污水干管過(guò)河方式研究

污水干管沿濱河道路或河道岸邊敷設時(shí)，與其他河流交叉或需要橫跨河流繼續往下游敷設時(shí)，污水管線(xiàn)過(guò)河方式主要有以下幾種：管橋方式、倒虹吸方式、泵站提高方式以及結合河道地形過(guò)河。

1管橋方式

污水干管需要跨過(guò)河流時(shí)一般考慮利用現狀橋梁管廊或設置管橋過(guò)河。利用現狀橋梁管廊過(guò)河方式簡(jiǎn)單、造價(jià)省，不影響河道景觀(guān)。但現狀橋梁一般考慮在人行道板下預留管線(xiàn)走廊，管廊底標高與車(chē)行道標高基本一致，一般壓力管線(xiàn)（給水）或非重力流管線(xiàn)（電力、通信等）能從管廊通過(guò)，而重力流管線(xiàn)由于在道路下敷設，具備一定覆土埋深，無(wú)直接利用管廊過(guò)橋條件，而且現行橋梁規范明確指出不允許重力流污水管線(xiàn)利用橋梁管廊過(guò)河。設置管橋過(guò)河方式在污水干管過(guò)河案例中很普遍，應用很廣泛。但對于山地城市河流而言，一般污水干管特別是污水主干管過(guò)河位置，河道一般兩岸陡峭，河道深度20～30m，有的甚到達到上百米。對于這種河道，設置管橋造價(jià)高，而且需考慮與周邊景觀(guān)的協(xié)調性。所以，對于跨越山地城市河流污水干管而言，設置管橋過(guò)河并不是 方案。

2倒虹吸方式

當渠道與道路或河溝高程接近，處于平面交叉時(shí)，需要修一構筑物，使水從路面或河溝下穿過(guò)，此構筑物通常叫做倒虹吸[2]。污水干管與河流交叉需跨越河流時(shí)是否采用倒虹吸結構方式，主要應考慮兩方面因素。

進(jìn)出水井高差因素。倒虹吸管是利用上下游管道的高差來(lái)克服污水在倒虹吸管道及進(jìn)出水井的阻力損失[3]。倒虹吸管設置 應考慮污水干管在河道兩側須有高差，倒虹吸管阻力損失計算公式[4]：△h=iL+∑ξv22g+h1△h-倒虹吸管阻力損失，m；i-倒虹吸管每米長(cháng)度阻力損失，即水力坡度；L-倒虹吸管總長(cháng)度，m；ξ-局部阻力系數；v-倒虹吸管流速，m/s；g-重力加速度，m/s2；h1-進(jìn)出水井水頭施工保護系數，一般取0.05～0.1m。一般倒虹吸管阻力損失中沿程損失占總阻力損失的90％，所以，合理選用管道斷面，減少倒虹吸管水力坡度是減少沿程損失關(guān)鍵，但必須考慮管道流速滿(mǎn)足較小流速條件。在進(jìn)行污水管線(xiàn)定線(xiàn)方案設計時(shí)，可按局部損失約占沿程損失值的5％～10％考慮。從以上分析可以看出，河道兩側污水干管水位高差為倒虹吸管能否設置的關(guān)鍵因素。

河流橫斷面形態(tài)因素。河流橫斷面形態(tài)因素主要考慮三個(gè)方面：河流寬度、河流岸坡高度及坡度、河流水深。河流橫斷面形態(tài)主要決定倒虹吸管道設施條件。（1）河流寬度影響分析河流越寬，倒虹吸管道越長(cháng)，河道兩側污水干管需要水位高差越大，并且管道水下施工部分增長(cháng)，相應施工難度增大。所以，倒虹吸應選在河流寬度較窄位置，盡量正交通過(guò)。（2）河流岸坡影響分析河流岸坡應有利于倒虹吸管道及進(jìn)出水井豎井實(shí)施。山地城市河流在與主流河道匯合位置，岸坡一般為陡峭巖坡且高差大。由于倒虹吸上下行管與水平線(xiàn)夾角應不大于30°，如增大倒虹吸豎井深，不利于豎井實(shí)施及后期維護。所以，倒虹吸管可考慮設置在河流岸坡較緩位置，便于倒虹吸管上行管與下行管實(shí)施安裝。（3）河流水深影響分析河流水深主要對倒虹吸管道水下施工產(chǎn)生影響。倒虹吸管道一般設置于河底，管道水下施工 主要有：圍堰施工、沉管施工 、暗挖施工 等。①圍堰施工 ：主要用于河流水深較淺，允許斷流或分段圍堰施工河段。一般土袋圍堰施工適用于水深小于3m，水流速度小于1.5m/s河段；對于水深超過(guò)3m河段，則需要根據河床基礎條件設置鋼板樁圍堰或雙壁鋼圍堰[5]，成本顯然會(huì )增加。②沉管施工 ：適用于水深較深，河道不允許斷流河段，國內沉管施工 已有水深10m以上沉管成功施工案例。沉管施工 主要包括鋼管或PE制作、基槽開(kāi)挖、吊管下水、橫管及沉管、拋石回填等五個(gè)主要工序。管道制作、焊接可在岸邊工作或采用浮船施工，基槽開(kāi)挖可利用挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖，下管前注意先鋪砂石作為墊層，沉管時(shí)考慮兩岸固定管位坐標。③暗挖施工 ：主要用于河床基礎較好水深較深河段。目前國內一般頂管法施工適用管徑900～4000mm；對于150～900mm管徑范圍管段，可采用微型隧道法施工 [6]。

