南京市某污水倒虹管工程设计总结

南京市某污水倒虹管工程设计总结

李中桂

（江苏禹冰水利勘测设计有限公司，江苏 南京 210000）

摘要：南京市河网密集、水系发达，污水管道穿越河道处往往以倒虹管形式敷设，污水倒虹管已然成为污水管网系统中的重要一环，其设计方案的选择不仅直接决定了工程建设投资及施工难易程度，更对整个污水系统的正常运行、倒虹管的定期清疏检测等方面影响深远。本文结合作者自身的工作经验，对污水倒虹管备选方案进行分析，并对推荐方案进行细化总结，以期为同类工程设计提供参考与借鉴。

关键词：污水管道 污水箱涵 倒虹管设计

一、项目背景

南京市某污水主管建设工程用于转输上游污水泵站来水并收集沿线地块少量污水，新建管道总长度约为2.0km，管道设计流量为0.76m3/s，管径为DN1200，坡度为0.6‰，管材大部分采用Ⅱ级钢筋混凝土管，局部穿越河道、地铁、高速公路等特殊路段采用焊接钢管，计算流速为0.88m/s，充满度约为0.713，工程总投资约为3000万元。

管道沿线需穿越1处规划河道，2处现状城市内河，河底高程均低于相邻上、下游管段管底标高，故均需设置倒虹管。本文以穿越其中1处现状河道为例进行分析。

污水管道拟穿越现状河道为城市内河，承担着区域排涝、景观、滨水休闲等功能，河道两端均设有排涝泵站，与外河通过泵站连通。河道上口宽13m，河道挡墙为浆砌块石直壁挡墙，河底为自然护底，现状河底标高2.90m，规划河底标高为2.58m，河道常水位4.58m。拟建污水管道穿越河道上游处管道管底标高约为2.82m，周边自然地面标高约为6.40m，现状地质为淤泥质粉质黏土。

二、设计要点

1、倒虹管形式

污水倒虹管的形式分为多折型和凹字型两种，本工程穿越处河道断面及深度均较小，管道可采用大开挖或顶管施工，故按照凹字形进行设计。

2、敷设条数

依据《室外排水设计标准》（GB50014-2021）5.11.1条，通过河道的倒虹管不宜少于两条，通过小河的倒虹管可采用一条。拟穿越河道虽为小河，但其肩负着排涝与景观的双重功能，不允许长期断水。为避免污水倒虹管发生事故时对河道造成较大影响，设计倒虹管采用两条。

3、管径计算

两条倒虹管设计按照一用一备考虑，单条管道设计流量为0.76m3/s，采用D1020×9钢管作为倒虹管时，管内流速为0.96m/s，比上游管内流速增加约9%，倒虹管水损为0.09m；采用D820×9钢管作为倒虹管时，管内流速为1.50m/s，比上游管内流速增加约70%，倒虹管水损为0.22m。因倒虹段长度较短，采用D820×9钢管比D1020×9钢管水损增加相对较小，但管内流速增加明显，对倒虹管冲洗作用更佳，且近期污水量相对较小，故推荐倒虹管管径为D820×9。

4、管道覆土

现状河底标高2.90m，规划河底标高为2.58m，建设单位委托第三方对穿越河道处工程内容开展防洪影响评价，根据评价结论，穿越处冲刷作用较小、主要存在淤积问题，管顶覆土可按照规划河底以下1.0m控制，该值同时满足《室外排水设计标准》5.11.2条相关要求。

三、方案比选

1、管护单位意见

方案初期管养单位结合该区现状倒虹管运行情况提出相关建议：（1）污水管道管养单位提出倒虹管日常清疏时虽以高压水射流冲洗为主，但应适当考虑管道严重淤堵时有人员进入管道作业的可能；倒虹管进、出水井深度应尽量浅，以保证人员下井安全；（2）河道管养单位提出倒虹管道施工工期应尽量缩短；管道接口需严密，防止污水渗漏入河污染河道水质；河道日常清淤时有施工机械进出，管顶覆土确定时应考虑日常清淤作业的安全深度要求。

