太原半坡东街及都司街雨水顶管设计方案分析

侯 强，李 欣

(1.太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002; 2.太原市城乡规划设计研究院，山西 太原 030002)

近年来，府西街、半坡东街等道路，每逢太原降雨，均有不同程度的积水。半坡东街、都司街雨水方涵除(府西街—半坡北巷)段外均于二十世纪五六十年代修建，年代较为久远，淤积严重，标准低、过流量不足，经现场调查多为合流，同时都司街方涵末端与水西关街D3 500 mm雨水管未完全连通。半坡东街现状方涵断面为B×H=2 400 mm×1 500 mm，都司街现状方涵断面为2孔B×H=2 400 mm×1 400 mm。现因市政排水管网逐年完善改造，路面硬化，汇水面积、径流系数增大、设计标准提高、末端连通等原因，致使现有管涵过流量严重不足，同时现状方涵局部为雨污合流，需进行雨污分流改造，故对半坡东街、都司街排水管线进行改造。

1 工程概况

半坡东街、都司街位于太原市府西街和水西关街之间，南北走向，道路规划红线宽度为20 m。其中，现状半坡东街起点为府西街，终点为羊市街，长度560 m，现状车行道宽7 m；都司街起点为羊市街，终点为水西关街，长度400 m，现状车行道宽12 m。本次半坡东街、都司街雨水工程设计路由为半坡北巷到水西关街，从半坡北巷至羊市街，羊市街东折入都司街，沿都司街至水西关街然后西折至水西关街1号井。全长约913.5 m。

2 现场条件分析

半坡东街(府西街—半坡北巷)为2013年实施工程，该段雨水方涵断面为B×H=3 400 mm×1 600 mm，坡度为1.5‰；羊市街(半坡东街—都司街)段现状雨水方涵断面为2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度为0.8‰，为半坡东街、都司街预留规划断面因客观原因未实施，仍然是旧的，断面小、埋深浅的雨水方涵；供热公司先于道路和排水管线改造，对都司街供热管线完成更新，敷设于机动车道内，挤占了规划的雨水方涵和污水管位置；现状道路路面7 m～12 m，现状地下管线密集，有电力排管、电力管沟，自来水、热力管线；周边建筑老旧，部分沿街建筑侵占入道路红线，拆迁困难，附近高层建筑有残联大厦，都司广场等。

3 依据的排水规划

根据太原市城乡规划局《关于水西关街改造雨水工程方案的规划意见》(2016年)，半坡东街、都司街雨水排除由城南退水渠系统调整为水西关街泵排系统，通过新建断面为B×H=2 700 mm×1 800 mm-2根D3 500 mm的雨水管涵，雨水由东向西至汾河公园接入水西关街泵站进水闸门井，提升后排入汾河，泵站规模24 m3/s。

本项目符合批准的太原市城市总体规划、最新的规划意见，并在此基础上进行了工程设计。

4 工程设计

根据相关规划和方案批复意见，半坡东街，都司街雨水排除为水西关街泵排系统，最终由水西关街泵站抽排入汾河。半坡东街(半坡北巷—羊市街)现状雨水方涵断面为B×H=2 400 mm×1 500 mm，都司街现状雨水方涵断面为2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度约0.8‰，均建于20世纪50年代，多为合流，破损老化严重，淤积严重，过流量不足，经资料分析及现场调查，本次设计废除半坡东街、都司街原有雨水方涵，切断与南海街雨水管涵的联系，确保雨水能顺利进入水西关街系统。本次按照新的雨水排水标准，重新设计[1]。

4.1 设计标准及参数

排水体制采用雨、污分流制[2]。

暴雨强度计算公式：

其中，雨水设计重现期：P=3 a，暴雨强度q的单位L/(s·hm2)。

径流系数：ψ综合=0.65。

4.2 工艺方案比选

根据最新的排水标准要求，充分利用羊市街、水西关街末端接管点高程以及避让现状管线高程交叉，提出以下方案：方案一：雨水排除采用方涵断面形式，大开挖施工，经计算，半坡东街断面尺寸为B×H=2孔3 800 mm×1 600 mm，坡度约0.8‰，埋深为2.45 m～2.83 m；都司街断面尺寸为2孔B×H=2 400 mm×1 500 mm，坡度为3.0‰，埋深为4.24 m～7.86 m。此方案高程条件苛刻，方涵坡度受限。由于道路狭窄、管线密集、方涵断面较大，开挖空间不足，地下水位高等原因需做专项支护。同时考虑到周边建筑老旧，供热和电力排管、管沟要保留利用，实施难度大，对周边建筑影响危害较大。方案二：雨水排除采用圆管断面形式。主线采用顶管施工，转输上游雨水，经计算，半坡东街、都司街雨水管管道均采用D3 000 mm雨水管，坡度为1.5‰～2.0‰，埋深为8.42 m～9.09 m。此方案主线顶管施工，水力条件较好，可以改善上游和整个区域排水水力条件，对周边建筑影响较小。但局部需做工作、接收井，同时在工作、接收井附近涉及到管线改迁。但整体顶管对周边建筑影响较小，同时配合做好周边老旧建筑的沉降监测，做好应急预案。

