1.中国市政工程西北设计研究院有限公司 甘肃兰州 730000；
2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430000
摘要：在污水管道不能按照原设计高程或设计坡度继续铺设时，可考虑采用污水倒虹管的布置方案。但是污水倒虹管存在容易淤积、堵塞及检修条件差的问题。本文通过唐山市某经济开发区起步区污水倒虹管工程实际案例，就污水倒虹管方案设计进行分析和阐述，并针对倒虹管可能的淤积及其他维护问题，提出一种典型的冲洗维护方案。
关键词：污水倒虹管；倒虹管设计；倒虹冲洗
重力流污水管道的水流推动力是水的重力作用。正常运行时管内污水存在自由水面，呈无压状态自管道上游向下游流动。同时，由于污水管道正常运行情况下为非满流状态，污水流量变化较大，流速和充满度的变化也不规律，污水管道极易在流速较低时（＜0.6m/s）产生沉淀并淤积在管道内，而在水量突变时管道内底沉积的污泥又被冲起，造成较大的水质冲击负荷，这对下游污水处理厂的运行是不利的。[1]因此，在市政污水管道设计中，应尽量做到顺坡排水，确保污水能够充分依靠重力作用顺利排至下游管线或污水处理厂。
但是，一般在污水管道穿越河道、旱沟、洼地、其他地下管线或构筑物时，在不能按原高程和设计坡度继续铺设时，可考虑设置污水倒虹管进行穿越。然而考虑到上述污水管内污水流动的特性，污水倒虹管不宜过长，且管道不宜少于2条，应设置配套冲洗设施，并在每根倒虹管的两侧设置检修闸门。倒虹管的管材应采用耐腐蚀的金属管材，并加强防腐措施。本文通过实际工程案例的应用，结合具体项目的条件和用户的需求，对污水倒虹管工程设计进行详细阐述和分析。[2]
1、项目区建设概况
本项目建设地点为河北省唐山市某经济技术开发区起步区，规划总面积约11.8公顷。项目内容主要包括总长度为13.1km市政道路及配套基础设施、污水处理厂一座、片区配套绿化给排水系统、市政给排水系统、雨水调蓄及排放明渠2座和雨水提升泵站3座，是国内典型的大型片区综合市政工程。项目所处地块范围为海砂吹填区域，地势平坦，道路工程设计路面标高控制在2.32m～2.81m，道路最小纵坡为0.05%，最大纵坡为1.5%。可见道路纵坡设计较平缓，等高距较长，平坦的地势对整个片区的污水和雨水排水有一定的不利影响。
片区内污水排放的总体趋势为自西北向东南倾斜，污水集中汇入位于项目区东南侧的南部污水厂；雨水排放的总体趋势为排入项目区东侧的两条雨水调蓄明渠，经明渠末端的雨水泵站提升后，排入现状河流。在工程整体方案设计中，污水排水和雨水排水的趋势基本相同，均为自西北区块向东南区块排水。
2、污水倒虹管应用范围
经二十二路位于起步区东侧，自北向南横跨整个起步区范围。在经二十二路沿线的东侧地块内，集中布置有两条雨水排水明渠、2座雨水提升泵站，和一座污水处理厂，是起步区内最重要的排水系统设计子项之一。由于经二十二路道路坡度较小，地势平坦，而雨水管道在此处为下游设计终点（汇入雨水明渠），经水力计算，大部分雨水管道设计为雨水方涵（断面尺寸为2400x2400至7200x2600），同时污水管线在此处接入污水处理厂，设计管径同样为最大管径（d1200）。综合考虑到各类管线的覆土要求，以及各专业设计内容的竖向交叉，这就在竖向上导致了污水管道（d1200）的埋深较深（管道最大埋深约8.1m），同时由于污水处理厂的设计地坪标高和粗格栅进水井标高的限制，为确保污水管线能够与污水厂顺利衔接，并不过分增加污水管道和污水厂的工程造价，在经二十二路和纬三十五路的交叉路口，污水管道与雨水方涵交叉处，采用污水管道倒虹穿越雨水方涵的设计方案。
3、污水倒虹管水力计算
考虑0.1m的安全余量，据此倒虹管上下游检查井的设计水面高差应至少为0.65m，方可满足污水排水顺畅的要求。[6]
（3）管道上下游水面标高确定
