針對新建給排水管線接入現(xiàn)狀市政管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與思考

袁曉宇，劉曉天，劉克達(dá)，王旭陽

（天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司，天津市 300051）

1 項目背景

天津市寶坻區(qū)九園規(guī)劃環(huán)路由于部分路段受拆遷問題影響而暫停施工，以致給水和排水管線并未全線連通。由于近期征地問題已得到妥善解決，需重新對該缺失路段進(jìn)行建設(shè)，該路段的給排水管線設(shè)計需結(jié)合最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、地塊需求和上下游管線的對接要求，在保證充分利用原工程資源的前提下，結(jié)合現(xiàn)勢情況的新要求，合理、高效、穩(wěn)定地實現(xiàn)給排水管網(wǎng)的接入和運營。

2 工程設(shè)計

2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的選擇

2.1.1 給水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)天津市寶坻區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃：

（1）公建用地用水量指標(biāo)：公建0.008 m3/（m2·d）（建筑面積），用水量0.27 萬m3/d。

（2）工業(yè)用地用水量指標(biāo)：一類工業(yè)0.4 萬m3/（km2·d），用水量0.48 萬m3/d。

（3）其他用水量取上述用水量的20%，本單元總用水量0.90 萬m3/d。

同時，逐步完善供水系統(tǒng)，為確保供水安全可靠性，規(guī)劃區(qū)內(nèi)給水管網(wǎng)系統(tǒng)采用環(huán)狀管網(wǎng)方式布置，并要求在道路上每隔120 m 設(shè)置一處消火栓，以滿足消防要求，給水管線結(jié)合控規(guī)單元主次道路規(guī)劃設(shè)計。

2.1.2 排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2.1 雨水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

式中：q 為暴雨強度（L/s·ha）；F 為收水面積（ha）；ψ 為徑流系數(shù)；該工程取0.5。

寶坻區(qū)屬于第III 區(qū)設(shè)計，參考天津市第III 區(qū)暴雨強度公式[1]：

式中：P 為重現(xiàn)期，采用P=3 a；t 為降雨歷時（min）；t=t1+t2；t1為起點集水時間，取10 min；t2為管內(nèi)雨水流行時間（min）。

2.1.2.2 污水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

污水量標(biāo)準(zhǔn)的確定與居住人數(shù)、生活用水量標(biāo)準(zhǔn)及用地性質(zhì)有關(guān)。此次設(shè)計污水量采用面積比流量法計算，即：

式中：Q 為設(shè)計管段的本段流量（L/s）；F 為設(shè)計管段服務(wù)的街區(qū)面積（hm2）；KZ為生活污水量總變化系數(shù)；q0為單位面積的本段平均流量，即比流量（L/（s·hm2）），根據(jù)生活污水量核算，該工程比流量取0.4。

2.2 設(shè)計方案的確定

2.2.1 給水設(shè)計方案

給水工程設(shè)計范圍與道路工程一致。主要設(shè)計內(nèi)容為配合九園規(guī)劃環(huán)路道路建設(shè)，新建市政給水管線及相關(guān)給水附屬設(shè)施。

2.2.1.1 給水水源

本工程區(qū)域內(nèi)給水接自南側(cè)興安道市政給水管線，沿規(guī)劃環(huán)路進(jìn)行供水。

2.2.1.2 管線布置

沿道路東側(cè)自北向南敷設(shè)單排DN300 給水管線，自興安道現(xiàn)狀DN300 市政給水管線接入，接至規(guī)劃環(huán)路北側(cè)已建DN300 給水管線，接入點給水管線位于道路中心線以西11.0 m 處，設(shè)計給水管線位于道路中心線以東11.0 m 處。

2.2.2 排水設(shè)計方案

排水工程設(shè)計范圍與道路工程一致。主要設(shè)計內(nèi)容為配合九園規(guī)劃環(huán)路道路建設(shè)，新建市政雨、污水管線及道路收水設(shè)施。

2.2.2.1 雨水設(shè)計方案

（1）排水出路

本工程區(qū)域內(nèi)雨水經(jīng)擬建九園規(guī)劃環(huán)路雨水管線收集后排入相關(guān)河道和接入下游興安道現(xiàn)狀雨水管線。

（2）管線布置

規(guī)劃河道北側(cè)沿道路東側(cè)自北向南敷設(shè)單排d800-d1000 雨水管線，最終向南排入規(guī)劃渠；規(guī)劃渠南側(cè)雨水管線自北向南敷設(shè)單排d600-d1000 雨水管線，最終接入下游興安道現(xiàn)狀d1000 市政雨水管線。雨水管線位于道路中心線以東13.5 m 處。

