污水倒虹管设计要点与实例分析

污水倒虹管设计要点与实例分析

摘要：随着污水管网系统日臻完善，覆盖率也日渐提高，越来越多的新建污水

管道需要穿越河道，污水管道过河一般采用倒虹管的形式。本文主要介绍了倒虹

管概念、原理及设计要点等，并结合工程实例进行了具体分析。

关键词：污水管；倒虹管；设计要点；施工方案；进出水井

1倒虹管概念及原理

排水管渠遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物等障碍物时，不能按原有的坡

度埋设，而是按下凹的折线方式从障碍物下通过，这种管道称为倒虹管，水体在

倒虹管内的流动依靠上下游管道中的水面高差进行的。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管和出水井等组成，如图1所示。

图1倒虹管

2污水倒虹管的设计要点

要做好污水倒虹管的设计，应结合实际工程，主要要求线位合理、排水顺畅、维修方便、经济安全。要达到以上目的，首先要做好倒虹管的设计，主要体现在

以下几个方面。

2.1线位选择

确定倒虹管穿越障碍物的大致位置，选定的穿越位置必须对整个管网是可行的、有利的。判定是否可行、有利的标准主要有两点：一是选择此位置不会引起

排水管网的过大迂回；二是过障碍物后排水管道能按原有管道的埋深坡度继续敷

设前行，并能顺利到达目的地。确定倒虹管的路线时，应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长度，减少工程的施工量。过河倒虹管道应尽量选择在水流

稳定、不易被水冲刷、河岸土质稳固段，以策安全。测量的目的是要选择倒虹管

的穿越线，使其距离近，有较好的施工工作面，从而减少倒虹管的设计长度和降

低施工难度。

另外，对选择好的穿越线地下的地质情况进行详细勘探。一是看穿越线下是

否有不利顶管施工的地质，如穿越位置处是否有岩石等坚硬物；二看是否对障碍

物会造成不利影响，如河道的河床位置等，然后对探测数据进行可行性分析后确

定倒虹管的穿管深度。

2.2倒虹管设计参数选择

（1）设计倒虹管的条数根据《室外排水设计规范》，通过河道的倒虹管不宜少于两条，通过谷地、旱沟或小河的倒虹管可采用一条。倒虹管设置两条以上，

是以便一条发生故障时，另一条可继续使用，平时也能逐条清通。当近期流量不够，达不到设计流速的时候，可使用其中一条，暂时关闭另一条。

（2）确定倒虹管的流速

因倒虹管的清通比一般管道困难得多，因此在设计时必须尽量完善，并采取

各种措施来防止倒虹管内污水的淤积。在设计流速时最好采用1.2～1.5m/s，在条件困难时可适当降低，但不宜小于0.9m/s，且不得小于上游进水管道内的流速。

当流速达不到0.9m/s时，应采用定期冲洗措施，冲洗流速不得小于1.2m/s。

2.3倒虹管设计计算

（1）设计倒虹管管径

倒虹管的管径应通过流量、流速计算确定，设计污水为合流管道时，设计倒

虹管应按旱流污水量校核流速。但最小设计管径不应小于200mm。当缺乏基础的

污水量资料时，可按照上游管道管径、坡度，按最大充满度计算得的流量确定。

（2）设计倒虹管各项标高

污水在倒虹管内的流动是依靠上、下游管道中的水位差（进、出水井的水面

高差）进行。该高差用以克服污水流经倒虹管的全部阻力损失。计算时，要求进

水井和出水井间水位高差稍大于全部阻力损失值，其差值（安全水头）一般取

0.05～0.10m。倒虹管的水平管段的管顶距规划的河底一般不宜小于1.0m，通过

航运河道时，其位置和管顶距规划河道河底距离应与当地航运管理部门协商确定，并设有标志，遇到冲刷河床应考虑防冲措施。

2.4附属构筑物设计

（1）倒虹管进、出水井的设计倒虹管进、出水井应设在不被洪水淹没的地方。进出水井内应设闸槽或闸门。倒虹管进、出水井应设置检修室，检修室净高宜为

2m。当进出水井较深时，井内应设检修台，其宽度应满足检修要求。当倒虹管的

设计流速达不到0.9m/s时，还应在进水井内设置定期冲洗装置，并且在每个检修室顶部都应设人孔，地面检修孔应设井口和井盖。倒虹管进水井和进水井的前一

检查井内，均应设置沉泥槽，沉泥槽的设置深度一般为0.5m。

（2）沉泥槽和事故排出口设计。

位于倒虹管进水井前的检查井，应设置沉泥槽。凹字型倒虹管的进出水井中

也应设沉泥槽，一般井底落底0.5m。进水井应设置事故排出口，如因卫生要求不能设置时，则应设备用管线。但在有2条以上工作管线情况下，当其中1条发生

故障，其余管线在提高水压线后并不影响上游管道正常工作仍能通过设计流量时，也可不设备用管线。

2.5 管径计算

（1）

式中：D为倒虹管管径，（m）；Q为倒虹管内流量，（m3/s）；υ为倒虹管

内流速，（m/s），一般取1.2~1.5m/s，但不宜小于0.9m/s。

2.6标高计算

H=h1+h2+h3（2）

h1=i×L

式中：H为进出水井的水面差，（m）；h1为倒虹管沿程水头损失，（m）；h2为倒虹管局部水头损失，（m），初步估算时，一般可以按照沿程水头损失值

的5%～10%考虑，当倒虹管长度大于60m时，采用5%，等于或小于60m时，采用10%；h3为安全水头，一般取0.05～0.10m；i为倒虹管每米长度的水头损失；

L为倒虹管总长度，（m）；ζ为局部阻力系数；υ为倒虹管内流速，（m/s）。

3设计实例

3.1工程概况

某地区有2根现状DN800的过河污水倒虹管，该管道为西区和澳头片区的污

水排入中心区污水处理厂的唯一通道，重要性非常高。现状管道运行时间已经超

过十年，欠缺维护，通过现场勘查和收集分析原管道设计资料，在目前的情况下

不具备对现状两根DN800倒虹管停水进行清淤、检查、维修等工作的条件，这个

重要的过河节点没有备用管道，给上游片区的污水正常排入污水处理厂带来了极

大的的风险，而且万一倒虹管道发生损坏，会有污水长时间溢入河道、污染水体

的风险。另外，随着片区的发展，现状污水管道规格已不能满足规划污水的接入。因此，亟需增设一套污水管道，确保上游片区污水顺利排入污水处理厂。

3.2现状条件