大連西中島石化園區(qū)雨水明渠系統(tǒng)設(shè)計

陸峰峰，周乃磊

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津市300074）

大連西中島石化園區(qū)雨水明渠系統(tǒng)設(shè)計

陸峰峰，周乃磊

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津市300074）

雨水系統(tǒng)是保障城市正常運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。介紹了模塊式明渠系統(tǒng)在大連市西中島石化園區(qū)雨水工程中的應(yīng)用，分析了模塊式明渠在該園區(qū)的獨特優(yōu)勢，對設(shè)計、施工過程中的關(guān)鍵點進(jìn)行了總結(jié)，可為類似石化園區(qū)的雨水工程提供參考。

雨水明渠；石化園區(qū)；模塊式明渠

1　工程概況

西中島石化園區(qū)位于大連長興島臨港工業(yè)區(qū)，石化園區(qū)規(guī)劃范圍為西中島全島和長興島西北部石化片區(qū)，總占地面積為110 km2。其核心區(qū)域為西中島，面積95 km2，石化產(chǎn)業(yè)用地62.1 km2。園區(qū)以煉油、乙烯、丙烯、合成橡膠等石化項目為主。

園區(qū)雨水工程以保護(hù)區(qū)域水環(huán)境、保證園區(qū)運行安全可靠為總原則，按照規(guī)劃遠(yuǎn)期規(guī)模進(jìn)行設(shè)計。園區(qū)內(nèi)統(tǒng)一采用明渠收集清凈雨水，在市政道路兩側(cè)綠化帶內(nèi)分別設(shè)置一排雨水明渠，收集道路兩側(cè)地塊及道路路面內(nèi)的雨水，就近自流排入園區(qū)內(nèi)的1#、2#、3#等河道，最終排入渤海灣，見圖1。各廠區(qū)內(nèi)受污染的含油雨水、初期雨水應(yīng)排入獨立的處理系統(tǒng)，不得排入市政雨水明渠。

圖1　雨水明渠系統(tǒng)布置圖

2　明渠優(yōu)勢分析

城市雨水管渠作為城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著及時排除城市內(nèi)雨水、避免內(nèi)澇的功能。城市雨水工程設(shè)計中一般采用暗埋管道，極少采用明渠，因管道埋在地面以下，管道上部地面可作為車行道、人行道或綠化帶，上下部的功能互不干擾，且節(jié)約城市用地。暗埋管道布置較為靈活，而明渠只能布置在道路兩側(cè)的人行道外，位置比較固定。敞開的明渠不利于汽車及行人的安全。此外道路兩側(cè)外露的明渠景觀效果較差，易于堆積垃圾，不便于環(huán)衛(wèi)工人清理。

本園區(qū)以石油煉化為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，需要考慮防火、防災(zāi)等特殊要求，同時園區(qū)地處沿海新吹填區(qū)域，傳統(tǒng)工藝難以適應(yīng)此種地質(zhì)條件。從設(shè)計、施工、造價、運行管理等角度綜合比較，明渠比管道更具有針對性的優(yōu)勢，故本工程最終采用了明渠方案。

2.1采用模塊化設(shè)計

一般明渠常用的材質(zhì)主要有漿砌塊石、現(xiàn)澆鋼筋混凝土。漿砌塊石明渠具有粗糙系數(shù)大，易滲漏的缺點，現(xiàn)澆鋼筋混凝土具有造價高、施工進(jìn)度慢的缺點。本工程為節(jié)省工期及保證工程質(zhì)量創(chuàng)新性的設(shè)計了模塊式的明渠。設(shè)計人員根據(jù)計算確定的明渠尺寸設(shè)計了若干種規(guī)格的鋼筋混凝土明渠模塊，規(guī)格（底寬×深度）主要有：0.4m×0.8m、0.4m×1.0m（見圖2）、0.5m×1.5m、0.8m×1.5m、0.8m×2.0m、0.8m×2.3m，模塊均為梯形斷面型式，邊坡為1：0.5。模塊一次設(shè)計完成后，編成標(biāo)準(zhǔn)圖冊，園區(qū)后期工程中均要求統(tǒng)一參考使用。