運行維護因素。由于污水管道內沉積物及懸浮物較多，在倒虹吸管容易沉積堵塞管道。所以，在進(jìn)水井應考慮設置沉泥井，同時(shí)考慮在進(jìn)水井前設置格柵攔截懸浮物。倒虹吸管道應控制設計流速大于0.9m/s，設計時(shí)可考慮設置兩根管道，按近期流量時(shí)交替運行其中一條管道，流量逐步增加后考慮兩條管道同時(shí)運行。在進(jìn)出水位置考慮設置高壓水沖洗口，沖洗水可利用河水或自來(lái)水進(jìn)行沖洗。

3泵站提高方式

當河流兩岸污水干管無(wú)水位高差時(shí)，污水干管需設置泵站提高，泵站提高方案中間考慮泵站壓力管線(xiàn)過(guò)河方式。泵站壓力管線(xiàn)過(guò)河方式主要有三種：①利用道路橋梁管廊過(guò)河；②單設管橋過(guò)河；③河底敷設（頂管 ，沉管 等）。

利用道路橋梁管廊過(guò)河方式分析：對主干路、次干路、支路的橋梁，橋面為混合車(chē)道時(shí)，人行道或檢修道路緣石宜高出車(chē)行道路面0.25～0.4m[7]。所以，道路橋梁管廊一般可布設管道斷面約DN150～DN300，若超過(guò)DN300，則需加高人行道或檢修道路緣石高度。從荷載平衡考慮，污水壓力管線(xiàn)可雙側對稱(chēng)布置。污水壓力管線(xiàn)利用道路橋梁管廊過(guò)河方式簡(jiǎn)單，實(shí)用，造價(jià)低，屬于較為常用過(guò)河方式。根據《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）第3.0.19條，“不得在橋上敷設污水管、壓力大于0.4MPa燃氣管和其他可燃、有毒或腐蝕性的液、氣體管線(xiàn)”。筆者認為此條主要針對于在橋梁上敷設重力流污水管線(xiàn)，重力流污水管線(xiàn)存在泄露及沼氣外溢問(wèn)題，影響橋梁結構施工保護。而污水壓力管線(xiàn)泄露的可能性小，在做好事故應對措施的基礎上，可將污水壓力管線(xiàn)設置于橋梁管廊，主要措施有：①考慮在管廊內預留污水壓力管事故溢出地漏，防止污水浸泡橋梁結構構件；②在橋梁管廊內每隔一定距離增設自來(lái)水沖洗龍頭，發(fā)生事故時(shí)及時(shí)沖洗。在設計階段可對其進(jìn)行專(zhuān)項論證，征求橋梁主管部門(mén)及環(huán)保部門(mén)意見(jiàn)。

單設管橋過(guò)河方式分析：污水泵站壓力管線(xiàn)單設管橋過(guò)河方式考慮因素主要有：①河流洪水位影響；②河流景觀(guān)影響；③經(jīng)濟性因素。（1）河流洪水位影響因素山地城市河流由于縱坡大，水流急，洪水位一般較低，管橋基本不受洪水位影響。但在支流與主流交叉位置，由于受主流河道洪水倒灌頂托影響，支流洪水位與主流河道洪水一致，則管橋設置時(shí)應按主流河道洪水位進(jìn)行考慮。（2）河流景觀(guān)影響因素管橋修建時(shí)應考慮管橋對河流景觀(guān)的影響。管橋修建將影響河道景觀(guān)通透性，盡量避免污水干管位于橋梁與河道底部標高的中間位置，既影響美觀(guān)，又影響河道行洪。（3）經(jīng)濟性因素相對于其他幾種管線(xiàn)過(guò)河方式，管橋的造價(jià)較高。由于管橋屬于市政設施附屬構筑物，以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟、實(shí)用為主，在河流較寬河段，如果橋梁跨度較大，則造價(jià)將大幅度增加，而采用小跨徑橋梁將形成較多的橋墩，影響河道整體景觀(guān)。