2、方案经济技术比较

结合上述意见，本工程共提出如下3种倒虹方案进行技术经济比选。

方案（一）：

两条D820×9钢管倒虹过河，开挖施工，管顶覆土1.0m，采用该方案时：

（1）工程内容：单管长20m，双管同槽开挖施工，混凝土包封；进水异形闸门井、出水异形闸门井各1座，内尺寸3.13×2.45×5.60m；河道两岸挡墙拆除恢复共30m，河道围堰1项，绿化恢复1项。

（2）工程费用：208万元

（3）优点：工程费用最低；倒虹段埋深最小，下井作业安全风险相对较低、易清疏；管道采用混凝土包封，能较好避免河道清淤时对管道造成破坏。

（4）缺点：围堰开挖施工，施工期占用河道，对河道行洪影响较大。

方案（二）：

倒虹过河，顶管施工，管顶覆土按照《给水排水工程顶管技术规程》中过河管道最小覆土确定为2.5m，采用该方案时：

（1）工程内容：单管长20m，顶管施工；共用工作井、接收井，沉井施工；工作井内尺寸φ8.5×8.9m，兼作出水闸门井；接收井φ6.5×8.9m，兼作进水闸门井。

（2）工程费用：236万元

（3）优点：施工过程不占用河道，对河道行洪、现状挡墙及绿化等影响均较小；管顶覆土深，能更好避免河道清淤时对管道造成破坏。

（4）缺点：工程费用最高；工作井、接收井占地面积大，倒虹管及进出水井深度接近9.0m，下井作业安全风险高、日常清疏难度大。

方案（三）：

两孔0.8×1.0m箱涵倒虹过河，开挖施工，管顶覆土1.0m，采用该方案时：

（1）工程内容：两孔箱涵总长20m，，现浇钢筋混凝土结构，开挖施工；进水异形闸门井、出水异形闸门井各1座，内尺寸3.13×2.45×5.80m；河道两岸挡墙拆除恢复共30m，河道围堰1项，绿化恢复1项。

（2）工程费用：212万元

（3）优点：工程费用相对较低；倒虹段埋深小，下井作业安全风险低、箱涵断面相对较大，属于大型管渠，具备人员进管检查清疏条件；结构强度高，能较好避免河道清淤时对箱涵造成破坏。

（4）缺点：围堰开挖施工，施工期占用河道，对河道行洪影响较大；箱涵内污水流速0.95m/s，低于其余方案中管道流速，倒虹段淤积风险相对较大。

3、方案确定

方案（一）与方案（二）相比，节省工程费用约13%，倒虹段埋深减小1.5m，更有利于管道养护单位的日常清疏；方案（一）与方案（三）相比，节省工程费用约2%，倒虹段埋深减小0.2m，两者差别均较小，但管道倒虹时管内流速更大，日常运行更为安全，故最终推荐采用方案（一）。

四、工程设计

污水倒虹管系统主要包括倒虹管路系统、进水井、出水井、沉泥槽、冲洗设施等。

1、倒虹管路系统

根据前述方案比选结果，倒虹管采用两条D820×9钢管，两条管道一用一备，管内流速为1.50m/s，双管同槽开挖施工，单管长度为20m，规划河底下管顶覆土1.0m。起点管内底标高为0.78m，管道埋深为5.62m，终点管内底标高为0.76m，管道埋深为5.64m。

污水管道防腐做法：内防腐采用环氧煤沥青普通级防腐，做法为三油（一底三面），干膜总厚度不小于0.3mm；外防腐采用环氧煤沥青特加强级防腐，做法为六油二布，干膜总厚度不小于0.6mm。