明渠模塊根據(jù)工程需要的規(guī)格和數(shù)量預(yù)先在工廠內(nèi)預(yù)制完成，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場直接進(jìn)行安裝。采用預(yù)制模塊安裝的方式比在施工現(xiàn)場砌筑的方式大大加快了工程進(jìn)度。模塊出廠前均逐個進(jìn)行外觀質(zhì)量、尺寸偏差、抗?jié)B性、混凝土強度等必要指標(biāo)進(jìn)行檢驗，只有檢驗合格的產(chǎn)品才能進(jìn)場安裝，確保工程質(zhì)量全面滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)。

2.2模塊化明渠可有效適應(yīng)不均勻沉降

明渠標(biāo)準(zhǔn)模塊長度為1.5m，模塊之間的連接方式采用企口連接，接口處設(shè)置膨脹止水膠帶，同時在兩塊模塊連接處設(shè)置4根加強連接螺栓，保證所有模塊連接后形成一個整體，見圖3。通過以上技術(shù)措施可以讓模塊化明渠有效的適應(yīng)地基的不均勻沉降，且能保證不滲漏。

圖3　明渠模塊連接圖

2.3水力條件好

在水流斷面面積、水力坡降、粗糙系數(shù)相同的條件下，本工程明渠的過流能力明顯大于管道，經(jīng)計算過流能力平均約高21%。

若園區(qū)雨水工程采用管道，管道末端管徑大、埋深深，出水口很難做到自由出流，主要為淹沒出流，有的甚至需要增設(shè)泵站才能排出。在淹沒出流的情況下，管道受下游河道水位頂托，實際流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原先設(shè)計確定的管道流量。而明渠埋深較淺，出水口出的渠底高程都在河道規(guī)劃洪水位之上，均能做到自由出流，不會出現(xiàn)排水不暢的情況。因此采用明渠排除雨水的效率及可靠性更高。

2.4利于園區(qū)生產(chǎn)安全

盡可能降低安全風(fēng)險一直是石化園區(qū)需要重點考慮的問題之一。園區(qū)內(nèi)各種油氣管道設(shè)備較多，若采用傳統(tǒng)暗埋雨水管道，可燃易爆的氣體、液體滲入雨水管道后，油氣逐漸積聚，遇到明火，或者管道內(nèi)氣體達(dá)到一定濃度后將產(chǎn)生連鎖的大范圍的爆炸、火災(zāi)等嚴(yán)重事故。此種安全隱患普遍存在且不易發(fā)現(xiàn)。

本工程從保障石化園區(qū)生產(chǎn)安全的角度出發(fā)，借鑒國內(nèi)石化園區(qū)的安全事故案例，園區(qū)內(nèi)均不采用重力流暗埋管道，污水采用壓力流系統(tǒng)輸送，雨水即采用明渠排放，梯形斷面明渠易于空氣的流通擴(kuò)散，不存在氣體積聚爆炸的危險，而液體泄漏進(jìn)入明渠也易于發(fā)現(xiàn)并及時處理。

當(dāng)園區(qū)內(nèi)發(fā)生泄漏事故時，泄漏的液體會通過雨水明渠流入河道，從而會造成島內(nèi)河道、島外海域的大規(guī)模污染和次生環(huán)境災(zāi)害。為杜絕上述危害，設(shè)計考慮在明渠三通及末端設(shè)置閘門。閘門配套手電兩用啟閉機，采用就地與遠(yuǎn)程兩種控制方式。在緊急狀態(tài)下，閘門可由公共應(yīng)急處理中心遠(yuǎn)程關(guān)閉，進(jìn)行有效的分區(qū)隔斷管理，確保河道、海域不受污染。雨水明渠系統(tǒng)的建設(shè)為實現(xiàn)園區(qū)管控一體的應(yīng)急管理系統(tǒng)打下了堅實基礎(chǔ)。

