凹型倒虹管的设计要点与实例分析

水利技术监督 2012年第1期 ·46· 理论研究 凹型倒虹管的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要点与实例分析 冉贞俊 1 张传雷 2 （1.深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳 518000；2.深圳市水务工程质量监督站，深圳 518036） 【摘要】 水务一体化后，城市水务工程设计、施工、监督管理中常遇到倒虹管。城市排水管道遇到障碍物，如 穿过河道、铁路等地下设施时，管道不能按原有坡度埋设，而是以下凹的折线方式从障碍物下通过， 这种管道称为倒虹管。本文介绍了倒虹管的前期工作及设计要点；并结合某城市水处理厂配套截污干 管工程实例从三个方面进行了分析；在发挥倒虹管穿越障碍物作用的同时，设计上还应充分考虑其走 线合理、排水顺畅、维修方便、经济安全等因素。 【关键词】 倒虹管；设计流速；冲洗；实例 【DOI 编码】 10.3969/j.issn.1008-1305.2012.01.015 【中图分类号】 TU992 【文献标识码】 B 【文章编号】 1008-1305（2012）01-0046-03 一个城市的发展，离不开城市配套基础设施的 建设。城市的排水管网系统是城市正常运行的关 键。如今，城市化进程越来越快，地下管网往往跟 不上地面建筑的进程。基础设施建设跟不上新城区 建设的发展，特别是污水处理厂，往往滞后于城市 建设，这使得新城区的排水管网还必须通过旧城区 进行污水处理。而新建城区与旧城区之间通常有一 些天然或人为的屏障隔断，如：河流、洼地、山涧 等。此种情况下的排水管要通过障碍物时，则需要 采用倒虹管，这样倒虹管便成了穿越天然屏障连接 新旧城市管网的桥梁，是城市水务工程中不可缺少 的一部分。 1 设计前期工作 排水管渠在遇到河流、洼地、山涧等障碍物时， 不能按原有的坡度埋设，而是以下凹的折线方式从障 碍物下通过，这种管道称为倒虹管。虽然倒虹管的定 义简单明了，但在实际工程中，倒虹管的设计却是很 复杂的，需要考虑的问题很多，所以前期准备工作是 很必要的。前期准备工作主要有以下四个方面。 （1）通过排水量确定倒虹管的大小和根数。 （2）确定倒虹管穿越障碍物的大致位置，选 定的穿越位置必须对整个管网是可行、有利的。判 定是否可行、有利的标准主要有两点：一是选择此 位置不会引起排水管网的过大迂回；二是过障碍物 后排水管道能继续按原有管道的埋深坡度继续敷 设前行，并能顺利到达目的地。 （3）在选好穿越位置后对倒虹管穿越障碍物 处的地形环境进行实地测量。测量的目的是要选择 倒虹管的穿越线，使其距离近，有较好的施工工作 面，从而减少倒虹管的设计长度和降低施工难度。 （4）对选择好的穿越线地下的地质情况进行详 细勘探。目的是了解倒虹管穿越线下的地质情况， 一是看穿越线下是否有不利顶管施工的地质，如穿 越位置处是否有岩石等坚硬物；二看是否对障碍物 会造成不利影响，如河道的河床位置等；然后对探 测数据进行可行性分析后确定倒虹管的穿管深度。 2 设计要点分析 倒虹管的设计应从实际工程出发，对具体工程 做具体分析。穿过城市的河道河提一般都进行了河 提加固，加固后的河道大多成矩形，所以穿过城市 河道的倒虹管多为凹型倒虹管，凹型倒虹管同样由 进水井、管道及出水井三部分组成，其设计要点讲 作者简介：冉贞俊（1977 年-），男，本科，助理工程师。 水利技术监督 2012年第1期 ·47· 理论研究 究的是走线合理、排水顺畅、维修方便、经济安全。 （1）设计倒虹管走线。确定倒虹管的路线时， 应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长 度，并应选择通过河道的地质条件好的地段，不易 被水冲刷地段及埋深小的部位敷设。 （2）设计倒虹管的条数。设计穿过河道的倒 虹管一般不宜少于两条，当近期水量不能达到设计 流速时，可使用其中的一条，暂时关闭一条。穿过 小河、旱沟和洼地的倒虹管，可敷设一条工作管道。 当穿过特殊重要构筑物（如地下铁道）的倒虹管， 应敷设 3 条管道，其中 2 条工作，1条备用。 （3）设计倒虹管管径。倒虹管的管径应通过 流量流速计算确定，设计污水为合流管道时，设倒 虹管应按旱流污水量校核流速。但最小设计管径不 应小于 200mm。 （4）管材、管长、埋深设计。倒虹管管材选 用一般采用金属管或钢筋混凝土管；倒虹管水平管 的长度应根据穿越物的形状和远景发展规划确定； 倒虹管的水平管的管顶距规划的河底一般不宜小 于 0.5m，通过航运河道时，应与当地航运管理部门 协商确定，并设有标志，遇到冲刷河床应采取防冲 措施。 （5）倒虹管的流速设计。因倒虹管的清通比 一般管道困难得多，因此在设计时必须尽量完善， 并采取各种措施来防止倒虹管内污水的淤积。在设 计流速时最好采用 1.2～1.5m/s，在条件困难时可 适当降低，但不宜小于 0.9 m/s，且不得小于上游 管道内的流速。