摘要：我国大多数城市都是依河流而建，这就给两岸污水统一收集处理造成一定困难。污水重力流穿越河流时可采用架管或者倒虹管，但架管往往对河流防洪、通航等造成一定影响，实际采用较少，倒虹管可很好的避免上述问题。通过对倒虹管设计中的具体参数及施工方法进行分析，为倒虹管设计提供参考。
关键词：污水；倒虹管；施工方式
A Case Study on The Design of Inverted Siphon Pipe
Han Hongbo
（Hunan Architectural Design Institute Limited Company，Changsha，Hunan Province，410011，China）
Abstract：Most cities in China are built according to rivers，which poses certain difficulties for the unified collection and treatment of sewage on both sides of the strait.When the gravity flow of sewage passes through the river，the propped up pipe or inverted siphon pipe can be used.However，the propped up pipe usually has an adverse effect on the flood control and navigation of the river，so this method is rarely used，and the inverted siphon pipe can well avoid the above problems.Through the analysis of the specific design parameters and construction methods，it provides a reference for the design of the inverted siphon pipe.
Keywords：sewage；inverted siphon pipe；construction methods
1 项目背景
湖南省隆回县城依资江而建，分为南北两片，城北片区为主要发展区域，现状人口约18万人，已建设有1座3万m3/d污水处理厂和1座3万m3/d中途提升泵站，城北片区污水均由泵站提升至污水处理厂。城南片区为新建区域，规划面积相对较小，远期污水量预测为0.8万m3/d（Kz=1.62），不具备单独建设污水处理厂的条件，拟将城南片区污水通过倒虹管穿越资江，输送至城北污水提升泵站，通过提升进入污水处理厂。
2 倒虹管位置及形式选择
2.1 倒虹管位置选择
倒虹管位置选择主要考虑两个方面的问题，一是选择河面较窄处，且尽可能与河流垂直，以缩短穿越长度，二是选择的地段地质条件要求良好，方便施工[1]。本工程倒虹管根据现状城南片区已建设污水管道走向，选择在污水管下游，同时距离北岸污水泵站相对较近的位置，在此处河面宽度及地质地貌情况变化不大。
2.2 倒虹管形式选择
倒虹管的形式有多折型和凹字型两种，多折型适用于河面与河滩较宽阔，河床深度较大的情况，可采用大开挖施工、沉管施工等；凹字型适用于河面与河滩较窄，河床较浅的情况，可采用大开挖施工、顶管施工等[1]。本工程所处位置（资江）河面宽度为190m，深度为6m（最深处），宜采用多折型倒虹管。由于大开挖施工需要围堰，而资江为湖南省重要河流之一，流域面积较大，且本段水深较深，围堰施工难度很大。因此本工程采用浮船法沉管施工。
3 管材选择及防腐
由于倒虹管在水下6~7m，难以再次开挖检修，因此对管材强度和耐腐蚀性有较高的要求。通过常用管材对比，本工程采用焊接钢管（Q235A），在岸上整体焊接并做好防腐，再进行下沉敷设。其防腐做法如下：
涂刷前处理：清除表面焊渣、浮锈、油污、氧化皮、水迹、尘土等疏松附着物，使表面干燥、平整、无水迹、无焊渣。
管内壁防腐：底漆采用IPN8710-1互穿网络涂料，面漆采用FCHL52-11环氧煤沥青防腐涂料，两底两面，即底漆+底漆+面漆+面漆，要求固化后的漆膜厚度为90～100μm。
管外壁防腐：采用加强级防腐，底漆采用IPN8710-1防腐底漆，面漆采用FCIPN8710-3厚浆型面漆，一底三面，即底漆+面漆+布+面漆+布+面漆，其中布为脱脂中碱玻璃纤维布，要求固化后的漆膜厚度不小于150μm。
