黄浦江倒虹管工程设计_曹晶

该工程设置 2 根 Ф2 200 mm 黄浦江倒虹管 有以下两个作用：
（1） 鉴于合流制截流系统中旱流污水量和设 计合流截流污水量的数值差异较大，为保证黄浦 江倒虹管在旱流和合流截流的情况下均能正常运 行，设计中设置 2 根倒虹管，分别使用于旱流和合 流截流两种情况，以保证倒虹管内有较好的水力 状况。当旱流时，运行其中 1 根倒虹管，且定期轮 换使用，互为备用；当合流截流时，则 2 根倒虹管 一起运行。
２ 工程规模
2.1 规划年限 工程的规划年限为 2020 年，并适当考虑 2050
年的发展状况。 2.2 设计参数
黄浦江倒虹管主要是收集浦西的合流污水过 江通过浦东南线 SA 泵站的提升接入浦东南线污 水总管。由于浦西徐汇、卢湾二区内的 6 个排水系 统均为合流制，因此该工程采用的是截流旱季污 水和初期雨水的收集方式。
经实地测量资料获悉，倒虹管过黄浦江时该 断面的现状河床底最深深度约为 - 10.5 m。黄浦江 下游河道为规划疏浚河道，因此规划河床深度要 大于现状河床深度。因为龙华机场黄浦江倒虹管 过江处的河床位置不属于规划疏浚河道，且该处 的河流冲刷和淤积情况一般，所以该处的规划河 床深度与现状河床深度相近。 3.4.3 高程计算
黄浦江倒虹管前的浦西截流总管旱季为重力 流，在雨天最大流量（即设计流量）时为满管流。倒 虹管过黄浦江只能采用下倒虹型式。由于倒虹管 过黄浦江须穿越沿江码头和驳岸，其下部桩基较 深，只能采用垂直“扁担式”的倒虹管过江方式。 3.3 倒虹管的管径和数量 3.3.1 倒虹管的管径
设计规范对倒虹管内自清流速（大于0.90 m/s） 和冲洗流速（不小于 1.20 m/s）的规定主要是防止 管内泥沙等杂质垃圾的淤积[2]。由于浦西收集系统 是截流原合流制排水系统中的旱流污水和初期雨 水，因此平均旱流污水量，特别是近期旱流污水量 远 小 于 设 计 水 量（雨 季 流 量），为 保 证 黄 浦 江 倒 虹 管 在 旱 流 和 合 流 截 流 的 情 况 下 均 能 正 常 运 行 ，设 计中 2 根 Ф2 700 mm 的倒虹井进水管缩 小 至 2 根 Ф2 200 mm 的黄浦江过江倒虹管，其倒虹管有 效过水断面缩小了 33.6%，在相同运行工况下，使 倒虹管内流速提高了 50.6%。 3.3.2 倒虹管的数量
黄浦江倒虹管工程中浦西倒虹井位于上海市 燃料公司码头南侧，浦东位于规划预留的 规划管廊内。
收稿日期：2012- 05- 07 作者简介：曹晶（1969-），男，浙江宁波人，高级工程师，第三 设计研究院副院长,副总工程师,从事给水排水工程设计、研 究和管理工作。
H2— ——管线覆土层保护厚度，m，（根据“室外 排 水 设 计 规 范 ”规 定 ：倒 虹 管 的 管 顶 距规划河底一般不宜小于 0.5 m。上
海航道局要求：一般根据黄浦江的河 段 水 位 基 面 、水 深 变 化 、现 状 及 发 展 规划等因素，管线上覆土层厚度须保 证在 3 m 以上，来满足通航标准和技 术要求。该项设计考虑到超重货轮和 客轮的重锚冲击，选取 H2=5 m） D1— ——倒 虹 管 内 净 尺 寸 ，m，（该 项 设 计 为 D1=2.2 m） D2— ——倒 虹 管 壁 厚 尺 寸 ，m，（该 项 设 计 为 D2=0.22 m）。 对计算结果进行取整得：黄浦江过江倒虹管的 埋设深度为绝对标高 - 20 m（吴淞高程）。 对计算结果进行校核，H=- 20 m 大于最深的 桩基深度 - 15.0 m （即 H=- 17.42 m）；H=- 20 m 大 于交通部上海海上安全监督局规定的两根污水管 穿越黄浦江部分的管顶标高应控制在 - 15.5 m（即 H=- 17.92 m）以下的要求。 最终确定黄浦江过江倒虹管的埋设深度为绝 对标高 - 20 m（吴淞高程）。 3.4.4 倒虹管坡度 黄浦江倒虹管的高程设计中，浦西倒虹井处的 倒虹管内底标高为 - 20.0 m，浦东倒虹井处的倒虹 管内底标高为 - 20.4 m，过江倒虹管以 0.66%的下 降坡度由浦西坡向浦东。设置坡度的作用主要有： （1）便于施工排水；（2）便于养护清砂。 3.5 倒虹井的设计 3.5.1 倒虹井的结构设计 浦西和浦东黄浦江倒虹井均采用内径为 Ф14.0 m 的圆形钢筋混凝土沉井，沉井内底标高 均为 - 21.30 m，刃脚底面标高均为 - 26.30 m。浦西 倒虹井井顶标高为 2.50 m，原地面标高为 4.80 m； 浦 东 倒 虹 井 井 顶 标 高 为 4.00 m， 原 地 面 标 高 为 6.80 m。两座沉井均采用水力机械下沉，水下封底， 井内竖向排管结束后，部分素土回填。 浦西和浦东黄浦江倒虹井均采用外阶梯式沉 井 井 壁 ，其 作 用 在 于 ：（1）便 于 在 沉 井 施 工 时 减 小 下沉的摩阻力；（2）通过节省工程量来节约工程投 资。 3.5.2 倒虹井中流槽和竖向管的设置 浦西和浦东黄浦江倒虹井中均设置了流槽、竖 向导流管，以及转向为 90°的弯头，并且其周围至 标高为 - 2.49 m 的中间平台间均用素土回填。工程 设计的这种考虑主要有以下优点：（1）减小倒虹管 系统的局部水头损失；（2）防止倒虹井中泥砂的沉 积 ；（3）增 加 井 内 压 重 ，解 决 沉 井 的 抗 浮 问 题 ；（4） 便于倒虹井内中间平台的设置。有利于养护和管
