沉淀、拦截式排水阀门检查井研究

周峰

北京天恒建设集团有限公司 北京 102600

1 城市排水系统的现状

1.1 城市排水系统介绍

城市排水系统是处理和排除城市污水和雨水的工程设施系统，是城市公用设施的组成部分。城市排水系统规划是城市总体规划的组成部分。城市排水系统通常由排水管道和污水处理厂组成。在实行污水、雨水分流制的情况下，污水由排水管道收集，送至污水处理后，排入水体或回收利用;雨水径流由排水管道收集后，就近排入水体[1]。

1.2 城市排水系统现状

目前我国排水系统大多为管网系统，一般采用钢筋混凝土管、双壁波纹管和PE管、防腐钢管、球墨铸铁管等作为管线主体，个别穿越性管线采用涵洞结构形式，检查井结构由砖砌井转变为现浇钢筋混凝土检查井、模块砌筑灌芯检查井及装配式检查井[2]。

检查井的结构组成包括垫层、底板、井室、溜槽、踏步、盖板、井筒、井盖等部分，形状构造有圆形、方形、扇形等。以北京为例，市政排水检查井结构主要参照图集02S515、05SS521、06MS201、12S522等。

雨水排水系统一般通过雨水口收集雨水，通过管线、检查井、泵站等构成排水管路排入沟渠、河流。

污水排水系统一般从住宅区小市政管路、排污工厂等排污源头通过管线、检查井、泵站等构成排水管路排至污水处理厂。

综上，现有管网排水系统设计功能较为单一。

2 研究背景

2.1 排水管道病害处理常用方法

（1）管道堵塞

利用水车产生高压射流冲洗管道,使上游管道内的沉积物松动,成为可移动的悬浮物质,被水流挟带输送。

较大管径人员在保障安全的前提下,进入检查井对管道进行疏通掏挖，由于危险性大，此方法一般不采用。

在需要疏通的管道上下游紧邻的两个检查井旁,分别设置一辆绞车,利用竹片或穿绳器将一辆绞车的钢丝绳牵引到另一绞车处,在钢丝绳连接端连接上通管工具,依靠绞车的交替作用使通管工具在管道中上下刮行,从而达到松动淤泥、推移清除、清扫管道的目的。