4利用河道地形過(guò)河

由于山地城市河流縱坡大，縱向上多跌水段。所以，利用河道縱坡高差，可在上游河道適當位置過(guò)河，可減少污水干管與河道底標高高差。利用山地城市河道縱坡大特點(diǎn)，在上游過(guò)河需考慮三方面因素：（1）河道兩岸用地因素：河道兩岸用地需為綠化保護用地或允許設置污水干管用地。（2）岸坡地形因素：岸坡地形相對較緩，有設置污水干管條件。（3）河道縱坡因素：河道縱坡大，在短距離內有跌水等高落差，有條件在短距離內減少污水干管底標高與河底標高差。

工程案例分析

項目位于重慶市北部新區，為污水干管工程設計。污水干管斷面：d600～d1000，i=0.0012，污水干管結合路基挖填及自然地形，考慮采用道路左側人行道下敷設與臨江側綠化用地內布置相結合的平面布置形式，其中大部分管道結合自然地形可布置于臨江側綠化用地內。污水干管跨越河道位置斷面為d800；井底標高：195.40，井面標高：197.90，河底標高172.55，河道河口洪水位20年一遇約192.70m；50年一遇約196.00m，屬于嘉陵江頂托影響水位。河道在濱江路范圍深大約25m，污水干管基本沿濱江路路基敷設，污水干管在河道過(guò)橋位置標高不受河流自身洪水沖擊影響。

（1）管橋方式過(guò)河思路

在河流河口位置，設置管橋，管橋長(cháng)度約135m，管橋距河底高度約25m，管橋造價(jià)約85萬(wàn)。管橋需結合道路橋梁設置，由于管道埋深約2.4m，管橋對濱江路景觀(guān)影響大，且管道底標高位于洪水位下，管橋標高直接受主流河道洪水位影響。由于支流洪水位為主流河道頂托洪水位，往河流上游方向設置管橋，管橋受支流自身洪水位影響小。往河流上游約300m位置，河流底標高約181.50m，污水管道底標高約195.05m，河流兩側為綠化用地。方案考慮污水干管沿河道東側綠化用地內敷設，距濱江路300m位置過(guò)河，可考慮結合綠地步道系統設置管橋，管橋長(cháng)度約125m，管橋距河底高度約9.5m，管橋造價(jià)約75萬(wàn)，管橋可結合人行景觀(guān)橋功能。

（2）倒虹吸方式過(guò)河思路

如果在濱江路位置設置倒虹吸管，則25m深河道顯然不利于倒虹吸管上下行管道敷設�？紤]到河流縱坡大，往上游約400m位置河底標高約185.50m，水面寬度約8m。方案考慮污水干管通過(guò)上游支路道路（規劃標高200.05m）處過(guò)河，由于河道深度約為14.5m，可考慮在上游支路設置倒虹吸管，虹吸管管長(cháng)約55m，進(jìn)出水井深約6m，倒虹吸設施造價(jià)約58萬(wàn)。相對于在濱江路位置（河流河口位置）設置倒虹吸管的上下行管道短，實(shí)施條件更為有利。

（3）泵站提高方式過(guò)河思路

在濱江路外側綠化用地內設置污水提高泵站，泵站壓力出水管通過(guò)橋梁管廊過(guò)河。泵站占地約1500m2，Q=248L/S，泵站壓力出水管斷面DN500，長(cháng)約155m，泵站造價(jià)約580萬(wàn)。從以上分析可以看出，在濱江路往河流上游300m位置設置管橋方案造價(jià)較小，且為重力流排水，但是管橋底標高位于頂托洪水位以下。在河流上游位置設置倒虹吸過(guò)河造價(jià)也相對較少，但后期存在檢修維護工作量及費用。泵站過(guò)河方案由于建安費及后期營(yíng)運成本高，設計不考慮采用此過(guò)河方案。經(jīng)過(guò)比選，方案設計考慮在支流河道上游設置管橋受支流自身洪水位影響小，污水干管過(guò)河措施選用在河流上游300m位置設置管橋過(guò)河作為 方案。

結論

山地城市污水干管定線(xiàn)應研究河流洪水位、河道橫斷面、縱向地形特點(diǎn)，結合污水干管跨河區域地形特點(diǎn)合理選擇過(guò)河方式。過(guò)河方式在考慮過(guò)河構筑物技術(shù)，經(jīng)濟，施工保護，美觀(guān)實(shí)用等因素前提下，還需考慮施工條件，后期維護管理問(wèn)題。