污水管道入廊设计及运维对策探讨
导读：本文结合污水管道的特性，分析提出了入廊污水管的需求要素，结合综合管廊的构造特点，从管廊断面布置、平面位置选取、竖向设计、交叉节点处理、污水出舱井设计、廊内污水管通风、清疏养护等方面提出了污水管道入廊的一种技术解决方案，为污水管纳入综合管廊提供决策和对策参考。
综合管廊作为一种现代化、集约化的城市基础设施和管线建设方式，较传统管线建设方式，在统筹各类市政管线规划、建设和管理，消除城市拉链路、保证城市“生命线”安全运营、有效利用地下空间、改善城市建设环境、提高城市综合承载力等方面具有诸多优越性。近两年来，国家密集出台与地下综合管廊相关的政策文件，从政策、资金等各方面对综合管廊建设给予大力支持，国办发〔2015〕61号文进一步对综合管廊的规划、建设、管理(包括管线入廊要求)做出部署，综合管廊建设工作全面启动。
综合管廊建设中确定入廊管线是十分重要的基础工作，而考虑到污水管为重力流、易产生有害气体且无污水入廊设计、建设及清疏养护经验等因素，目前国内已有的管廊项目中，鲜有污水管道入廊特别是大范围污水入廊案例。本文不对污水管道入廊的合理性进行探究，仅从技术角度，提出污水管道入廊的一种技术解决方案，以期为各城市污水管纳入综合管廊提供决策和对策参考。
1、污水管道入廊的优势
1.1污水管道直埋敷设存在的问题
采用直埋方式敷设的污水管道为隐蔽工程，加之目前国内现有的建设管理水平，往往存在施工质量、管材质量较难控制，管道故障较难及时发现并解决等问题，具体包括以下几点：
(1)施工质量不合格导致管道接口、检查井等渗水超标;地下水过量渗入导致污水进厂浓度偏低，直接影响污水处理成本。
(2)管道漏损、断裂等故障未能及时发现修复，不仅污染土壤，且出现水土流失现象，引起路面下沉甚至地陷灾害。
(3)地面检查井盖多，影响道路景观，且检查井往往难以做到完全不沉降或路基与检查井沉降一致，影响车辆通行。
(4)埋地污水管达到使用寿命或出现损坏需修复时，需重新开挖路面，实施难度和费用均很高。
(5)随着智慧城市和智慧水务概念的普及，传统的污水管网建设方式将增大智慧水务、智慧城市构建的难度。
1.2污水管道入廊的优势分析
污水管道入廊后由原来的埋在地下看不见，变为安装在管廊内看得见，且可以利用管廊通风、排水、电气、监控、照明等附属设施，较传统铺设方式有以下显著优势：
(1)有效避免传统敷设方式的管道地基沉降、施工及管材质量难以控制、雨污错接等问题。
(2)能对排水管道的渗漏、破损及变形等进行实时监测，及时进行维修，规避因污水管道漏损导致的地陷等问题，并且避免了雨水或地下水通过检查井或管道接口渗入污水管内，有效提高污水处理厂水质浓度，进而降低污水处理成本。
(3)污水管道入廊可与雨水、供水、中水、通信、电力等管线共舱，共用公共检修通道，提高管廊空间利用率，廊外不需另埋设市政污水管道，节约地下空间。
(4)路面检查井盖减少，道路景观较好，对路面行车影响小。
(5)管道维修、更换均在管廊内完成，不影响地面交通，且可为远期扩容预留空间。
(6)污水管道入廊后运行环境得到很大改善，可有效延长管道使用寿命。
(7)为智慧水务提供载体和平台支撑。污水管道入廊可借助管廊综合信息管理平台，实现污水系统智慧化管理;实现污水系统运营质量和管理方式的升级，同时，管廊也为智慧水务控制系统提供空间通道。
2、污水管道入廊需重点解决的问题
结合污水管道的特性和综合管廊的构造特点，污水管道入廊后的管廊设计应重点解决以下问题：
(1)廊内安装维修更换需求。管廊空间及口部设施设计时，应满足污水管道在管廊内的安装、维修、更换要求。
(2)过流能力需求。入廊后污水管道的过流能力不应减小，即入廊后污水管道的坡度不应被改变，至少不应被减小;或者坡度减小，而管径增大，并应校核管道不淤流速。
(3)重力自流排放需求。入廊后污水管道应仍按一定坡度敷设，不应额外增加污水倒虹段，从而增加污水管堵塞风险。