4.3 工艺方案确定

考虑到现状道路较窄，地下管线密集，方涵断面尺寸较大，供热和电力排管、管沟要保留利旧，周边建筑多为老旧小区等因素，如果采用大断面雨水方涵开挖施工，实施难度大，对周边建筑影响较大，因此本次雨水设计推荐方案二，采用主线D3 000 mm顶管。

4.4 工艺方案设计

1)平面布置。根据管线综合规划，本次设计半坡东街雨水管位于路中以西2 m，都司街雨水管位于道路路中。

主线雨水管线设计起点位于半坡东街与半坡北巷交叉口，在现状B×H=3 400 mm×1 600 mm方涵处设置智慧分流井一座，分流原方涵内污水后，布置工作井，沿道路由北向南顶管，至半坡东街、羊市街路口，东折后至羊市街都司街路口，然后沿都司街由北向南顶管至都司街水西关街路口，西折后接入水西关现状D3 500 mm雨水井。

智慧分流井通过下开式堰门、限流闸门、超声波液位计以及一整套液压、电气控制系统来实现。通过雨量和水位控制，实现小雨时，污水和初期雨水均收集进入污水系统，大雨时，保证雨水不进入现状污水系统，不影响现状污水系统的正常运行以及保证周边建筑不发生倒灌。

为保证主线收集上游转输来水，主线顶管段需与半坡东街现状B×H=3 400 mm×1 600 mm，羊市街B×H=2 400 mm×1 500 mm、水西关街B×H=2 700 mm×1 400 mm雨水方涵连通。本次设计管径为D3 000 mm，总长度为913.5 m。其中半坡东街段D3 000 mm，L=460 m，羊市街段L=53 m，都司街段L=385 m，水西关街段D3 000 mm，L=15.5 m。为保证主线收集上游转输来水，主线顶管段需与半坡东街现状B×H=3 400 mm×1 600 mm，羊市街2 400 mm×1 500 mm、水西关街2 700 mm×1 400 mm雨水方涵连通。本次设计管径D3 000 mm，总长度为913.5 m。其中半坡东街段D3 000 mm，L=460 m，羊市街段L=53 m，都司街段L=385 m，水西关街段D3 000 mm，L=15.5 m。

2)竖向设计。雨水管线设计坡度尽量与道路同坡。设计高程主要受末端水西关街D3 500 mm雨水管高程、上下游接管点高程等控制。雨水管埋深在8.42 m～9.09 m，纵坡1.5‰～2.0‰。

4.5 顶管结构

1)沉井设计[3]。顶管井采用沉井设计。其中,Y-1，Y-3和Y-6采用矩形工作井，尺寸为9.6 m×5.6 m，Y-2和Y-7采用矩形接收井，尺寸为6.5 m×4.8 m，Y-4采用圆形接收井，直径为6.5 m，Y-5采用圆形工作井，直径为9.6 m。

2)顶管围护设计[4]。沉井支护采用桩径600 mm，间距350 mm，搭接250 mm的高压旋喷桩，最外侧旋喷桩内插HW-400型钢，插一跳一。采用双管法工艺，水泥浆液压力大于25 MPa，流量大于30 L/min，气流压力大于0.7 MPa。采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比(质量比)0.8～1.2之间，可根据实际情况适当加入外加剂及掺合料。

具体工作井、接收井结构围护见图1～图4。

5 结语

目前该工程已实施完工，雨季运行良好。本工程的实施对完善水西关街雨水系统和整个区域的排水安全起着至关重要的作用；同时本工程是紧跟新规范新标准，改善管涵水力条件，满足新时代城市排水防涝要求的必要举措；本工程通过起端和沿线设置智慧截留井进行雨污分流改造，是解决区域雨污分流，减少污水入河道，改善人居和生态环境的有效措施；解决历史遗留问题，彻底解决关键节点“卡脖子”问题。