片區(qū)及金沙洲路以東片區(qū)污水主通道為環(huán)洲三路污水主管，環(huán)洲三路污水主管在與金沙洲路交叉口西南處DN800 污水管，由于原污水管位與供整個(gè)金沙洲島的110kV 電力管標(biāo)高沖突，在電力實(shí)施過程中污水管遭到破壞，修復(fù)后所有經(jīng)過該段管傳輸?shù)奈鬯栌焊咚煌ㄟ^，該段成為一處污水傳輸瓶頸。

（5）金沙洲區(qū)域地質(zhì)情況較差，污水主管大部分敷設(shè)在淤泥層。金沙洲現(xiàn)狀污水管道包括污水主干管及支管，大部分為塑料管，污水主干管管道埋深達(dá)到4~8m，污水管道被擠壓變形、破損、滲漏普遍存在，管道及檢查井存破損處地下水將泥沙帶入污水管道中，形成管道及檢查井周邊空洞，最終造成管道沉降并引起路面塌陷，泥沙將造成管井淤積。嚴(yán)重影響污水收集率，影響交通安全。

2 污水主干管品質(zhì)提升改造工程的任務(wù)

（1）將現(xiàn)狀污水主通道修復(fù)打通。

（2）對部分污水管道過流斷面不足的管段，升級(jí)改造污水管道或新建污水通道實(shí)施分流。

（3）對污水主管有病害的管段實(shí)施修復(fù)。

（4）對現(xiàn)狀污水主管實(shí)施保護(hù)措施。

3 品質(zhì)提升改造設(shè)計(jì)方案

（1）沿環(huán)洲三路（金沙洲路—藤業(yè)二路）—藤業(yè)二路（環(huán)洲三路—金沙洲泵站）在現(xiàn)狀污水主管管位上新建d1000~1350 污水管道，既能解決環(huán)洲三路現(xiàn)狀污水主管過流能力不足，又能一次性解決環(huán)洲三路污水主管需反復(fù)搶修問題，保障片區(qū)污水有效傳輸，污水不再溢流河涌。

（2）沿金沙洲路（環(huán)洲五路—禮傳西街）—禮傳西街（金沙洲路—禮傳一街）—禮傳一街（禮傳西街—金沙洲路）現(xiàn)狀污水管位敷設(shè)d1000 污水管：既能分流現(xiàn)狀金沙洲路DN800 污水主管污水，滿足片區(qū)旱季污水量的有效傳輸，又能保證在金沙洲路污水主管事故時(shí)段金沙洲廣佛高速以西片區(qū)內(nèi)的所有排水單元的污水能有效傳輸至環(huán)洲三路污水主管，保證污水不溢流河涌。現(xiàn)狀禮傳西街、禮傳一街均為污水管道均為DN300污水支管，在現(xiàn)狀污水管位上實(shí)施分流主管，節(jié)約地下空間，可實(shí)施性強(qiáng)，現(xiàn)有排水單元污水管能保持現(xiàn)狀接入。

（3）沿金沙洲路（環(huán)洲三路~環(huán)洲二路）DN300 污水支管管位上新建d800 污水管接入環(huán)洲二路、彩濱路污水管網(wǎng)品質(zhì)提升改造工程擬建d1000 污水管，最終接入藤業(yè)二路現(xiàn)狀污水提升泵站，利用環(huán)洲三路在建d800 污水管組成新的南北排水通道。既能避開環(huán)洲三路污水主管在與金沙洲路交叉口西南處污水通道瓶頸，保障上游污水有效傳輸，又能在環(huán)洲三路主通道發(fā)生重大結(jié)構(gòu)性病害時(shí)能作為備用通道，傳輸南北向污水，同時(shí)滿足解決環(huán)洲三路以西片區(qū)污水傳輸能力不足，分流環(huán)洲三路污水的功能，沿線改造現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)性病害污水管道，提高污水收集率[3]。