依据《室外排水设计标准》（GB50014-2021）5.11.3条，倒虹管采用开槽埋管施工时，刚性管道宜采用钢筋混凝土基础，柔性管道应采用包封措施。设计对D820×9钢管采用C30钢筋混凝土（表面配C12@200抗裂钢筋）包封处理，包封尺寸为管道外壁外扩200mm，下设100mm厚C25素砼垫层。

依据《室外排水设计标准》（GB50014-2021）5.11.2条第3款要求，因现状河道为自然护底，管道穿越处以淤积为主，设计对管道上方河底采用浆砌石护底，可作为管道敷设位置标识使用，同时能够起到防冲效果。

根据地勘报告，管道整体位于②-2淤泥质粉质黏土层中，地基承载力特征值为60kPa。设计采用木桩复合地基处理，具体形式为500mm厚抛石挤淤加6米长直径150mm的杉木桩，木桩间距550mm，梅花形布置。

双管基础及包封做法如下图所示：

2、进水闸门井

倒虹管进水井兼做闸门井使用，采用现浇钢筋混凝土结构，平面净尺寸约为3.13×2.45m。井顶标高高于周边绿化200mm，井内底标高考虑闸门安装要求按管内底以下300mm设计，井室高度为5.92m。

因倒虹管穿越河道时需避让现状桥梁，与上、下游所连污水管存在较大角度，为保证污水在该处水流顺畅，将进水井设计为3格。其中：进水端1格采用半圆形，半径约为1.23m；出水端设计为矩形，内设两格独立井室，单个井室平面尺寸为1.0×1.0m，井室进水侧隔墙上预留800×800mm过水孔，孔前设置附壁式铸铁镶铜方闸门。

进水闸门井进水端、出水端3个分格内分别设置爬梯及钢格栅复合盖板，便于日常检修闸门及下井检修倒虹管使用。

进水闸门井工艺专业平面和剖面设计图如下所示：

进水闸门井与倒虹管之间采用防水钢套管柔性连接，地基采用木桩复合地基，具体形式为500mm厚抛石挤淤加6米长直径150mm的杉木桩，木桩间距550mm，梅花形布置，其做法与倒虹管地基处理方式一致。

3、出水闸门井

倒虹管出水井兼做出水闸门井使用，采用现浇钢筋混凝土结构，平面净尺寸约为3.13×2.45m，井室高度为5.94m。除井内分格与进水井对称外，其余整体做法与进水闸门井基本相同。

4、沉泥槽

依据《室外排水设计标准》（GB50014-2021）5.11.7条，在倒虹管进水闸门井的前一检查井内设置沉泥槽，沉泥槽深度为0.5m。

5、冲洗设施

本工程中倒虹管共设置两条，一用一备，进、出水闸门井内为每条管道设置了独立井室并安装闸门，可通过闸门启闭控制倒虹管各自独立运行。

考虑到该工程起点污水井为上游污水泵站出水消能井，存在一定的富裕水头，可通过定期关闭倒虹管上游闸门，使上游管道水位抬高至接近地面时，再迅速开启闸门对箱涵进行冲洗。能够实现《室外排水设计标准》（GB50014-2021）5.11.2条第2款中对倒虹管冲洗的相关要求，故不再单独设置冲洗水管。

五、结语

污水倒虹管作为污水系统中管道穿越河道等障碍物的重要形式，对污水系统的日常运维至关重要。本文从工程实例出发，详细阐述了不同施工方式（开挖、顶管）及不同穿越形式（管道、箱涵）倒虹管的优缺点，并对双管开挖倒虹过河的设计要点进行了分析。工程设计中，我们需要从工程经济性、技术可行性、管护便利性等方面出发，将多种方案进行综合比选，因地制宜的开展设计工作，以促进城市污水系统的安全平稳运行。

参考文献：

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作者简介：李中桂（1987.6-），男，汉族，山东滕州人，本科，工程师，主要从事市政给排水设计工作。