利用天然竹片或玻璃钢竹片的韧性和硬度,人工使其穿入管道,顶推淤积阻塞部位或扰动沉积泥,达到疏通的目的。

利用可弯曲的弹簧节杆,加以不同形式的钻头,由驱动装置驱使弹簧节杆转动,从而带动钻头钻动,与淤塞部位作用、顶推淤积，达到疏通管道的目的[3]。

（2）管道变形、沉陷、脱节、断裂

对变形、沉陷不严重的管道，在不影响排水功能的前提下，可采取管体周围灌注加固的措施。

对于比较严重的脱节、断裂等情况，需要进行开挖修复。故障段上下游检查井需要进行封堵导流，以满足开挖修复施工条件。

2.2 常用处理方法的缺点

（1）管道疏通方法的缺点分析

人工进入清理，由于为有限空间作业，管道内的有害气体种类较多，对作业人员的人身安全造成极大的危险，危险性大，所以一般不建议采用。

而无论是水力高压疏通还是机械疏通，目的是将拥堵沉淀物进行搅动，拥堵物大部分随水流排至下游管道，往往治标不治本。

（2）管道变形、沉陷、脱节、断裂处理方法的缺点分析

此类问题处理一般需要保证在故障管道断水状态下进行维修，而断水需要封堵和导流。砌筑和拆除封堵目前大多需要专业人员下井带水作业，施工安全风险高，费用高。

综上，本着有利于后期管道维护、降低维护的安全风险和成本的原则，本文进行了相关研究论述[4]。

3 研究概述

3.1 研究思路

（1）排水管网一般为埋地管道，如从利于后期维护管理考虑，创新设计很难落实到管道本身，所以只能从检查井结构开拓创新。

（2）为避免后期维护下井带水作业，需要一种能够取代封堵作用的结构形式，具有能阻断和开启功能的装置，这自然想到压力管线中的阀门和阀门井结构。

（3）无论是雨水还是污水，其水体环境较给水、再生水无法匹及，水体中含有大量的垃圾、杂物、颗粒、污泥等，现有排水系统一般缺少沉淀和拦截的措施。

（4）排水管网管材种类较多，常有管道为钢筋混凝土管，如增加阀门，需考虑连接问题。

综合以上几点，检查井创新设计至少需具有沉淀和拦截水体杂物功能，避免管道淤堵，并具备管道水体随时开闭功能[5]。

综上新排水检查井结构可分为三个部分：上游拦污沉淀井、中间阀门井、下游连接过渡井。此检查井和现有排水系统配合使用，设置间距不超过1千米设置一座。

3.2 功能介绍

（1）拦污沉淀井井内设有挡墙和拦污栅，主要作用为拦截雨污水中的漂浮垃圾，防止其堵塞管道和阀门，并沉淀雨污水中的固体悬浮颗粒。沉淀的污泥通过吸污车抽取外弃至处理站，拦截的飘浮垃圾通过人工地面打捞，装车外弃至垃圾处理厂，为避免管道中有较大杂物，可在拦污沉淀井进口安装绞碎设备。

上游拦污沉淀井同时还起到中间阀门井和上游不同材质管道连接过渡的作用和导流排水时放置排水水泵的作用。

（2）中间阀门井设有管路、支墩和阀门开关。施工期闭水试验时节省了砌筑、拆除封堵的工作内容，有利于现场节能和绿色施工的开展。后期故障段维修时可分段阻断流水，保证故障段无水作业，降低了维修成本和安全事故风险。管路采用PE管材，阀门采用适合排水管网的新型阀门。

（3）下游过渡井主要起到中间阀门管段和下游不同材质管道的连接过渡作用；同时井内设置高差，形成跌落，有利于改善水质和加快流速，减少管道内沉淀物沉淀；另外在导流排水时，将导流水体排至此井。

3.3 构造简图

图中1为上游排水主管道，北京地区多为钢筋混凝土管；

图中2为拦污栅；

图中3为中间阀门井管道；

图中4为排水管道专用阀门，与管道法兰连接；

图中5为支墩；

图中6为下游排水主管道。

图1 设计检查井构造简图

上游拦污沉淀井尺寸根据管径参照现有施工图集选用合适尺寸，中间阀门井同样根据管径和阀门大小参照现有图集尺寸选用，下游过渡井尺寸不宜太大，宽度根据管径选定，长度1—1.5m即可。

新型检查井结构可采用现浇钢筋混凝土结构、模块砌筑灌芯结构或装配式检查井结构。从目前的发展趋势来说，采用装配式检查井结构是首选。选用装配式检查井结构，要特别注意装配式结构接缝防水、检查井整体性和抗震性问题。接缝宜采用凹槽加橡胶圈插口形式，并利用抗震螺栓进行结构机械连接，保证整体性和抗震性。

此检查井设计理念为矩形井且为直线井，检查井平面及剖面图如2、图3所示。

图2 设计检查井平面图

图3 设计检查井1-1剖面图 设计检查井2-2、3-3剖面图

3.4 使用说明

（1）施工阶段闭水试验

新型检查井设置间距根据闭水长度要求设置，设置间距不超过1千米，两座新型检查井之间为正常排水管道和检查井系统，如图4所示。

图4 避水实验图

进行闭水试验1段时，先关闭阀门1和阀门2，然后进行试验1段注水，即可按照相关规范要求进行闭水试验。

试验1段闭水完成后，关闭阀门3，开启阀门2，试验1段用水即流入试验2段管道，待水位平衡后，关闭阀门2，将试验1段剩余水抽至试验2段，即可进行试验2段闭水，同理以此类推，完成其他管段闭水试验。