4 施工方法

4.1 施工方法比選

由于是在現(xiàn)狀市政道路下實(shí)施，不適放坡開挖施工。目前非開挖施工主要為頂管和牽引管施工，污水管道為重力流，且管徑比較大不適合牽引施工。故僅對支護(hù)開挖施工和頂管施工兩種方式進(jìn)行比選[4]，如表1 所示。

表1 施工方式比選

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，工程范圍內(nèi)需進(jìn)行地基處理段占比較大，部分管段位于中砂層，綜合考慮，采用支護(hù)開挖施工方式。

4.2 施工方法的確定

（1）污水管道埋深較深，在現(xiàn)狀道路實(shí)施部分采用支護(hù)明挖施工。

（2）檢查井內(nèi)上下游主管連接采用管頂平接。支管接入采用管頂平接或跌水接入。支管設(shè)計(jì)在有標(biāo)高富余的情況下，適當(dāng)加大污水支管設(shè)計(jì)坡度。

5 地基處理與施工方案

5.1 地基處理

埋地敷設(shè)段，管道埋深5.35~8.39m。對于管道地基承載力特征值不小于100kPa 段，檢查井地基承載力特征值不小于120kPa 段，不需要進(jìn)行地基處理，采用原狀土天然地基；對于地基承載力特征值小于100kPa段，采用軟基處理。

混凝土管管道基礎(chǔ)采用15cm 碎石砂墊層+C20 混凝土180°基礎(chǔ)。

5.2 施工方案

采用直槽開挖時(shí)應(yīng)及時(shí)支撐，以免槽壁失穩(wěn)出現(xiàn)塌方，影響施工，甚至造成人身安全事故。在地質(zhì)條件較好，當(dāng)開挖深度＜1.5m 時(shí)，采用擋土板支護(hù)；開挖深度≥1.5m 并＜3.0m 時(shí)，采用槽鋼支護(hù)；當(dāng)開挖深度≥3.0m 時(shí)，采用拉森鋼板樁支護(hù)，樁入坑底按埋深0.8~1.0 倍并>3m。如果土質(zhì)較差，用以上方法出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)現(xiàn)場確定支護(hù)方式。

6 工程重點(diǎn)難點(diǎn)分析

本次工程重點(diǎn)難點(diǎn)為在現(xiàn)狀道路下實(shí)施污水管道，需考慮對現(xiàn)狀其他管線進(jìn)行保護(hù)，需考慮避免過交叉路口現(xiàn)狀交通的大范圍影響，需考慮過河涌對現(xiàn)狀河涌的影響，需考慮穿過地鐵對地鐵的影響。

針對以上重點(diǎn)難點(diǎn)，敷設(shè)管道盡量利用現(xiàn)狀污水管位，以及敷設(shè)管線較少的機(jī)動(dòng)車道下方，在地鐵范圍內(nèi)的采用對地鐵影響最小的支護(hù)開挖施工，過交通量大的路口采用夜間施工、河涌采用圍堰施工[5]。

7 管材選擇論證

污水管道屬于城市地下永久性隱蔽工程設(shè)施，要求具有很高的安全可靠性。在污水工程中，管道工程投資在工程總投資中占有很大的比例，而管道工程總投資中管材費(fèi)用占比較大。因此，合理選用管材非常重要。

7.1 管材的要求

排水管材必須滿足一定的要求，才能保證正常的排水功能。①必須具有足夠的強(qiáng)度，以承受外部的荷載和內(nèi)部的水壓。②必須具有耐沖刷、耐磨損的作用，并具有抗腐蝕性能。③內(nèi)壁必須整齊光滑，使水流阻力盡量減少。④必須不透水，以防止污水滲出或地下水滲入，而污染地下水或腐蝕其他管線、建筑物基礎(chǔ)。⑤應(yīng)盡量就地取材，并考慮預(yù)制管件及快速施工的可能，減少運(yùn)輸和施工費(fèi)用。