施工时各底漆、面漆应搅匀，开桶后须密封保存，不宜在阴雨天、雾天和湿度超过80%的情况下户外施工。
各焊接处要求补口，补口部位的表面处理及底漆、面漆的涂饰要求同前，过程中被损伤的涂层如未露出金属表面，只需补涂面漆，并用与管体防腐结构相同的防腐方法补伤，如已露出金属表面，必须先表面处理然后再做防腐。
4 倒虹管设计参数
4.1 倒虹管进出水井
本工程倒虹管进水接自上游d800污水管，倒虹管进水井平面尺寸3800×3500mm，深6600mm。进水井内设置有提篮式格栅，栅条间隙20mm，用于拦截较大的固体杂物，防止倒虹管堵塞。同时在进水井中设置冲洗水管，用于堵塞时接入高压水冲洗。
倒虹管出水平面尺寸3500×2000mm，井深，两根倒虹管出口分别设置有闸门，用于单根运行或检修。
4.2 倒虹管参数计算
管径计算：
D=
式中：D为倒虹管管径（m）；Q为倒虹管设计流量（m3/s）；υ为倒虹管内流速（m/s），一般不小于0.9 m/s[2]。
进出水井水位差计算：
H=hl+hf+h0
hl=i×l
hf=
式中：H为进出水井水位差（m）；hl为倒虹管沿程水头损失（m）；hf为倒虹管局部水头损失（m），一般按沿程水头损失的5%~10%考虑，当倒虹管长度大于60m时，采用5%，小于60m时，采用10%；h0为安全水头，通常取0.05~0.10m。
根据计算确定本工程倒虹管为2根D325×8焊接钢管，单根长度约220m，分为下行管、水平管和上行管。下行管与水平管夹角30°，上行管与水平管夹角29°。水平管为保证通航要求和防止水流冲刷，管顶覆土≥1.0m。两根管道中心间距0.6m，方便同槽施工。
倒虹管按满流设计，平均时设计流速0.66m/s，最大时设计流速1.06m/s，最大时总水头损失约1.43m，进出水井设计水位分别为244.95m和243.45m，高差1.50m。
由于本工程输送介质为生活污水，流量变化较大（Kz=1.62），难以满足平均时流速大于0.90 m/s、而最高时流速又不至于过大的要求。因此，实际运行中可根据污水量情况选择单根运行，以保证管道流速，并适当增加冲洗次数，避免管道堵塞。
图1 倒虹管断面示意图
Fig.1 Diagram of Inverted Siphon Pipe Section
5 倒虹管施工
根据上述施工方式选择，本工程采用浮船法沉管施工，主要有以下几个步骤：
（1）沟槽开挖：位于河床下的管道采用浮船载挖机水下开挖沟槽，位于河岸坡堤段和堤顶的管道采用明挖沟槽。沟槽的开挖坡度根据现场情况确定，必须保证沟槽边坡的稳定。施工时要特别注意避免施工过程中塌方，确保施工人员的安全。
（2）管道安装：采用水上部分和水下部分分别安装，其中水下部分管道安装前，先在开挖好的沟槽内铺300mm厚C30水下混凝土，待其凝固后，再在岸上将水下部分管道整体焊接并做好防腐，然后吊装至浮船上，再下沉至沟槽内，调整好管道平面位置及高度后，按要求回填。
（3）管道基础及沟槽回填：位于河床及河堤岸坡处的管道采用素混凝土全包基础，水面以下采用水下混凝土包裹，详下图所示。素混凝土全包每30m设一道伸缩缝，缝宽30mm，采用油浸杉木嵌缝。位于河床下的管道要求在沟槽内回填卵石至原河床面；位于河堤岸坡段的管道沟槽处按原河堤的做法进行恢复。
图2 倒虹管横断面图
Fig.2 Cross Section of Inverted Siphon Pipe
6 实际运行情况
本工程于2016年10月开始施工，2017年5月竣工验收并投入试运行，目前由于污水量较少，只运行其中一根管道，冲洗频率2~3个月一次，尚未出现堵塞检修情况。
7 结束语
倒虹管在城镇排水管网中发挥着重要作用，往往都是作为污水干管的一部分，关系到某一片区或城区的污水收集。由于倒虹管埋深较深，且大都在障碍物（河道、洼地、构筑物等）下方，不仅施工困难，而且对后期运行维护也有着很高的要求。所以从设计阶段开始进行统筹考虑，因地制宜选择管位、管材、施工方式、后期清通措施等，保证各个阶段的经济、合理、实用性。
参考文献
[1] 给水排水设计手册（第5册城镇排水）[M]，北京：中国建筑工业出版社，2016年：38~39.
[2] GB50014-2006室外排水设计规范（2016年版）[S]，北京：中国计划出版社，2016年：32~34.
论文作者:韩红波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2019/1/3
标签：污水论文; 沟槽论文; 底漆论文; 管道论文; 面漆论文; 流速论文; 水井论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;