对现状市政污水主干管品质提升改造设计的探究

李鹏鑫

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

城市污水主干管作为城市区域污水转输的主通道，对存在转输瓶颈、结构性缺陷、重力流管道坡度逆坡的污水主干管进行品质提升改造，是保障市政污水支管收集的污水有效转输的重要工程措施，是保障污水高浓度有效转输至污水处理厂实现提质增效的重要一环，是推进河涌流域综合整治全面稳定提升河涌水质的重要依托[1]。

1 现状污水管网问题分析

（1）金沙洲93%的纳污面积所产生的污水需通过环洲三路DN1000—DN1100 污水主管转输到金沙洲污水提升泵站，但目前环洲三路污水主管运行较差，根据管网检测报告可知，目前环洲三路污水主管存在24 处结构性缺陷，养护单位先后对环洲三路污水主管进行了5 处重大结构性缺陷修复，在清疏、修复过程中发现修复现状缺陷又不断出现沉降、塌陷、断裂等新的结构新缺陷，日前在金沙洲路与环洲三路路口新增一处结构性缺陷，地面已经开裂塌陷。环洲三路污水主管一旦出现结构性缺陷，将严重影响整个金沙洲污水收集转输，环洲三路污水主管停水抢修，抢修前泵站提升规模约为2.4 万t/d，抢修期间泵站提升规模约为0.35 万t/d。

（2）金沙洲广佛高速以西片区内的所有排水单元的污水都是通过金沙洲路DN800 污水管传输至环洲三路DN1000 污水管道中，目前金沙洲路污水主管运行较差，根据管网检测报告，目前金沙洲路污水主管存在10处结构性缺陷，但金沙洲路为金沙洲主干道，金沙洲路（环洲二路~礼传东街）段道路中线有地铁六号线平行架空，且交通流量大，管道缺陷修复实施比较困难，现状污水管主管经过复核现状过流能力不能满足旱季污水量的需求。

根据管网检测报告，目前金沙洲路（环洲四路~环洲三路）DN800 污水管存在结构性缺陷7 处，功能缺陷11 处，其中三级以上结构性缺陷2 处，三级以上功能性缺陷11 处，已不能满足污水主管传输功能，基本都是满水运行状态，养护单位局部修复和清疏后可作为污水支管使用[2]。

（3）金沙洲广佛高速以西北片区内的所有排水单元的污水都是通过环洲五路DN600—DN800 污水管传输至金沙洲路DN800 污水管道中，目前环洲五路污水主管运行较差，环洲五路尚未移交管养，根据正在进行的污水管道检测可知，环洲五路污水主管存在多存结构性缺陷，且该管段下游传输管道为金沙洲路污水主管，管道缺陷修复实施比较困难，现状污水管主管经过复核现状过流能力不能满足旱季污水量的需求。

（4）现状金沙洲广佛高速以西片区及金沙洲路以东片区污水主通道为环洲三路污水主管，环洲三路污水主管在与金沙洲路交叉口西南处DN800 污水管，由于原污水管位与供整个金沙洲岛的110kV 电力管标高冲突，在电力实施过程中污水管遭到破坏，修复后所有经过该段管传输的污水均需雍高水位通过，该段成为一处污水传输瓶颈。

（5）金沙洲区域地质情况较差，污水主管大部分敷设在淤泥层。金沙洲现状污水管道包括污水主干管及支管，大部分为塑料管，污水主干管管道埋深达到4~8m，污水管道被挤压变形、破损、渗漏普遍存在，管道及检查井存破损处地下水将泥沙带入污水管道中，形成管道及检查井周边空洞，最终造成管道沉降并引起路面塌陷，泥沙将造成管井淤积。严重影响污水收集率，影响交通安全。

2 污水主干管品质提升改造工程的任务

（1）将现状污水主通道修复打通。

（2）对部分污水管道过流断面不足的管段，升级改造污水管道或新建污水通道实施分流。

（3）对污水主管有病害的管段实施修复。

（4）对现状污水主管实施保护措施。

3 品质提升改造设计方案

（1）沿环洲三路（金沙洲路—藤业二路）—藤业二路（环洲三路—金沙洲泵站）在现状污水主管管位上新建d1000~1350 污水管道，既能解决环洲三路现状污水主管过流能力不足，又能一次性解决环洲三路污水主管需反复抢修问题，保障片区污水有效传输，污水不再溢流河涌。

