關于城市排水管網改造設計要點的分析與思考

梁振華

(廣東省環境保護工程研究設計院有限公司，廣東 廣州 510000)

我國城市化發展進程近年來較為迅速，相較于城市化率的不斷提高，城市排水管網的建設則稍顯落后，存在排水不暢、污水處置效率等一系列問題，進而影響城市功能的正常發揮。尤其在遇到強降雨和長期降雨天氣出現大量排水需求時，城市排水管網的建設問題表現的更為明顯，這也暴露出了我國在城市排水管網建設方面的問題。由此可見，對城市排水管網系統進行改造設計，實現城市排水管網的有序改擴建已經變得尤為必要。

1 城市排水管網設計現狀

當前我國城市排水的設計現狀并不樂觀，在設計過程中仍存在沿襲傳統設計理念的問題，缺乏創新設計思想與可持續設計理念[1]。在傳統設計理念下，城市排水和防洪設施的設計，為提高排水效率，常采用分流制排水體制，該體制沒有同時考慮到城市徑流面源污染控制和雨水資源利用需求，導致城市整體水質受到影響。其次，城市在進行排水管網設計時，還存在缺乏對突發事件處置的綜合考慮。當前，城市排水系統常見爆管、污染、泄洪等問題，其中爆管是發生率最高的突發事件，而爆管這一問題與管道材質特性、管道老化和上方壓力過大等密切相關，此外，出現上述問題還與排水系統資料不全、市政工程管道地下管線整體情況掌握不足等有關。最后，在城市排水管網設計過程中，還存在排水體制規劃混亂的問題，具體表現為重視道路工程建設，忽視工程管線配套建設。且設計人員設計責任和任務劃分不清，對排水設施存在的問題缺乏深入考量，導致處置突發問題的能力不足。

2 城市排水管網改造設計要點

2.1 核實并研究待改造管網資料

完整的資料是開展城市排水管網改造設計的重要前提，設計人員應結合勘察現場和資料收集，全面獲取城市排水管網改造相應的數據信息，在實際勘察與資料研讀的基礎上，制定出詳細、針對性強的排水管網改造設計方案[2]。在具體核實和研究管網資料時，應做到以下幾點：1)對搜集的數據信息進行統計，并與現實情況進行比對，當發現二者不相符時，要及時根據實際情況加以調整；2)是強化對隱蔽性強的排水管網信息的核實，以施工管網圖紙為基準，多次核對與平面方位、邊坡、管徑、深度和水流走向等相關的技術參數，同時要評價各區域排水管道使用現狀，節省管網改造成本，提升改造質量。

2.2 結合工程實際設計相應的改造施工方案

某城市片區存在生活污水排水管網改造升級需求，主要對生活污水處理廠配套管網進行改造，深入勘察地形及研究工程資料可知，該工程部分管段埋深較深，且部分管側道路需要滿足通行要求，同時存在高壓線路，因此不能隨意遷改，也不能采用放坡明挖方式，經綜合研究決定，采用頂管法施工方式，選擇Ⅲ級鋼筋混凝土鋼承插管(F型)作為主管材[3]。在確定施工方式的基礎上，工程人員對管材管徑、埋深等加以確定，其中W37-W36 -W35 段管徑、埋深分別為 DN1000、 8.7m ～ 9.6m。工作井為W36，接收井為W35 和 W37，并嚴格控制頂進方向和長度，其平面和縱剖面圖見下圖1、2。同時設計人員要重點做好該排水管網改造布線與城市地下管線綜合布線之間的協調設計，發揮城市管線綜合效益。此外，設計人員還要關注施工過程中可能出現的問題，結合以往的工程經驗，聯合施工人員，對施工方案與細節進行全面優化，尤其對于隱蔽工程，更要強化細節設計，通過形成專項施工方案和質檢方案的形式，保證城市排水管網改造設計與施工之間有序銜接，避免出現嚴重的質量問題。

