凹型倒虹管的设计要点与实例分析

冉贞俊 张传雷

（1.深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳 518000；2.深圳市水务工程质量监督站，深圳 518036）

一个城市的发展，离不开城市配套基础设施的建设。城市的排水管网系统是城市正常运行的关键。如今，城市化进程越来越快，地下管网往往跟不上地面建筑的进程。基础设施建设跟不上新城区建设的发展，特别是污水处理厂，往往滞后于城市建设，这使得新城区的排水管网还必须通过旧城区进行污水处理。而新建城区与旧城区之间通常有一些天然或人为的屏障隔断，如：河流、洼地、山涧等。此种情况下的排水管要通过障碍物时，则需要采用倒虹管，这样倒虹管便成了穿越天然屏障连接新旧城市管网的桥梁，是城市水务工程中不可缺少的一部分。

1 设计前期工作

排水管渠在遇到河流、洼地、山涧等障碍物时，不能按原有的坡度埋设，而是以下凹的折线方式从障碍物下通过，这种管道称为倒虹管。虽然倒虹管的定义简单明了，但在实际工程中，倒虹管的设计却是很复杂的，需要考虑的问题很多，所以前期准备工作是很必要的。前期准备工作主要有以下四个方面。

（1）通过排水量确定倒虹管的大小和根数。

（2）确定倒虹管穿越障碍物的大致位置，选定的穿越位置必须对整个管网是可行、有利的。判定是否可行、有利的标准主要有两点：一是选择此位置不会引起排水管网的过大迂回；二是过障碍物后排水管道能继续按原有管道的埋深坡度继续敷设前行，并能顺利到达目的地。

（3）在选好穿越位置后对倒虹管穿越障碍物处的地形环境进行实地测量。测量的目的是要选择倒虹管的穿越线，使其距离近，有较好的施工工作面，从而减少倒虹管的设计长度和降低施工难度。

（4）对选择好的穿越线地下的地质情况进行详细勘探。目的是了解倒虹管穿越线下的地质情况，一是看穿越线下是否有不利顶管施工的地质，如穿越位置处是否有岩石等坚硬物；二看是否对障碍物会造成不利影响，如河道的河床位置等；然后对探测数据进行可行性分析后确定倒虹管的穿管深度。

2 设计要点分析

（1）设计倒虹管走线。确定倒虹管的路线时，应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长度，并应选择通过河道的地质条件好的地段，不易被水冲刷地段及埋深小的部位敷设。

（2）设计倒虹管的条数。设计穿过河道的倒虹管一般不宜少于两条，当近期水量不能达到设计流速时，可使用其中的一条，暂时关闭一条。穿过小河、旱沟和洼地的倒虹管，可敷设一条工作管道。当穿过特殊重要构筑物（如地下铁道）的倒虹管，应敷设3条管道，其中2条工作，1条备用。

（3）设计倒虹管管径。倒虹管的管径应通过流量流速计算确定，设计污水为合流管道时，设倒虹管应按旱流污水量校核流速。但最小设计管径不应小于200mm。

（4）管材、管长、埋深设计。倒虹管管材选用一般采用金属管或钢筋混凝土管；倒虹管水平管的长度应根据穿越物的形状和远景发展规划确定；倒虹管的水平管的管顶距规划的河底一般不宜小于0.5m，通过航运河道时，应与当地航运管理部门协商确定，并设有标志，遇到冲刷河床应采取防冲措施。

（5）倒虹管的流速设计。因倒虹管的清通比一般管道困难得多，因此在设计时必须尽量完善，并采取各种措施来防止倒虹管内污水的淤积。在设计流速时最好采用 1.2～1.5m/s，在条件困难时可适当降低，但不宜小于 0.9m/s，且不得小于上游管道内的流速。当流速达不到0.9m/s时，应采用定期冲洗措施，但冲洗流速不得小于1.2m/s。

（6）倒虹管进出水井的设计。倒虹管进出水井应设在不被洪水淹没的地方。进出水井内应设闸槽或闸门。在进水井内还应设有冲洗取水点。倒虹管进出水井应设置检修室，检修室净高宜为2m。当进出水井较深时，井内应设检修台，其宽度应满足检修要求。当倒虹管的设计流速达不到0.9m/s时，还应在进水井内设置定期冲洗装置。并且在每个检修室顶部都应设人孔进入，地面检修孔应设井口和井盖。