7.2 各類管材的比較

（1）金屬管材（主要指鋼管、球墨鑄鐵管、灰口鑄鐵管等）。機(jī)械強(qiáng)度大，可承受很高的壓力，管件制作、加工方便，適用于地形復(fù)雜地段或穿越障礙等情況。但突出的問題是管道的腐蝕及其防護(hù)，且綜合造價(jià)較高。

（2）普通的鋼筋混凝土管材（主要指一級(jí)、二級(jí)離心鋼筋混凝土管）。使用時(shí)間最長，適用場合最廣泛，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，目前仍是排水行業(yè)的最主要的管材。

（3）加強(qiáng)的鋼筋混凝土管材，主要指三級(jí)離心鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP 管）。利用鋼筋使混凝土內(nèi)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而提高管材的承截力。具有節(jié)約鋼材、抗震性好、使用壽命長等特點(diǎn)。但工作壓力有限，自重大，運(yùn)輸安裝不便，管子破損率較高，管承口的不規(guī)則圓易導(dǎo)致接口漏水，管配件需用鋼制件轉(zhuǎn)換。

（4）合成材料管材（主要指UPVC 加強(qiáng)筋管、HDPE管、FRPP 等）。合成材料管材是興起的新材料、新技術(shù)，它主要指UPVC 加強(qiáng)筋管、HDPE 管、FRPP 管等。該類管材的特點(diǎn)主要有：材質(zhì)輕，比重小，便于運(yùn)輸與施工安裝；內(nèi)壁光滑，耐腐蝕性強(qiáng)，適用于中、小管徑。

（5）磚砌排水管渠。砌溝渠，它抗蝕性比較好，可就地取材，施工方便，但當(dāng)斷面小于800mm 時(shí)就較不易施工，而且施工時(shí)間比預(yù)制鋼筋混凝土管的長。

（6）鋼筋混凝土排水管渠。對于斷面尺寸較大的排水管渠，宜采用鋼筋混凝土管渠，它施工時(shí)間短，價(jià)格便宜、使用壽命長，是最常見的排水管渠管材。

7.3 決定管材選用的綜合影響因素

決定管道材料選擇的影響因素很多，主要包括以下因素。

施工方法。包括打開挖、維護(hù)開挖、頂管、沉管及非開挖（如管道牽引）等施工方法；管材管徑及單根管節(jié)長度；管道埋深及地下水狀況；施工現(xiàn)場具體情況；施工周期；地質(zhì)狀況；回填質(zhì)量；管材的物理性質(zhì)；管道接口形式及止水密封性能；管道綜合價(jià)格（包括管材、運(yùn)輸及施工等）以及其他影響因素。

7.4 管材選取

根據(jù)廣州市污水管道材料使用效果，結(jié)合污水工程的具體情況，工程管道材料的采用建議如下。

（1）對于有條件開挖施工的管材，并考慮日常維護(hù)使用的方便，推薦采用Ⅱ級(jí)鋼筋混凝土管、球磨鑄鐵管。

（2）頂管施工段采用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管、球墨鑄鐵管。

7.5 工程目標(biāo)與效果

消除橫沙涌、沙貝涌、象拔咀涌河涌黒臭，提高污水處理廠進(jìn)水氨氮濃度，氨氮年平均濃度達(dá)到23.6mg/L。工程實(shí)施后能保障城中村橫沙村、沙鳳村、金域藍(lán)灣、城西花園、以及匯海花園、星海花園、瀚海花園、江悅灣、保利金沙、保利西子灣以及恒大綠洲等排水單元污水收集后的轉(zhuǎn)輸，根據(jù)與現(xiàn)狀金沙洲污水提升泵站現(xiàn)狀提升規(guī)模對比，工程實(shí)施效果至少完成新增污水收集1.5 萬t/d[6]。

8 結(jié)語

市政污水主干管的品質(zhì)提升實(shí)施對緩解河涌水環(huán)境污染狀況有積極的促進(jìn)作用，作為一項(xiàng)重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)改造，具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。對城市發(fā)展戰(zhàn)略，具有深遠(yuǎn)的意義和影響。