城市道桥与防洪
防洪排水
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况是不同的，具体详见表 2 所列。
表 2 黄浦江倒虹管流速计算表
各类情况
管道设计 流量
管道旱季 平均流量
管道近期旱季 平均流量
流量 /m·3 s-1
18.43
6.10
3.75
单管流量
9.22
6.10
3.75
/m·3 s- 1
管内流速
2.43
1.61
0.99
/m·3 s- 1
QADWF=(1+f)Q1＋Q2＋Q3 式中：F— ——三产污水增加系数；
Q1— ——生活污水量； Q2— ——工业废水量；
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Q3— ——地下水渗入量。 2.3.2 设计水量
（1）合流制系统： Q 合＝(n+1)[(1+f)Q1＋Q2]＋Q3 式中：N— ——截流倍数。 （2）分流制系统： Q 分＝KQADWF 式中：K— ——总变化系数。 （3）总管设计水量： Q=Q 合 +Q 分 =(n+1)[(1+f)Q1+Q2]+Q3 +KQADWF 2.4 设计规模 设计水量（即雨季合流污水量）：Q=18.43 m3/s 平均旱流污水量（远期）：Q=6.10 m3/s 平均旱流污水量（近期）：Q=3.75 m3/s 浦西截流总管的设计运行模式详见表 1 所列。
根据有关的水文和航道要求，以河床断面深 度作为控制因素进行设计计算：
H=H0- H1- H2- D1- D2 式中：H— ——黄浦江倒虹管埋设深度，m；
H0— ——实 地 测 量 的 倒 虹 管 过 江 断 面 河 床 底 的最大深度，m；
H1— ——河 床 底 淤 泥 层 厚 度 ，m，（该 项 设 计 根 据实际情况选取 H1=2 m）；
黄浦江倒虹管工程是连接浦西截流系统和浦 东污水总管的重要枢纽性工程。浦西截流收集系 统主要是通过浦西 1# 和 2# 污水截流总管，以及浦 西总线来接纳卢湾、徐汇区 6 个合流制排水系统 的污水及初期雨水，并与龙华机场的污水汇合后 自黄浦江龙华机场处过江，通过浦东南线 SA 泵站 的提升接入浦东南线污水总管，再沿耀华支路、济 阳路南下至外环线与南支线（即浦西吴泾、闵行等 地 区 的 污 水）汇 合 ，随 后 沿 外 环 线 向 南 ，通 过 建 平 路连通管往北进入浦东中线总管，沿中线总管向 东至白龙港污水处理厂与原南干线污水合并处理 后，排入长江。 1.2 工程内容
１ 工程概况
1.1 系统简介 上海市污水治理二期工程总的服务面积为
271.7 km2，总的服务人口为 355.76 万人。它的工程 范围包括：浦西徐汇、卢湾的 6 个排水系统的截流 设 施 、截 流 管 道 、黄 浦 江 倒 虹 管（即 龙 华 机 场 过 江 管）；浦东地区赵家沟以南的陆家嘴、洋泾、花木等 13 个地区和新区城镇的污水总管、中途泵站、出口 泵站及排放口等。另外，工程还接纳龙华机场地区 3 万 m3/d 的生活污水；浦西黄浦江上游吴泾、闵行 等地区约 70 万 m3/d 的污水。
Y=- 325.500）。规划管线走廊宽度为过江管道中心 线各向两侧外延 10 m。总宽度为 20 m。
确定和控制黄浦江倒虹管管线走廊的作用 是：
（1）保证黄浦江过江倒虹管的安全施工、运行 和养护、管理；
（2）有 效 控 制 黄 浦 江 过 江 倒 虹 管 两 端 的 岸 线 功能；
（3）避免黄浦江过江倒虹管在施工期间对管线走廊 范围以外事物的不利影响。 3.2 倒虹管型式的选择
（2）保 证 黄 浦 江 倒 虹 管 的 运 行 、管 理 、维 修 和 养护。当 1 根倒虹管需要维修、清洗和养护时，另 1 根倒虹管在提高水压线后，在对上游管道正常工 作影响不大的前提下，仍能超负荷正常运行。 3.3.3 倒虹管的设计运行工况
黄浦江倒虹管在不同的情况下其设计运行工
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工程设计中对倒虹管的敷设位置，敷设数量， 管 材 、管 径 及 敷 设 长 度 、深 度 、斜 管 角 度 以 及 倒 虹 管的管内流速，进、出水井，沉泥槽，事故排出口和 运行、养护、维修等均有较明确的规定。
上海市污水治理二期黄浦江倒虹管工程是属 于特大型的合流污水管道工程。 3.1 系统定位
根据规划定位（属城市绝对坐标系统），规划管 线 走 廊 浦 西 端 的 定 位 坐 标 为 ：（X=- 6 458.259， Y=- 956.504）；浦东端的定位坐标为：（X=- 6 557.800，
（1）浦西合流制系统的截流倍数：对直接排入 黄浦江的合流制系统，截流倍数采用 1.5，排入其 它支流的合流制系统，截流倍数采用 3.0。