滨海城市污水管网提质增效工程设计

齐利华，邓 海，谭庆俭，何 腾

（1、珠海市规划设计研究院 珠海 519000；2、中交上海航道局有限公司 上海 200002）

珠海市地处西江下游滨海地带，境内河流众多，西江水道与当地河涌纵横交错，是典型河网地区。珠海市作为滨海城市，多年平均降水量2 031.4 mm，地下水位普遍较高，地质含有大量的软土、淤泥层，压缩性高。2021 年珠海市污水处理厂进水BOD5平均浓度78.7 mg/L，其中香洲区100.0 mg/L、金湾区54.2 mg/L、斗门区57.1 mg/L、高新区47.8 mg/L和保税区（万山区）59.7 mg/L，5 个区中除香洲区进水浓度较高外，其他4 个区均小于60 mg/L，进水浓度严重偏低，辖区内有大量外水进入污水管网系统导致污水处理效能较低。

为全面贯彻落实国家、省、市对生态文明建设的总体部署，加快补齐城镇污水收集处理设施短板，珠海市颁布了《珠海市城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2021年）》，其目标是提高城市污水收集率和污水处理厂进水浓度。

1 工程概况

珠海斗门区某镇街范围面积约5646.1 ha，包含125条市政道路，涉及现有污水管道约104.1 km，2021年珠海斗门区生活污水集中收集率为49.9%，反映还有大量污水没有得到有效收集和处理。污水系统末端污水厂设计规模为4.0 万m3/d，采用多模式AAO 生化处理工艺，现已满负荷运行，2021年BOD5平均进水浓度50.5 mg/L，偏低，反映有大量外水进入污水管网系统导致污水处理效能较低。为此，政府启动了该区域的污水处理提质增效系列工程，其中包含了现有污水管网提质增效工程。

2 末端污水厂运行状况及成因分析

2.1 污水厂运行负荷

根据污水厂的2018～2020 年4 月实际进厂数据统计分析，2018年Q平为3.69万m³/d，负荷率92.28%。其中Qmax为5.89万m³/d，负荷率147.24%，Qmin为1.51万m³/d，负荷率37.65%。2019 年Q平为4.29 万m³/d，负荷率107.35%，其中Qmax为5.75 万m³/d，负荷率为143.75%，Qmin为2.76万m³/d，负荷率为69.06%。2020年（1～4月）Q平为3.7万m³/d，负荷率为92.64%，Qmax为4.48万m³/d，负荷率为119.76%，Qmin为2.95万m³/d，负荷率为73.72%。污水厂水量不稳定，波动较大，其中负荷超标现象主要集中4～9 月，此时正值斗门区降雨集中期，分析污水厂进水量与降雨量显示出较为明显的相关性。

2.2 污水厂进水浓度

根据前期污水厂运行数据显示，2018～2021 年进厂BOD5浓度分别为12.9 mg/L、21.7 mg/L、31.9 mg/L、50.5 mg/L，呈上升趋势，但全年平均进厂BOD5始终保持较低水平，且与政府要求的目标差距较大。通过数据分析，进水BOD5浓度与进厂水量变化幅度较大，日进水BOD5浓度最高为71 mg/L，最低仅1.8 mg/L。通过比对2019 年逐日降雨数据发现，降雨量高的时段，进水BOD5浓度明显偏低，且日处理水量明显上升，污水厂进水BOD与降雨量关系如图1所示。

3 现有污水管网病害分析

根据末端污水厂的进水水量和水质，分析现有污水管网存在外水入侵、污水外渗等比较大的病害问题。为此，政府在2019～2020 年开展了排水管网清淤检测工作，依据现场踏勘调查和前期排水管网清淤检测成果资料，经分析对现有污水管网病害分为3类：管网缺陷病害、雨污错混接病害和管网断头病害。

3.1 管网缺陷病害分析

依据《城镇排水管道检测与评估技术规程：CJJ 181—2012》［1］，将管网清淤检测结果判定为结构性缺陷和功能性缺陷两大类，并根据缺陷程度进行缺陷等级分类。经统计管道结构性缺陷为3 332 处，平均32.0 处/km；功能性缺陷为515 处，平均4.9 处/km，对管网缺陷病害分析如下：

3.1.1 管网结构性缺陷病害

对管道结构性缺陷病害进行分析，主要为管道破裂、变形、错口、起伏和渗漏，5类缺陷病害累积所占缺陷病害为79.8%。管道结构性缺陷病害统计及比例如图2所示。

图2 管道结构性缺陷统计及比例Fig.2 Statistics and Proportion of Structural Defects in Pipelines

管道结构性缺陷分析，管道变形和破裂病害，分析与管道材质有关，其环刚度不足抵抗外部土压力导致管道变形；管道错口、起伏和渗漏病害，分析管道建设过程中，管道与道路软基处理未考虑充分，所在地区淤泥软土层较厚，长时间的不均匀沉降，导致管道受力不均而引起病害，加上滨海地区较高地下水位，地下水渗漏十分严重［2］。

3.1.2 管网功能性缺陷病害

对管道功能性缺陷病害进行分析，主要为障碍物和结垢，两类缺陷病害累计所占缺陷病害为82.7%，管道功能性缺陷病害统计及比例如图3所示。

图3 管道功能性缺陷统计及比例Fig.3 Statistics and Proportion of Functional Defects in Pipelines

管道功能性缺陷分析，障碍物和结垢比重很大，分析外物进入管道较多，管道缺乏养护和疏通。

3.2 管网雨、污错混接病害分析

工程范围内雨水和污水管道错接病害共计193处，其中雨水管道错接入污水管网有60处，污水管道错接入雨水管网有133 处，管网雨、污错混接病害统计如图4所示。

图4 管网雨、污错混接病害统计Fig.4 Statistical for Mixed Connection of Rainwater and Sewage in Pipeline Network

