污水倒虹管设计防淤措施

污水倒虹管设计防淤措施

南淝河污水倒虹管设计防淤措施

摘要：合肥市穿越南淝河中游的2处污水倒虹管，按照防、治兼顾的原则设计，不仅按照设计规范要求控制设计流速，而且考虑到为倒虹管的清淤提供便利条件，增设了倒虹管清通井，为管道的运行管理提供了有利条件。

关键词：倒虹管；污水；淤积；清淤

在城市水污染治理工程中，污水管网担负着收集和输送污水的职责，是污水处理工程的重要组成部分，而污水倒虹管，作为穿越障碍的措施，是污水管网上的重要节点，往往随着污水管网建设或根据城市污水规划结合城市其它市政项目适度超前建设。1999年，合肥市南淝河综合治理工程启动，除了河道的整治外，还包括两岸的防洪排涝设施、绿化及污水系统工程。其中，合作化路一亳州路，为南淝河中游，根据合肥市污水规划，河北的污水需穿越南淝河汇入规划的望塘污水处理厂，共需敷设倒虹管2处：合作化桥东倒虹管负责输送南淝河以北、四里河以西的污水，肥西路桥西倒虹管输送的是南淝河以北、四里河以东的污水，倒虹管结合河道清淤、岸堤建设同步实施。

1 倒虹管设计

在确定了设计流量后，倒虹管设计应确定倒虹管的根数、管径，并应根据穿越障碍物的情况来确定倒虹管的形式。

合作化桥东倒虹管的进水管高程较高，与河床的高差较大，适合建成多折型。根据文献[2]规定，通过河道的倒虹管，一般不宜少于2条，考虑到设计流量较小，为保证设计流速，设计倒虹管取为2条，1条工作、1条备用，尽量避免事故出水对河道的污染。在确定管径时，着重考虑的是流速及相应的水头损失。根据文献[2]规定：管内设计流速应大于0．9m／s，并应大于进水管内的流速，当管内设计流速不能满足上述要求时，应加定期冲洗措施，冲洗时流速不应小于1．2 m ／s。将管径取为400 mm，设计流速V= 0．96 m／s>0．9 m／s，i=0．014 8，水头损失共为1，2 1TI，满足此处的倒虹管敷设条件，同时满足规范要求。

合作化桥东倒虹管纵剖面，见图1所示

1.JPG

倒虹管形式分为多折型、凹字型两种。肥西路东倒虹管由于其服务范围内地势的影响以及考虑到与雨水等市政管线竖向交叉的因素，进水管高程较低，与河床的高差较小，将此倒虹管按照凹字型设计。

倒虹管的根数取为3，为2条工作、1条备用。由于受经济等因素的影响，目前倒虹管服务范围内大部分未能按雨污分流制建设，污水主干管虽然按照远期分流的污水量计算设计，但是在相当长的一段时间内，作为向分流制过渡的阶段，旱季输送污水，雨季为了尽量减轻对南淝河的污染，在近期起着输送截流的合流制污水的作用。

本项目按照旱季设计、雨季情况校核：旱季，设计流量为730 L／s，使用2条管道，单根管设计流量为365 L／s，将管径取为600 mm，设计流速 =1．3 m／s，i=0．003 6，倒虹管水头损失共计为0．57 1TI。按照文献[1]，倒虹管的进出水管设计高差应稍大于倒虹管的全部水头损失，一般取0．05～0．1 1TI。此倒虹管设计进出管水位差取为0．7 1TI，倒虹管出水管直接接至刘郢污水泵站，其出口水位受泵站设计最高水位控制，确保倒虹管出水管的水位，从而保证了倒虹管的水位差。

雨季，由于设计流量、单根管设计流量、倒虹管设计流速、水头损失相应增加，超过了旱季流量时设计水位差，倒虹井进水管的水面相应壅高。由于倒虹管出水管的水位受泵站控制，经计算，汛期倒虹管进水井水位不会超过dl 200的进水管管顶高，壅高的水面高不会对进水管的流态造成不利影响。