(4)与街区污水管的接驳需求。污水管每隔一定距离(一般约120m)需设置街区污水管的接驳井和接驳支管，管廊竖向上应与之避让。
(5)与市政污水管的接驳需求。在交叉路口处，或管廊交叉处，存在两条路上市政污水管的连接，管廊设置不应影响其正常接驳，即应满足自流重力接驳的需求。
(6)通风需求。污水管网中由于通风不畅，氧气浓度较低，污水中有机物在输送过程中逐渐被厌氧微生物生物分解并产生有机挥发性气体和无机爆炸性气体，当污水管道中爆炸性气体浓度达到爆炸极限，遇明火极易发生爆炸。因此，污水入廊后，应满足管道正常通风需求，避免有害气体的积累。
(7)清疏需求：污水管道因污水水质、水量变化及系统运行不合理(如污水泵站长期高水位运行等)导致的流速过低等原因，不可避免地存在淤积问题。目前市政污水管建设时一般根据管径不同隔一定距离设置污水检查井(如DN800以下污水管，检查井最大间距为60m)，并通过带高压冲洗水枪的冲洗车进行逐段水力冲洗或人工清疏养护。而污水入廊之后，再像直埋管道那样隔一定距离设置检查井并直通地面，已显得很不合理，一方面污水检查井会增加管廊空间断面面积，另一方面，露出地面的井盖也让管廊改善地面景观的功能大打折扣。因此，入廊污水管的检查检修设施和清疏方式均应特别考虑。
1、污水管道入廊技术对策
结合上文提出的入廊污水管的需求要素，下文即从管廊断面布置、平面位置选取、竖向设计、管廊交叉节点处理、污水出舱井设计及廊内污水管通风、清疏方案等方面进行分析，并提出解决方案。
3.1管廊断面布置方案
(1)从提高管廊空间利用率，降低污水管道入廊成本及各管线兼容性方面考虑，污水管道不宜单独成舱，宜与给水、通信、热力、电力等共舱，如图1所示。具体安装尺寸需求按《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015)相关要求执行。
(2)考虑到污水支管接驳要求，若管廊单侧有接驳需求，可考虑将污水管所在舱室布置靠近接驳需求的一侧，以降低管廊埋深。
(3)若双侧都有污水接驳需求，则污水管所在舱室没有特别要求。
(4)管廊断面应考虑污水管的通风、清疏设施所占的空间。
3.2管廊平面位置方案
一般而言，综合管廊确定平面位置时，主要考虑管廊吊装、逃生、通风等口部设施的布置需求，而纳入污水管的管廊，为了方便污水检查井(出舱井)、通风、冲洗设施布置，污水管宜布置在绿化带下，并以此确定管廊平面位置，即管廊平面位置决定因素需要同时兼顾管廊吊装、逃生、通风等口部设施及污水管道的检查井(出舱井)、通风、冲洗设施布置需求，如图1所示。
3.3管廊竖向布置方案
常规综合管廊入廊管线均为非重力流，为降低管廊埋深，管廊竖向设计时一般依道路坡度顺势敷设，而污水管为重力流管，因此，纳入污水管的综合管廊，其竖向设计坡度需要满足污水管线敷设坡度的要求，管廊埋深应满足街区污水支管(接户管)自流接驳至廊内污水管的要求，如图1所示。
3.4与街区污水管的接驳方案(污水出舱井)
污水管道入廊后仍需按直埋铺设一样，每隔一定距离(一般间隔2个检查井，约120m)设置接户井以满足街区污水管道接入的需求，考虑在有污水接户需求处设置污水出舱井，该出舱井需兼顾污水管检修、通风、清疏等功能。如上文对管廊平面位置的布置要求，污水出舱井均位于绿化带下，从而避免了对路面交通和美观的影响。街区污水管经污水接户井、连接支管、污水出舱井接至廊内污水管。污水接户井内设置必要的拦污设施，以降低廊内污水管堵塞风险。
3.5与市政污水管(廊内污水管)的接驳方案(管廊交叉处理)
丁字型和十字型交叉是综合管廊建设中很常见的2种交叉类型，2条管廊在交叉处的设计方案是管廊设计的难点。污水管道入廊后，管廊交叉方案除了要考虑各舱室管线的连接、人员的通行、防火分区的隔断外，还需要特别考虑2条污水管的接驳及管廊埋深增加问题。
如常规管廊在交叉处的做法一般采用上下交叉，即下层管廊在交叉处先下弯，满足上层管廊覆土及未入廊管线交叉需求，之后再上弯至设计覆土随道路坡度敷设，以降低下游管廊埋深。而污水管道入廊后，该种交叉方式将会导致下层管廊内的污水管出线倒虹段，增加了污水管堵塞风险，如图2所示。