当流速达不到 0.9 m/s 时，应采用 定期冲洗措施，但冲洗流速不得小于 1.2 m/s。 （6）倒虹管进出水井的设计。倒虹管进出水 井应设在不被洪水淹没的地方。进出水井内应设闸 槽或闸门。在进水井内还应设有冲洗取水点。倒虹 管进出水井应设置检修室，检修室净高宜为 2m。当 进出水井较深时，井内应设检修台，其宽度应满足 检修要求。当倒虹管的设计流速达不到 0.9 m/s 时， 还应在进水井内设置定期冲洗装置。并且在每个检 修室顶部都应设人孔进入，地面检修孔应设井口和 井盖。 （7）沉泥槽。凹型倒虹管进水井和进水井的 前一检查井内，均应设置沉泥槽，沉泥槽的设置深 度一般为 0.5m。 （8）事故排出口。进水井应设事故排出口， 当需要检修倒虹管时，使上游废水通过事故排出口 直接排入水体。如因卫生要求不能设置时，则应设 备用管线。但在有 2 条以上工作管线的情况下，当 其中 1 条发生故障，其余管线在提高水压线后并不 影响上游管道正常工作仍能通过设计流量时，也可 不设备用管线。 3 凹型倒虹管的实例分析 某工程为一个城镇污水处理厂配套截污干管 工程。在该镇城区有两条河流，与城市纵横交错， 将城镇分为三大片。该设计的污水处理厂配套截污 干管工程的截污干管服务全镇 80%以上，排水按合 流管道设计，设计排水总量为 25 万 t/d，总的设计 截污干管长度约为 24km，其中有三处截污干管采用 凹型倒虹管穿过城区河流。河道宽约 50m，河床底 深约 3.5m。 按相应的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 设计要求，结合实际选择其中一 处倒虹管为例进行设计。由于排水管道按合流制设 计，所以最后应按旱流污水量校核流速。此处倒虹 管上游管径 D =1000mm，设计坡度 I =0.8‰, 按漫 流设计,最大排水量Q =874.3L/s。流速V =0.96m/s。 经计算此处的旱流污水量为 320 L/s。 选用两根D700的倒虹管,在雨季时两根同时使 用，每根承担流量 Q =437.15L/s，在旱季时只开启 一根。倒虹管长度为 52.6 m。 （1）倒虹管的截面面积 A： 385.0 4 7.07.014.3 4 π 2 =××== DA (m2) （2）流速 V ：V =Q/A=437.15/（1000×0.385） =1.14 m/s＞0.9 m/s,同时 1.14 m/s＞0.96 m/s。 经速度验证设计合理。 （3）水力半径 R： 175.0 π 503.0 === DP AR (m) （4）坡降 i： 00226.00.014 2/1 0.666 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= R Vi （5）倒虹管沿程水头损失 Hy ： Hy =iL = 0.00226×52.6=0.1187 (m) （6）倒虹管进出水口的局部水头损失 Hj ： 099.0 8.92 14.10.1 8.92 14.15.0 22 222 22 2 11 =××+××=+= g V g VHi ξξ (m) （7）总水头损 H ： H = Hy +Hj = 0.1187+0.099=0.2177 (m) 因考虑一定的安全系数，设计采用的静水压力 为 0.3 m。 （8）旱流污水量校核流速。 水利技术监督 2012年第1期 ·48· 理论研究 旱流污水量为 320L/s 时，只用一条倒虹管工 作，流速 V = Q/S =0.32/0.385=0.83 m/s＜0.9 m/s。 则需要设计冲洗流速大于 1.2m/s 的冲洗装置。 （9）冲洗装置设计。 由于该倒虹管处河道平常最低水位高出上游 管管顶 1m，所以为了节约冲洗用水量，采用了引入 河道水对倒虹管进行冲洗。具体设计为在倒虹管顶 部设计引入管分别与两根倒虹管连接，在两根连接 管上分别装设阀门，在引入管上装设闸门对冲洗水 进行控制。根据△H = 1.0m 计算冲水管流速 V = (2g·△H )0.5=4.4m/s，冲洗管选用 D400，冲洗流 量为553 L/s，求得倒虹管内的冲洗流速为V 冲=1.44 m/s＞1.2m/s，满足设计要求。 （10）凹型倒虹管实例图。 图 1 凹型倒虹管过河道平面大样图 图 2 凹型倒虹管过河道纵断剖面图 4 结 语 如今城市化进程在不断加快，从平原地带逐步 延伸到地形复杂地带。这使得倒虹管在城市化进程 中起着举足轻重的作用，它是连通城市地下管线的 桥梁，贯穿新旧城市的命脉。由于倒虹管都在极其 复杂的地下，与一般的管道相比体现出了两大难 点，一是施工难、二是清通难。所以在设计倒虹管 的时候应特别注意，在发挥倒虹管穿越障碍物作用 的同时，也要充分考虑走线合理、排水顺畅、维修 方便、经济安全的诸多因素。 参考文献 [1] 给水排水设计手册(第五册城镇排水).中国建筑工业出版.第 2 版,2004 年 4 月 1 日 [2] 室外排水设计规范.GB50014-2006