肥西路桥西倒虹管纵剖面，见图2所示。

2.JPG

2 问题分析

文献[2]中，对倒虹管最小设计流速的确定解释如下：我国以往的设计，都采用倒虹管内流速应大于0．9 m／s，并大于进水管内的流速，如达不到时，定期冲洗的水流流速不应小于1．2 m／s。此次调查中未发现问题。日本规定：倒虹管内的流速，应比进水管渠增加20％～30％；英国规定：倒虹管的流速不应低于1．2 m／s，与文献[1]规定基本一致。

近期国内外研究成果及模型试验结果显示，对于城市排水大型倒虹管，0．9 m ／s的限制流速无法控制倒虹管的泥沙淤积。要满足倒虹管水平管段不产生严重

的泥沙淤积，根据国外研究成果分析，要求倒虹管内流速不小于1．36 m／s；根据模型试验中淤积和冲淤工况结果，当管内流速大于1．07～1．37 m／s时，沙床高度基本不影响倒虹管的正常运行；由冲淤试验显示，流速大于1．37 m／s冲淤2．5 h后，能将大多数淤沙冲出倒虹管；流速大于1．46 m／s时，管内基本无沙床存在。

对于中小型倒虹管，虽尚未有对限制流速的最新研究成果，但以上对大型倒虹管的试验研究成果，对中小型倒虹管的防止淤积问题，具有参考意义。

就本工程而言，倒虹管可能产生泥沙淤积问题的原因，分析如下：① 由于此二处倒虹管相对于上游污水管道，工程建设相对超前，运行初期污水排放量较小、流速较低。② 由于倒虹管按照远期分流的污水量计算设计，但在合流制向分流制过渡的相当长的时间内，起着截流的作用，工程运行初期，雨水、污水合流汇入，泥沙俱进。雨水中的泥沙颗粒粒径大、比重高，更易于在倒虹管内淤积。③ 污水中的泥沙颗粒较细，同时含有大量的有机质，因此泥沙具有粘性。粘性泥沙如长时期沉积于倒虹管内，将会产生板结现象，板结后，需要更高的流速才能将泥沙冲动。④ 参照城市排水大型倒虹管的研究成果：0．9 m／s的限制流速无法控制倒虹管的泥沙淤积。因此，在达到了规范要求的设计流速的情况下，由于上述原因，仍有可能产生管道淤积。

由于倒虹管的特殊构造，泥沙如果淤积在管道内，要清除极为困难。为保证倒虹管输水功能的正常发挥，防淤和清淤都是工程设计的重点。

3 工程措施

为防止倒虹管内存在严重的泥沙淤积，以避免影响倒虹管的水力特性，首先考虑的方法是控制管内流速，其次，考虑为倒虹管的清淤提供便利条件。

由于本工程建设时，尚未有关于流速的研究成果可以借鉴和采用，污水设计流速按照规范的界定值设计，但考虑到了淤积的可能性，本工程设计在传统的倒虹管设计基础上进行了改良，增设了便于清淤的设施。根据项目建设的实际情况，南淝河两岸设有一级平台，设计在此处增设了倒虹管检查井，井内倒虹管上设置了三通，法兰盖板向上，方便管道淤积时清通。其中，折线型倒虹管的清淤三通设在水平管的两端靠近折点处，为方便清淤时将管内污水排空，倒虹管的水平管由北向南按3~／o~ 度敷设，在南部检查井2处形成最低点。考虑到清淤时虽然将进、出水井的闸门关闭，但单根管道中约有10 m 的污水，若从法兰清通口快速涌出，可能会对操作工人的安全造成威胁，所以，在检查井2中，另设了三通、闸阀和湿井等泄水系统，清淤时，先将检查井2中的闸阀打开，将管中余水排入湿井，湿井中污水由临时投入的潜污泵排入河道，待管道排空后，再分别打开检查井2、检查井1中的法兰清扫口进行清淤。这样，d400倒虹管的检查井最大间距控制在40 m之内，方便了清淤工作。检查井设置睛况，见图3所示。

凹字形倒虹管在河北岸的一级平台处设置了检查井，由于管道最低点在出水井处，所以无需另外设置泄水系统。 00倒虹管的检查井最大间距不超过63 m。