圖1 管段平面布置圖

圖2 管段縱剖面圖

2.3 優選排水管網建材

在改造設計管材、管道基礎及接口形式的基礎上，設計人員要優選排水管網建材。嚴格按照管材選擇的基本原則加以選取，保證排水功能可正常發揮。1)要考慮排水管強度，按照外部荷載、內部水壓的承壓要求，對排水管材強度進行測定和比對；2)要關注排水管道是否具備抵抗污水雜質沖刷和抗磨損的性能，在選擇管材時，主要應考慮其耐海水侵蝕、抗鹽堿地腐蝕性能[4]；3)選擇的排水管道建材應具有良好的不透水性能，避免污水滲出或地下水滲入，由此可降低污染地下水、腐蝕其他管線等問題出現的概率；4)要選擇內壁光滑的管道材料，以有效減輕水流阻力，同時應遵循就地取材原則，減少工程成本。此外，對于需要使用到的混凝土材料和鋼筋材料等也要嚴格進行質量把關，制定材料進場前專項質量檢測方案，杜絕使用不合格的建材。

2.4 做好排水管網的新舊分區、銜接設計

2.4.1 做好分區改造設計

1)新城區排水管網改造設計，新城區在排水管網設計時，已經具備了雨污分流體制設計理念，設計標準遠高于老城區。但隨著城市規模的不斷擴大，污水量在不斷提升，導致污水管逐漸達到最大設計充滿度。此外，影響排水管道設計的因素還包括徑流系數的選取以及暴雨強度公式的修訂等。基于此，在對新城區進行排水管網改造設計時，應把握以下要點：①詳細分析現有的排水系統。對于待改造的管網而言，其設計標準基本偏低，需要重視設計參數和設計標準的嚴格執行。如暴雨重現期的設計，若設計不合理，將導致出現雨水積澇現象。由此，設計人員必須高度重視對排水管網系統的全面分析，及時發現需要改進的問題；②嚴格制定排水管網設計標準。不同城市對排水管網的設計標準要求存在差異，例如，上海市、合肥市要求市政道路污水管管徑最小應分別為d600mm、d500mm。對雨水管道設計重現期方面的要求也有所不同，因此要根據地區差異合理執行設計標準；③選擇高質量的建材。根據建設部文件即《建設部推廣應用和限制禁止使用技術》可知，在選擇排水管網材料時，要嚴格按照上述要求執行，可選擇使用的材料主要包括高密度聚乙烯雙壁波紋管 HDPE、硬聚氯乙烯雙壁波紋管 PVC-U、硬聚氯乙烯環形肋管 PVC-U等，但在實際選擇材料時，還是要嚴格檢驗材料質量，若為機動車道，則應以鋼筋混凝土管為主，若為非機動車道或綠化帶，則主要應選用HDPE、 玻璃鋼夾砂管等塑料管；④要根據地質情況，了解出現的塌陷等問題，在分析原因的基礎上，要重點做好管道基礎處理設計，若選用的改造方式為非開挖施工方式，則要在設計方案中強調注漿加固的重要性。

2)老城區排水管網改造設計，在城市老城區，常采用的傳統的排水管網模式為合流制，這種模式在應用過程中呈現出一系列的問題。在對其具體改造設計時，應關注以下要點：①結合實際情況和投資難度，將其改造成分流制，這種較為徹底的改造方式能達到有效的雨污分流處置目的，同時分流后的污水可集中至污水處理廠加以處理，減少環境污染[5]；②對部分合流管予以保留，將其改造成截流式合流制。對于可以發揮效用的合流管道予以保留，同時將截流水管布設在城區周圍水體周邊，實現對合流污水的有效截留處理。此外，在對截流制進行改造設計時，還要考慮到老舊城區存在較大的內澇風險，布置截流管道時，應按照分支管道、干道、主管道進行布置。設計人員應根據管網布設情況和城市管網建設要求，逐步將截流式合流制轉變為分流制；③強化對溢流混合污水的末端收集處理。可通過采用細篩過濾、水體沉淀等方法，實現對排水管網溢流的混合污水的針對性處理；④考慮到部分區域土壤具有一定的滲透性，且地下水位相對較低，在進行改造設計時，應側重選用可提高地表土壤持水能力和滲透能力的管網布設方式，實現對水體徑流量大小的控制，從而使得溢流混合污水總量在合理范圍內；⑤結合海綿城市建設要求與建設措施，不斷提升排水管網改造質量。基于此，設計人員要全面勘察城市現有的儲水區域、裝置等，可改造老舊小區的道路綠化帶、道路鋪裝等，同時優化水凈化裝置，實現對排水管網壓力的有力減輕。