在管道水力计算时，已经对倒虹管的上、下游污水管道进行水力计算，确定了管道设计充满度和管内底标高，但是在倒虹管应用时，应基于计算得到的最小水面高差，对上下游管道管内底标高进行校正。在倒虹管标高计算时，应以下游污水管道（倒虹井出水管）设计水面标高为基准，附加倒虹管计算总水头损失及安全余量后，得到上游污水管道（倒虹井进水管）设计水面标高，再由上游污水管道设计充满度，即可计算得到上游污水管道管内底标高。
4、倒虹管路系统设计
污水倒虹管系统主要由前端沉泥井、倒虹进水井（含进水闸门井）、倒虹出水井（含出水闸门井）、倒虹管路系统、反冲洗系统及其他设施组成。前端沉泥井内设沉泥槽，用于沉降上游污水管线内污水所含的淤泥和杂质，减轻倒虹管道内沉泥淤积负荷，可根据实际水质条件设置1座或串联多座，加强预沉泥效果。倒虹进水井和出水井内分别设置检修室，用于检修或清淤时，关闭其中一条管道，另外一条管道的运行则不受影响。在倒虹进水井闸门井室内，设置DN200冲洗水管及快速接头，相应在倒虹出水闸门井内设置排泥底三通和排泥阀，便于管道冲洗使用，冲洗水源采用就近的中水水源。
图 5 污水倒虹管路系统剖面图
5、倒虹进水井和倒虹出水井详细设计
倒虹进水井由进水室和检修室组成，上游污水管道首先进入进水室，污水在进水室内混合、稳流后，通过倒虹管排入下游倒虹出水井。两条DN600倒虹管的起端均各自设置一台检修用圆闸门，闸门设手动启闭机一台，布置在操作平台上。操作平台净高1.8m，平台上的开孔采用钢盖板封闭，并焊接便于开启的扶手，便于检修或日常巡查时开启盖板。进水室另一侧为检修室，检修室内保持干燥，每根倒虹管配设一根DN200钢制反冲洗水管，下端与倒虹管相接，上端延伸出操作平台500高，并设置快速接头以便于冲洗水的衔接。
倒虹出水井结构形式与倒虹进水井类似，由出水室和检修室构成。在检修室内设置两套排泥底三通和排泥阀，每根倒虹管设置一套，井室内另设集水坑，用于管道冲洗时泄空管道内的冲洗废水，并通过集水坑内布置的临时潜水泵及软管提升至室外下游污水检查井。出水室内倒虹管出口设置检修用圆闸门，与倒虹进水井内的闸门配套使用，用于管道检修时关闭管路。
图 7倒虹进水井剖面图
图 9倒虹出水井剖面图
6、结论
通过污水倒虹管的实际应用工程案例，详细阐述了在平坦道路条件下，污水管道倒虹管设计的水力计算步骤和设计要点，并对污水倒虹管路系统提出了一种典型的布置方案。就污水倒虹管内时常出现淤积和堵塞的情况，本例中管道清通措施采用中水反冲洗的方案，在倒虹进水井和出水井内设置必要的检修闸门和冲洗水进水、排水措施，能有效减少倒虹管内的淤积量。同时，需要管网维护人员根据管道情况及时或定期进行清通，以确保污水倒虹管的正常运行。
参考文献：
[1] 孙慧修,郝以琼,龙腾锐.排水工程上册（第四版）[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:46-51.
[2]蒋柱武,黄天寅.给排水管道工程[M].上海:同济大学出版社,2011:140-145.
[3]廖志勇.浅谈市政道路污水管网改造设计[J].江西建材,2015,(11):7-8.
[4]刘文静.倒虹吸技术在水利工程中的应用[J].科技创新导报,2017,(20):42-43.
[5]张卫军,张智.北培区主城排水管网过河倒虹吸工程设计[J].市政技术,2009,27(5):482-484.
[6]张鹏飞.浅谈污水倒虹管在城市排水工程中的设计及应用[J].给水排水,2016,(11):166-167.
作者简介：
第一作者——何俐钢（1985-），男，工程师，主要从给排水设计工作。
第二作者——李金涛（1986-），男，工程师，主要从给排水设计工作。
论文作者:何俐钢1,李金涛2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/29
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