因此，污水管道入廊后，管廊的交叉方案应结合污水管接驳要求进行调整，即由常规的上下层交叉，改为平行交叉。以丁字型交叉为例介绍污水管道入廊后的管廊交叉处理设计要点：
(1)2条管廊的污水管所在舱室平交，满足污水管重力自流接驳需求。
(2)其他舱室(均为非重力管线)通过上弯或下弯避让污水管所在舱室实现连接，考虑到投资因素，宜采用上弯形式以降低管廊交叉处的埋深，覆土不满足要求时，可考虑将管线并排布置以降低上弯处的管廊断面高度，如图3～图5所示。
3.6廊内污水管通风方案
传统直埋敷设时，污水管每隔一定距离设置检查井，并借助检查井井盖的孔洞进行通风换气，保证管内有害气体浓度保持在爆炸下限以下。污水管道入廊后，检查井由污水出舱井代替，间距较直埋敷设增大很多，一般不小于120m，因此污水管道入廊后，应对污水管通风方案进行特别设计。根据卢金锁等对污水管道中检查井通风特性模拟研究结论，污水管内水体流动和检查井处的跌水是污水管进行通风换气的动力因素，而管道长度则是通风换气的阻力因素。在管内流速和跌水高度不变时，增加检查井井盖开孔面积可显著增大通气量，减小污水管道内的空气更新置换时间，进而减少有害性气体的浓度，即可显著增加下游管道安全长度。如检查井跌水0.9m，井盖开孔比分别为0.125%和0.5%，由跌水通风确保的下游污水管道安全长度在DN600污水管时分别为164m和465m，DN800时分别为246m和626m，DN1000时为327m和810m。按照以上研究结论，可以认为只要对本文提出的污水出舱井设置间距和井盖的开孔比进行合理设计，污水管道入廊的通风问题就可以得到有效解决。
3.7廊内污水管清疏方案
目前市政污水管清疏方式主要采用2种方式，一是管径小于等于DN800的管道，多采用高压清洗车进行逐段机械冲洗，一次冲洗距离一般可达120m以上;二是管径大于DN800的管道，采用人工进入管道内进行清疏。如前文所述，入廊污水管每隔一定距离(约120m)设置污水出舱井，因此，对于管径小于等于DN800的污水管，仍可以采用传统直埋污水管的高压清洗车清疏方式;对于管径大于DN800的污水管，除污水出舱井外，可考虑在污水管道上增设压力井盖的措施，为人工清疏提供条件。此外，通过在污水出舱井处的污水管上设置沉泥三通，并借助抓泥车、吸污车等机械设备，可以将清疏的淤泥、砂石进行清掏至管廊外。
4、结论及建议
本文结合污水管道的特性和综合管廊的构造特点，分析了入廊污水管的需求要素，并从管廊断面布置、平面位置选取、竖向设计、交叉节点处理、污水出舱井设置、廊内污水管通风、清疏养护等方面提出了解决方案，可以为各城市污水管道入廊提供技术参考。
虽然较传统直埋敷设，污水管在管廊内敷设有许多优点，但污水管道入廊对管廊建设和污水系统的影响仍不容忽视，如对地势平坦地区，污水管道入廊可能会导致管廊埋深增加，或者出现沿途增设污水提升泵站的情况，此时，污水管道入廊的合理性有待商榷。因此，本文建议管廊规划阶段应对污水管网标高系统进行梳理，核实污水管道入廊后是否仍能自流接驳，并结合排水系统规划(修编)提出应对方案，同时综合评估污水管道入廊前后的管廊建设成本、污水管网建设运营成本、污水处理成本、社会效益、环境效益等，研判污水管道入廊的合理性。
此外，本文提出的污水管道入廊技术方案是基于常规的污水系统建设运营方式和清疏养护机械提出的。而随着我国综合管廊建设的全面铺开，势必带动专门用于综合管廊的运行维护设备的研发和应用，包括专门用于廊内污水管清疏、通风的机械设备、真空排水装置、水力冲洗装置等，从而促使污水管网的建设运营理念的变化，届时污水管道入廊的解决方案将更加多样化，污水管道入廊对管廊造成的不利影响也将被弱化。
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