2.4.2 做好新舊管網的銜接

在對城市排水管網進行優化設計時，除了要針對性的進行新城區和老舊城區的改造設計之外，還涉及到部分新舊管網的銜接設計。設計人員要做好前期的全面勘察，了解新舊管網銜接存在的問題和改造設計需求，要重點做好管網的清淤疏導與防滲修復工作，同時要結合實際情況進行評估，合理進行補強加高處理，確保新舊管網銜接順暢，且銜接質量達標。要重視做好管網疏通工作，若長期忽視排水管網的疏通，將導致城市給排水系統中排水管路出現嚴重積水現象。因此，在進行排水管網改造設計時，要將管網清淤、防滲恢復等作為重點工作之一，避免后續滲流現象等的發生，確保城市排水系統可長期穩定發揮效益。最后，在進行新舊管網銜接設計時，還應關注的一個重點為科學管理市政管網高程。以往的市政排水管網改造建設常忽視新建管道與現狀管網高程的匹配與否問題，導致城市排水管網質量和效益不佳。

2.5 提升排水系統應急處理能力

在城市排水系統運維過程中，常見的質量問題之一為爆管，針對該問題，設計人員要做好對排水管網系統的信息化建設，及時獲取最新的管網信息，做好重大事故預警等工作，以有效避免發生爆管等嚴重事故。此外，泄洪能力不足也是城市排水管網常見的問題之一，設計人員也要善于利用高科技手段，對最大降水量等進行科學測定，同時同步獲取市政管網排水能力相關指標參數，據此對排水管道標準系數加以調整，使得排水管網的泄洪能力在相對較高的水平。再者，城市排水管網系統還可能導致水體污染，針對這一問題，設計人員要聯合技術人員建立一套嚴密的水體污染監測系統，對城市污水管道負荷進行精準測算，及時發現和預警管道淤積、滲透泄露等問題，并對雨污分流去向等進行監測，確保雨污分流到位。在上述操作下，城市排水管網系統的應急處理能力將大大提升，進而可發揮出排水系統的綜合效益。

2.6 優化排水系統排污功能

對城市排水管網進行改造設計，設計人員要將排水系統的排污功能作為重點改造優化設計對象。規劃排水管網時，應綜合雨污收集、處理、利用等環節，對現有的排水管道體制進行改造，將現有的雨、污水合流制或不完全分流制系統逐漸轉變為完全的分流制系統。基于此，可實現對不同水質的有效雨污分流與處理，在科學處理和雨污分流的基礎上，將高效利用雨水，進而可避免出現洪澇災害。研究傳統的城市排水管網規劃方法可知，在各河系下游、城市郊區常見污水處理廠，這種布局方式可能會導致污水處理廠距再生水用戶較遠，需要鋪設大量回水管網，進而增加投資成本。考慮到減少投資成本和發揮污水處理廠效益的綜合要求，設計人員可建設較為大型的污水處理廠，充分發揮其規模效益。最后，城市排水管網改造設計人員還要關注雨水口的合理改進。基于此，要聯合技術人員對區域內地勢、匯水面積等進行測量，據此判斷雨水口基本情況。同時，要全面考慮道路積水速度，對現行標準進行調整，使得雨水口數量得以合理增加。對于高速公路立交橋等存在較大傾角變化的部位，在設置雨水出水口時，應設置在上游路面等側向傾角變化較大的 部位，據此可提升檢查井的降雨采集能力，為后續的雨污分流、處理、利用等提供支撐。

3 結語

城市排水管網的優化建設關系到城市發展水平和人們的生產生活質量，傳統的城市排水管網設計存在的問題一直廣受相關人士關注，要想提升城市排水效率，必須對城市排水管網加以改造。在改造設計過程中，應從當前城市排水管網存在的問題出發，提升改造設計針對性。要把握改造設計要點，從做好資料核實、優選施工方案、強化新舊管網分區與銜接設計等角度出發，不斷提升城市排水管網改造效益，實現有效雨污分流和充分回收利用，展現出城市排水管網的可持續效益。