（2）沿金沙洲路（环洲五路—礼传西街）—礼传西街（金沙洲路—礼传一街）—礼传一街（礼传西街—金沙洲路）现状污水管位敷设d1000 污水管：既能分流现状金沙洲路DN800 污水主管污水，满足片区旱季污水量的有效传输，又能保证在金沙洲路污水主管事故时段金沙洲广佛高速以西片区内的所有排水单元的污水能有效传输至环洲三路污水主管，保证污水不溢流河涌。现状礼传西街、礼传一街均为污水管道均为DN300污水支管，在现状污水管位上实施分流主管，节约地下空间，可实施性强，现有排水单元污水管能保持现状接入。

（3）沿金沙洲路（环洲三路~环洲二路）DN300 污水支管管位上新建d800 污水管接入环洲二路、彩滨路污水管网品质提升改造工程拟建d1000 污水管，最终接入藤业二路现状污水提升泵站，利用环洲三路在建d800 污水管组成新的南北排水通道。既能避开环洲三路污水主管在与金沙洲路交叉口西南处污水通道瓶颈，保障上游污水有效传输，又能在环洲三路主通道发生重大结构性病害时能作为备用通道，传输南北向污水，同时满足解决环洲三路以西片区污水传输能力不足，分流环洲三路污水的功能，沿线改造现状结构性病害污水管道，提高污水收集率[3]。

4 施工方法

4.1 施工方法比选

由于是在现状市政道路下实施，不适放坡开挖施工。目前非开挖施工主要为顶管和牵引管施工，污水管道为重力流，且管径比较大不适合牵引施工。故仅对支护开挖施工和顶管施工两种方式进行比选[4]，如表1 所示。

表1 施工方式比选

根据地质资料显示，工程范围内需进行地基处理段占比较大，部分管段位于中砂层，综合考虑，采用支护开挖施工方式。

4.2 施工方法的确定

（1）污水管道埋深较深，在现状道路实施部分采用支护明挖施工。

（2）检查井内上下游主管连接采用管顶平接。支管接入采用管顶平接或跌水接入。支管设计在有标高富余的情况下，适当加大污水支管设计坡度。

5 地基处理与施工方案

5.1 地基处理

埋地敷设段，管道埋深5.35~8.39m。对于管道地基承载力特征值不小于100kPa 段，检查井地基承载力特征值不小于120kPa 段，不需要进行地基处理，采用原状土天然地基；对于地基承载力特征值小于100kPa段，采用软基处理。

混凝土管管道基础采用15cm 碎石砂垫层+C20 混凝土180°基础。

5.2 施工方案

采用直槽开挖时应及时支撑，以免槽壁失稳出现塌方，影响施工，甚至造成人身安全事故。在地质条件较好，当开挖深度＜1.5m 时，采用挡土板支护；开挖深度≥1.5m 并＜3.0m 时，采用槽钢支护；当开挖深度≥3.0m 时，采用拉森钢板桩支护，桩入坑底按埋深0.8~1.0 倍并>3m。如果土质较差，用以上方法出现坍塌现象，应及时通知设计现场确定支护方式。

6 工程重点难点分析

本次工程重点难点为在现状道路下实施污水管道，需考虑对现状其他管线进行保护，需考虑避免过交叉路口现状交通的大范围影响，需考虑过河涌对现状河涌的影响，需考虑穿过地铁对地铁的影响。

针对以上重点难点，敷设管道尽量利用现状污水管位，以及敷设管线较少的机动车道下方，在地铁范围内的采用对地铁影响最小的支护开挖施工，过交通量大的路口采用夜间施工、河涌采用围堰施工[5]。