1）实验组和对照组总体情况比较。实验组实际参与测试的人数为33名；对照组实际参与测试的人数为29名（病假四名）。测试题目有问答题目、听力测试、认读卡片、背诵儿歌，共100分。从表1可以看出，实验组在听说训练等方面的均分均高于测试组。

（7）沉泥槽。凹型倒虹管进水井和进水井的前一检查井内，均应设置沉泥槽，沉泥槽的设置深度一般为0.5m。

（8）事故排出口。进水井应设事故排出口，当需要检修倒虹管时，使上游废水通过事故排出口直接排入水体。如因卫生要求不能设置时，则应设备用管线。但在有2条以上工作管线的情况下，当其中1条发生故障，其余管线在提高水压线后并不影响上游管道正常工作仍能通过设计流量时，也可不设备用管线。

3 凹型倒虹管的实例分析

某工程为一个城镇污水处理厂配套截污干管工程。在该镇城区有两条河流，与城市纵横交错，将城镇分为三大片。该设计的污水处理厂配套截污干管工程的截污干管服务全镇 80%以上，排水按合流管道设计，设计排水总量为25万t/d，总的设计截污干管长度约为24km，其中有三处截污干管采用凹型倒虹管穿过城区河流。河道宽约 50m，河床底深约3.5m。

按相应的规范设计要求，结合实际选择其中一处倒虹管为例进行设计。由于排水管道按合流制设计，所以最后应按旱流污水量校核流速。此处倒虹管上游管径D =1000mm，设计坡度I =0.8‰, 按漫流设计,最大排水量Q =874.3L/s。流速V =0.96m/s。经计算此处的旱流污水量为320 L/s。

选用两根D700的倒虹管,在雨季时两根同时使用，每根承担流量Q =437.15L/s，在旱季时只开启一根。倒虹管长度为52.6m。

（1）倒虹管的截面面积A：

（2）流速V ：V =Q/A=437.15/（1000×0.385）=1.14m/s＞0.9m/s,同时 1.14m/s＞0.96m/s。经速度验证设计合理。

（3）水力半径R：

（4）坡降i：

（5）倒虹管沿程水头损失Hy：

（6）倒虹管进出水口的局部水头损失Hj：

（7）总水头损H ：

因考虑一定的安全系数，设计采用的静水压力为0.3m。

（8）旱流污水量校核流速。

旱流污水量为 320L/s时，只用一条倒虹管工作，流速V = Q/S =0.32/0.385=0.83m/s＜0.9m/s。则需要设计冲洗流速大于1.2m/s的冲洗装置。

（9）冲洗装置设计。

由于该倒虹管处河道平常最低水位高出上游管管顶1m，所以为了节约冲洗用水量，采用了引入河道水对倒虹管进行冲洗。具体设计为在倒虹管顶部设计引入管分别与两根倒虹管连接，在两根连接管上分别装设阀门，在引入管上装设闸门对冲洗水进行控制。根据△H = 1.0m计算冲水管流速 V =(2g·△H )0.5=4.4m/s，冲洗管选用D400，冲洗流量为553 L/s，求得倒虹管内的冲洗流速为V冲=1.44m/s＞1.2m/s，满足设计要求。

（10）凹型倒虹管实例图。

图1 凹型倒虹管过河道平面大样图

图2 凹型倒虹管过河道纵断剖面图

4 结 语

如今城市化进程在不断加快，从平原地带逐步延伸到地形复杂地带。这使得倒虹管在城市化进程中起着举足轻重的作用，它是连通城市地下管线的桥梁，贯穿新旧城市的命脉。由于倒虹管都在极其复杂的地下，与一般的管道相比体现出了两大难点，一是施工难、二是清通难。所以在设计倒虹管的时候应特别注意，在发挥倒虹管穿越障碍物作用的同时，也要充分考虑走线合理、排水顺畅、维修方便、经济安全的诸多因素。

[1] 给水排水设计手册(第五册城镇排水).中国建筑工业出版.第2版,2004年4月1日

[2] 室外排水设计规范.GB50014-2006