（2）局部管段维修

当局部管道出现堵塞、渗漏、塌陷、脱节、断裂等情况需要维修时，具体操作以图5为例，需完成以下步骤：

图5 管道维修图

首先将排水水泵下放至检查井1的拦污沉淀井，连接排水管道至检查井2的过渡井；

然后开启水泵进行导流排水，同时关闭阀门1和阀门2。

关闭阀门1和阀门2后，在检查井2的拦污沉淀井下排水泵，通过排水管将维修段管道内存水排至检查井2的过渡井内，即实现了维修段无水作业。

待维修管道维修完成后，撤出排水泵，若需进行闭水，按照上（1）的操作步骤操作即可，若无需闭水，开启阀门1和阀门2，即完成维修管道通水[6]。

4 优缺点分析

事物往往具有两面性，固新型排水检查井也有其优点和缺点，下面对新型检查井的优缺点做一下简单分析，仅供参考。

4.1 优点

（1）新型检查井采取分段设置原则，旨在分段解决管道排水沉积物沉淀和拦截垃圾、杂物，并可定期不定期进行清理，减少管道因沉积物沉积和杂物淤积带来的管道堵塞状况。

（2）新型排水检查井的实施，避免了施工阶段闭水时进行砌筑封堵和拆除封堵的工作，避免了拆除不彻底或忘记拆除封堵带来的不必要的麻烦，同时减少了砌筑施工工序，有利于现场绿色施工。

（3）新型排水检查井应用将会给后期维护管理带来较大的便利，如局部管道需要无水维修作业，可以关闭故障段所在的上下游阀门，排干管内积水，即可进行无水维修作业。

（4）新型检查井的应用将为后期维护实现机械化、智能化管护成为可能。如在检查井内设置排水水位监测系统，监测日常排水水位情况，为维护管理提供有力的数据支持，在管护中可以针对性更强；同时新型排水检查井沉淀井和中间阀门井在投资允许的前提下，可安装排水水泵装置和漂浮物等自动打捞设备，中间阀门可采用电动阀门，远程操控，进一步减少了人员下井操作的环节，避免了下井操作带来的安全风险和安全事故的发生。

4.2 缺点

（1）新型排水检查井较常规检查井型体偏大，一定程度上增加了施工强度和材料的消耗，造成了施工期投资的增加；

（2）新型排水检查井因尺寸大、结构较复杂，给装配式结构设计及施工带来一定的难度；

（3）新型排水检查井实施将造成路面局部检查井井盖增多，会带来路面行驶舒适度降低的情况，并且若井周回填土不实会带来较大面积的井周下沉等质量通病的问题；

（4）新型排水检查井拦污沉淀井需及时清理沉积物和堆积杂物，否则会造成井内淤堵或造成阀门管段堵塞，影响正常管道排水。

5 应用面临困境

1、新型排水检查井较常规检查井体型大、结构较复杂，施工强度和材料用量大，因此成本造价较高，增加了前期的投入成本。因此需要建设方考虑投资成本问题，即建设方是否愿意投入这部分资金的问题；

2、新型排水检查井需要设计单位从专业角度进行结构设计优化，因此其应用需得到设计单位的认同；

3、新型排水检查井的应用还需要得到行业的认可，必须通过各方努力最终形成施工图集，才能在行业内广泛推广；

4、新型排水检查井要实现装配式结构，还需要进一步细化，特别是接缝防渗漏问题和结构整体性、抗震性问题，另外需要统一标准，方能实现工厂化生产；

5、新型排水检查井的应用除面临以上问题外，还有一个最大问题就是排水源头的管理问题。目前的排水系统，特别是老旧排水管网，接入的支线管网复杂，个别管网还存在雨污混流的情况，因此排水中特别是污水中杂物太多，日常中造成提升泵站、检查井等排水系统堵塞情况时有发生。新型的排水检查井虽然具有拦污设施，但如果杂物太多，短时间就有可能造成拦污栅处垃圾聚集和拥堵，致使排水不畅。因此新型排水检查井的应用还需对排污源的排放个人、家庭、工厂等进行文明排污的宣传和倡导，提高人们的排污素质，从而改善排水系统的内部环境，减少排水系统中垃圾对排水系统的拦污荷载。另外雨水收集井的井篦和拦污设施常有丢失、损坏情况，若不能及时修补，会造成地面大量的杂物随雨水进入排水管道，增加了堵塞的概率。

综上新型排水检查井在城市排水系统中的应用还需要一个探索和不断完善的过程。当然在创新发展的大潮推动下，市政排水系统终会不断完善自身弊端，提升系统功能，不断融入科技元素，朝着机械化、智能化等方向发展，各种新型的排水检查井也会不断涌现，功能也会不断完善。