深汕特别合作区某过河污水倒虹管设计实例分析

陈 勇，戴广杰，杨坤宁

（1．中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065； 2．北京市第三建筑工程有限公司，北京 100044）

1 工程概况

深汕特别合作区位于汕尾市海丰县，处于深汕高速、324 国道厦深铁路以及正在建设中的广汕铁路交汇点。2018 年12 月16 日，深汕特别合作区揭牌仪式隆重举行，深汕特别合作区正式成为深圳第“10 +1”区。

该工程位于深汕特别合作区某高新产业小镇内，属于市政道路配套管网建设项目，污水管正常情况下沿道路敷设，过河时需采用倒虹吸形式从河底穿越，河道水面宽度40 m，河道红线宽度90 m，河底高程4．2 m，该河道为新开挖河道，河道规划不通航。本次设计污水管上下游管径DN700，设计坡度3‰，设计充满度0．7，设计污水流量424．4 L/s，设计流速1．48 m/s。

2 过河污水倒虹管设计

2．1 倒虹管的形式

倒虹管通常有直管型（凹字型） 与多折型两种形式，见图1，图2。直管型适用于河面与河滩较窄，或障碍物面积与深度较小的情况； 多折型适用于河面与河滩较宽阔，河床深度较大的情况［1］。本工程倒虹管采用直管型与多折型相结合的形式（见图3） ，过河管前半段采用折线型，过河管后半段采用直管型，这样既可以减少进水井深度，管道中的沉积物又可以被冲刷至出水井中，避免污染物在过河管段中间沉积，便于后期清淤维护。

图1 直管型倒虹管

图2 多折型倒虹管

图3 直管型与多折型相结合倒虹管

2．2 管道定线及选址

倒虹管进出水井以及管道应布置于道路及河道红线内，且管道线位尽可能与河道中线垂直，以期缩短倒虹管距离。管道在过河处往往会碰到桥梁基础等障碍物，桥梁规范并未规定其他建（构） 筑物与其基础的最小水平间距，《城市工程管线综合规划规范》［2］规定了排水管线与其他建（构） 筑物的最小净距为2．5 m，建议污水管线在过河时与桥梁基础的最小净距控制在5 m 以上。

过河倒虹管道应尽量选择在水流稳定、不易被水冲刷、河岸土质稳固段，以保证管道正常运行［3］。且应对管道所处位置做详细的地质勘探，查明地质情况及周边现状管线情况，避免管道位于不良地质或者坚硬岩石段。难以避开时应做相应的处理，设计管线应避开现状管线，且与现状管线距离满足规范要求，无法保证时应做相应的管线保护或迁改处理。

2．3 倒虹管管径及流速设计原则

倒虹管管径根据设计流量流速计算确定，通常倒虹管管径比上游管道管径略小1 级～2 级，通过缩小管径来增大流速，但最小管径不宜小于DN200。倒虹管内设计流速应大于0．9 m/s，并应大于进水管内的流速，通常设计在1．2 m/s ～1．5 m/s 为宜［4－5］。可通过给定流速来计算管径，或者给定管径来计算流速是否合适，通过试算确定倒虹管管径及流速。

2．4 倒虹管管材选择

倒虹管管材通常采用金属管或钢筋混凝土管，为避免污水渗漏，对于折线型倒虹管不宜选用承插连接的混凝土管；金属管易于施工，管道强度高，抗外部荷载能力强，但金属管易受污水腐蚀。本工程倒虹管采用PE100 给水用聚乙烯管，抗污水腐蚀性能好，管道连接采用热熔连接，施工方便，不易漏水，但塑料管管道较轻，为满足抗浮要求，本次采用钢筋混凝土进行包封，这样不仅增加管道配重，而且增强了管道的抗冲刷及抵抗外部荷载能力，保障过河倒虹管的使用安全。

2．5 设计计算

1） 倒虹管管径计算。

其中，D为倒虹管管径，m；Q为倒虹管内流量，m3/s；υ为管道流速，m/s。

根据2．3 节中给出的设计原则，本次通过给定设计流速计算倒虹管管径，本次设计流速取1． 5 m/s ＞1．48 m/s（进水管流速） ，通过公式计算得倒虹管管径为DN600。

2） 进出水水面差计算。

其中，H为进出水井的水面差，m；h1为倒虹管沿程水头损失，m；h2为倒虹管局部水头损失，m；h3为安全水头，一般取0．05 m ～0．10 m；i为水力坡降（即倒虹管每米长的水头损失） ；L为倒虹管的长度，m；ζ为局部阻力系数，m；v为倒虹管内流速，m/s；g 为重力加速度，m/s2。

查给水排水设计手册［6］，得倒虹吸管道D=400 m，Q=424．4 L/s，i=4．8‰，υ=1．5 m/s，倒虹管长度L=83 m，h1=4．3‰ ×83 m =0． 357 m，h2=0．018 m，h1+h2=0．375 m，安全水头h3取0．1 m，因此H=0．475 m。

2．6 平面及竖向设计

1） 平面设计：倒虹管过河应尽量远离现状或新建桥梁等构筑物基础，避免新建桥梁施工时对倒虹管造成破坏，或者倒虹管施工时破坏现状桥梁等构筑物稳定性。本工程设计倒虹管采用双管敷设，一备一用，进水井设置事故排放口，并在河道两岸倒虹管上方设置标志桩，以提示河道下方存在管道，避免其他工程施工对倒虹管造成破坏。本工程倒虹管平面设计图见图4。

图4 倒虹管平面布置图

2）竖向设计：倒虹管管顶距规划河底最小净距除满足规范最小净距外（一般不小于1．0 m），还应满足当地河道管理办法等相关规定要求，通过通航河道时，应征询航运管理部门意见。本次设计管顶距离规划河底最小净距取2．0 m。

2．7 进出水倒虹井设计

本次设计进出水倒虹井均设置闸门及检修平台（见图5） ，方便后期检修，为避免倒虹管淤积，本工程的防淤措施主要有：1） 进出水倒虹井均设置30 cm 沉泥槽，防止杂物进入倒虹管；2） 设计流速1．5 m/s，大于规范规定的最小流速0．9 m/s；3） 倒虹管上设置冲洗设施，避免后期淤积时疏通困难。

图5 进出水倒虹井剖面图

2．8 施工方式

倒虹管施工通常有大开挖施工、顶管施工、水平定向钻等方式。穿越现状宽度、水量较大的干流水系时通常采用顶管或者水平定向钻等非开挖方式，横穿新挖河道或者水量较小的直流水系时采用大开挖方式较多。本次河道为新开挖河道，施工采用大开挖+支护的方式进行施工，管道坡度平顺、施工质量好。

3 结语

倒虹管由于埋深大，疏通养护困难，设计时应经过详细的设计计算以及方案比选，特别应注意管道的防淤积措施、管材比、施工方式、管道埋深等方面； 此外，还应加强对倒虹管的养护管理，例如双管的切换使用，定期的冲洗疏通，以保证倒虹管的长期畅通运行。