2.5減少施工難度和費用

根據(jù)地質(zhì)勘查報告顯示，場地現(xiàn)狀大部分為吹填區(qū)域，地基土以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂為主，承載力較低，地下水位較高，土質(zhì)透水性強。開槽深度若超過3m則普遍出現(xiàn)溝槽成槽困難、降水困難、地基失去承載力、流砂等不利情況，會極大的減慢工程進(jìn)度，且需要增加額外的工程費用。因此本工程開槽深度不宜太大，而明渠施工的的開槽深度在1～2.5m范圍內(nèi)，減少了上述不利情況的出現(xiàn)，節(jié)省了溝槽降水、基坑支護(hù)、地基處理等費用，同時也減少了溝槽開挖、回填的土方工程量。

3　設(shè)計、施工中需要注意的關(guān)鍵問題

3.1與園區(qū)豎向規(guī)劃相結(jié)合

明渠的走向和高程與園區(qū)的豎向規(guī)劃有重要關(guān)系，明渠設(shè)計對地形的要求比管道更嚴(yán)格，地勢若存在局部隆起則會造成穿越隆起處的渠段深度過大，上部敞口過寬，且上部增加的深度、寬度不在設(shè)計過水?dāng)嗝鎯?nèi)均無法有效利用，這種情況下采用明渠便不經(jīng)濟(jì)合理。因此園區(qū)在規(guī)劃豎向高程時，在結(jié)合現(xiàn)狀地形、滿足防潮排澇功能的前提下，規(guī)劃將地形坡向河道方向，規(guī)劃道路的縱斷坡向與明渠的排水流向保持一致，明渠的起終點之間避免出現(xiàn)隆起或下凹的地勢。整個園區(qū)以規(guī)劃3.2與管線綜合設(shè)計相結(jié)合

河道處為最低點，兩河道中間為最高點，園區(qū)內(nèi)無低洼易積水點。企業(yè)地塊內(nèi)的雨水經(jīng)內(nèi)部支渠順地勢排入道路兩側(cè)的干渠，道路兩側(cè)的干渠順地勢直接排入河道。

石化園區(qū)埋地管線種類主要有給水、工業(yè)海水淡化水、再生水、照明電纜，架空管線為電力、電信、工藝管道、燃?xì)夤艿赖?，在明渠設(shè)計時須與其他管線協(xié)調(diào)好相互的平面、豎向關(guān)系，避免日后造成矛盾沖突。所有埋地、架空管線均布置在道路兩側(cè)的綠化帶內(nèi)，車行道下不布置任何管線。為便于收集道路路面雨水，明渠布置在道路兩側(cè)靠近側(cè)石處，其他管線再往外布置。

當(dāng)埋地管線與明渠交叉時均從明渠下部穿越?？紤]到有些管線可能會晚于明渠實施，為避免日后管線施工時對明渠造成破壞，依據(jù)管線綜合設(shè)計凡是從明渠下部穿越的管線應(yīng)和明渠同步實施，按先深后淺的順序施工。

4　結(jié)語

城市雨水工程中大規(guī)模采用明渠的工程實例很少，西中島石化園區(qū)雨水工程采用明渠的設(shè)計方案解決了傳統(tǒng)的暗埋管道難以解決的幾個關(guān)鍵難題，得到了規(guī)劃部門、建設(shè)單位、石化企業(yè)的一致認(rèn)可。雨水明渠系統(tǒng)的采用實現(xiàn)了雨水工程高效、安全、節(jié)約、易于管控等目標(biāo)，為實現(xiàn)石化園區(qū)“建設(shè)世界一流的煉化一體化產(chǎn)業(yè)基地”的總體規(guī)劃目標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

圖2　明渠模塊橫斷面圖（以0.4m×1.0m為例）（單位：mm）

TU992.2

B

1009-7716（2015）01-0087-02

2014-09-23

陸峰峰（1983-），男，江蘇南通人，工程師，從事市政給排水設(shè)計工作。