7 管材选择论证

污水管道属于城市地下永久性隐蔽工程设施，要求具有很高的安全可靠性。在污水工程中，管道工程投资在工程总投资中占有很大的比例，而管道工程总投资中管材费用占比较大。因此，合理选用管材非常重要。

7.1 管材的要求

排水管材必须满足一定的要求，才能保证正常的排水功能。①必须具有足够的强度，以承受外部的荷载和内部的水压。②必须具有耐冲刷、耐磨损的作用，并具有抗腐蚀性能。③内壁必须整齐光滑，使水流阻力尽量减少。④必须不透水，以防止污水渗出或地下水渗入，而污染地下水或腐蚀其他管线、建筑物基础。⑤应尽量就地取材，并考虑预制管件及快速施工的可能，减少运输和施工费用。

7.2 各类管材的比较

（1）金属管材（主要指钢管、球墨铸铁管、灰口铸铁管等）。机械强度大，可承受很高的压力，管件制作、加工方便，适用于地形复杂地段或穿越障碍等情况。但突出的问题是管道的腐蚀及其防护，且综合造价较高。

（2）普通的钢筋混凝土管材（主要指一级、二级离心钢筋混凝土管）。使用时间最长，适用场合最广泛，价格便宜，性能稳定，目前仍是排水行业的最主要的管材。

（3）加强的钢筋混凝土管材，主要指三级离心钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝管、预应力钢筒混凝土管（PCCP 管）。利用钢筋使混凝土内产生预应力，从而提高管材的承截力。具有节约钢材、抗震性好、使用寿命长等特点。但工作压力有限，自重大，运输安装不便，管子破损率较高，管承口的不规则圆易导致接口漏水，管配件需用钢制件转换。

（4）合成材料管材（主要指UPVC 加强筋管、HDPE管、FRPP 等）。合成材料管材是兴起的新材料、新技术，它主要指UPVC 加强筋管、HDPE 管、FRPP 管等。该类管材的特点主要有：材质轻，比重小，便于运输与施工安装；内壁光滑，耐腐蚀性强，适用于中、小管径。

（5）砖砌排水管渠。砌沟渠，它抗蚀性比较好，可就地取材，施工方便，但当断面小于800mm 时就较不易施工，而且施工时间比预制钢筋混凝土管的长。

（6）钢筋混凝土排水管渠。对于断面尺寸较大的排水管渠，宜采用钢筋混凝土管渠，它施工时间短，价格便宜、使用寿命长，是最常见的排水管渠管材。

7.3 决定管材选用的综合影响因素

决定管道材料选择的影响因素很多，主要包括以下因素。

施工方法。包括打开挖、维护开挖、顶管、沉管及非开挖（如管道牵引）等施工方法；管材管径及单根管节长度；管道埋深及地下水状况；施工现场具体情况；施工周期；地质状况；回填质量；管材的物理性质；管道接口形式及止水密封性能；管道综合价格（包括管材、运输及施工等）以及其他影响因素。

7.4 管材选取

根据广州市污水管道材料使用效果，结合污水工程的具体情况，工程管道材料的采用建议如下。

（1）对于有条件开挖施工的管材，并考虑日常维护使用的方便，推荐采用Ⅱ级钢筋混凝土管、球磨铸铁管。

（2）顶管施工段采用Ⅲ级钢筋混凝土管、球墨铸铁管。

7.5 工程目标与效果

消除横沙涌、沙贝涌、象拔咀涌河涌黒臭，提高污水处理厂进水氨氮浓度，氨氮年平均浓度达到23.6mg/L。工程实施后能保障城中村横沙村、沙凤村、金域蓝湾、城西花园、以及汇海花园、星海花园、瀚海花园、江悦湾、保利金沙、保利西子湾以及恒大绿洲等排水单元污水收集后的转输，根据与现状金沙洲污水提升泵站现状提升规模对比，工程实施效果至少完成新增污水收集1.5 万t/d[6]。

8 结语

市政污水主干管的品质提升实施对缓解河涌水环境污染状况有积极的促进作用，作为一项重要的城市基础设施的升级改造，具有良好的社会效益和环境效益。对城市发展战略，具有深远的意义和影响。