管网雨、污错混接情况较普遍，主要混接点位于居住小区道路等合流区域，且多为D300接驳管。

3.3 管网断头病害分析

工程范围内管网断头病害共有5 处，主要为未与主干管连通和断头检查井，管网断头病害统计如表1所示。

表1 管网断头病害统计Tab.1 Statistical of Pipe Network Broken End Diseases

4 污水管网提质增效工程方案

4.1 治理目标

依据区域规划和政府颁布的政策文件，本工程作为片区污水系统提质增效的关键工程之一，其治理目标如下。

⑴城市生活污水集中收集率不低于65%，末端污水厂进水BOD5平均浓度不低于70 mg/L。

⑵现有污水管网系统病害得到有效治理，污水不外溢，同时杜绝外水渗入。

4.2 管网缺陷病害治理方案

考虑工程投资和经济性，工程重点解决引起现有污水系统内水外渗、外水入侵的结构性缺陷病害；对普遍性存在的因地质沉降而引起的管网倒坡、逆坡等问题，不纳入工程的治理范围。

4.2.1 结构性缺陷病害修复方案

对于破裂（4级）、变形及起伏（3、4级）结构性缺陷不适用于非开挖修复工艺，多采用开挖更新法（原位换管）进行处理；当管道埋深较深或不具备开挖条件时采用顶管或拖拉管改线新建管道。腐蚀（3级）、渗漏（3、4级）结构性缺陷所在管段病害较为严重，经方案比选后采取整体紫外线光固化发进行修复。对于导致管道渗水的1、2 级结构性缺陷，考虑到到后续会恶化为较为严重的病害，拟采用局部树脂固化法进行修复。

当管段上病害较为集中（≥5 个病害）时整段修复管道以代替过多局部修复，提高修复质量。结构性缺陷病害修复方案如表2所示。

表2 结构性缺陷病害修复方案Tab.2 Repair Plan for Structural Defects

4.2.2 功能性缺陷病害修复方案

1、2级功能性缺陷相对较为轻微，工程暂不考虑处理，建议由管养单位在管养过程中进行处理。3、4级缺陷问题较为严重，工程考虑对管道内3、4级残墙、坝根和障碍物等功能性缺陷采用非开挖修复技术处理，具体为人工清淤、高压冲洗、人工凿打清除障碍物，必要时可开挖竖井；对管道内3、4级树根，先清除树根后，后局部修复。功能性性缺陷病害修复方案如表3所示。

表3 功能性性缺陷病害修复方案Tab.3 Repair Plan for Functional Defects

4.3 管道错混接和断头病害治理方案

4.3.1 管道错混接病害治理方案

对于雨、污水管道错混接病害治理，工程采用开挖修复方案，即新建污水管或雨水管，将错混接点分流改造；对于上游合流制管道难以分流改造的，采用新建截污井进行改造。

4.3.2 管网断头病害治理方案

管道断头病害治理，工程采用开挖修复方案，即新建污水管道，确保断头管与主管道连通。

5 工程设计及投资

根据病害治理方案，工程病害治理主要采用开挖修复工艺和非开挖修复工艺。

5.1 开挖修复工艺设计

开挖修复工艺：①管道埋深小于2.5 m，且周边地势开阔，采用放坡开挖；②管道埋深大于2.5 m，或埋深小于2.5 m，且周边有其他建筑物等无放坡开挖条件的，采用钢板桩支护开挖；③管道埋深大于5.5 m，或穿越重要道路、河渠时，采用钢混组合顶管施工工艺；④作业空间受限，开挖和顶管不适用时采用拖管施工工艺。

5.2 非开挖修复工艺设计

管道非开挖修复技术因具有对环境影响小、施工周期短、不影响交通、综合成本低等优点，在管道更新工程中得到快速发展［3］。依据《城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程：CJJ/T 210—2014》［4］，本工程推荐非开挖修复工艺包括：①管道预处理，包括管道封堵、上下游导排、管道清淤冲洗、通风和检测；②管道局部修复，采用树脂固化法修复；③管道整体修复，当管段上病害较为集中（≥5 个病害）时采用紫外线光固化法修复；④清障，对管道内3、4 级功能性缺陷采用清障。管道修复前、后效果如图5所示。

图5 管道修复前、后效果Fig.5 Pre and Post Pipeline Repair Renderings

5.3 主要工程量

①开挖修复（缺陷点病害修复），D200-D1000，共计7 658 m；②开挖修复（错混接点修复），D200-D800，共计804 m；③开挖修复（断头点修复），D300-D800，共计328 m；④非开挖局部修复，D200-D1000，1 255 环；⑤非开挖整体修复，D200-D1000，1 556 m；⑥清障修复，共计134处。

5.4 工程投资

根据政府预算审核结果，按2022年第4期《珠海工程造价信息》公布的材料价，工程建安费为10 569.28万元。其中1 类-开挖修复为8 769.61 万元，占总投资82.97%；2 类-非开挖修复为1 799.67 万元，占总投资17.03%。工程投资表如图6所示。

图6 工程投资Fig.6 Engineering Investment

6 结语

珠海斗门作为西江下游滨海城市，辖区内有大量外水进入污水管网系统导致污水处理效能较低，依据现场踏勘调查和前期排水管网清淤检测成果资料，工程对范围内的现有污水管网病害进行梳理分析，针对具体病害问题，工程给出开挖修复、非开挖修复等多种方案措施。目前该工程正在施工建设中，2022年末端污水厂进水BOD5平均浓度为62.1 mg/L，较2021 年提高了23%，从而逐步实现了对现有污水管网系统的提质增效目标。