2.2.2.2 污水設(shè)計方案

（1）排水出路

本工程區(qū)域內(nèi)污水以規(guī)劃河道劃分，分別向南北兩個方向匯集。規(guī)劃河道北側(cè)污水向北接入北側(cè)已建污水管線，規(guī)劃河道南側(cè)污水接入興安道現(xiàn)狀d400 市政污水管線。

（2）管線布置

規(guī)劃河道北側(cè)污水管線沿道路東側(cè)自南向北敷設(shè)單排d300 污水管線，規(guī)劃河道南側(cè)污水管線沿道路東側(cè)自北向南敷設(shè)單排d400 污水管線。污水管線位于道路中心線以東16.0 m 處。

2.2.2.3 海綿工程設(shè)計方案

本次雨水設(shè)計采用海綿城市- 低影響開發(fā)技術(shù)，同時結(jié)合天津市的氣候、土壤、土地利用等條件，選取適宜本項目的低影響開發(fā)技術(shù)和設(shè)施，主要包括透水鋪裝、環(huán)保型雨水口[1]。

本工程采用全透水鋪裝的人行道設(shè)計，為了排除人行道透水鋪裝下滲的雨水，人行道下設(shè)置盲管，盲管收集下滲雨水后分段就近接入雨水檢查井。

本工程采用環(huán)保型雨水口收水，環(huán)保雨水口是控制城市面源污染的海綿設(shè)施，在小雨時能夠凈化初期雨水，大雨時不影響其過流能力，具有承重性能強，雨水凈化能力高效、安裝維護(hù)便捷等特點。

2.3 管線設(shè)計

2.3.1 給水管線設(shè)計

給水管線采用DN300 及DN200 聚乙烯（PE）PE100 型管材，公稱壓力1.0 MPa，管線配件采用聚乙烯管專用配件，管件公稱壓力PN 不小于1.0 MPa。聚乙烯管材、管件應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第2 部分：管材》（GB/T 13663.2—2018）和《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第3 部分：管件》（GB/T 13663.3—2018）的規(guī)定。

當(dāng)給水主管線位于污水預(yù)埋支管以下時，根據(jù)《室外給水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013—2018）7.4.9 要求[2]，需在給水主管線與污水預(yù)埋支管交叉處敷設(shè)鋼套管，該鋼套管材質(zhì)為Q235B，并滿足鋼套管伸出交叉管的長度，每端不得小于3 m 的要求。

2.3.2 排水管線設(shè)計

本工程雨水管線管徑為d300～d1000 mm，采用承插口鋼筋混凝土管，管材等級不低于二級。

本工程污水管線管徑為d300～d400 mm，采用承插口鋼筋混凝土管，管材等級不低于二級。

鋼筋混凝土管應(yīng)符合國標(biāo)《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB 11836—2009）；鋼筋混凝土管設(shè)計要求出廠前每一根管線均進(jìn)行打壓試驗，合格后填寫合格證書方可使用；下管前應(yīng)對管線進(jìn)行檢驗，管身不得有裂縫，筋的連續(xù)缺損不得超過兩條，管口不得有破損、裂口、變形等缺陷[3]。符合標(biāo)準(zhǔn)的管材方可作為施工用管。

2.4 管線開槽及回填設(shè)計

2.4.1 給水工程

2.4.1.1 管線開槽

給水管線位于道路清表范圍內(nèi)，管線施工前先進(jìn)行道路清表500 mm，清表后本工程給水管線設(shè)計埋深1.0～2.5 m，采用放坡開挖。當(dāng)開挖深度H≤2 m，建議放坡坡比1∶0.5；對于開挖深度2 m＜H≤3 m，建議坡比1∶1；實際開挖坡比可根據(jù)實際土質(zhì)情況及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗調(diào)整?；娱_挖時采用分層開挖，嚴(yán)禁超挖。

2.4.1.2 溝槽回填

（1）溝槽回填從管底基礎(chǔ)部分到管頂以上50 cm范圍內(nèi)，必須采用人工回填；管頂50 cm 以上部分，可采用機械從管線軸線兩側(cè)同時夯實；每層回填高度應(yīng)不大于20 cm。

（2）溝槽應(yīng)在管線兩側(cè)分層對稱回填，嚴(yán)禁單側(cè)回填，回填材料的每層虛鋪厚度為200 mm。采用機械回填時，機械不得在管線上行駛。

（3）給水管線水壓試驗前，除接口外，管線兩側(cè)及管頂以上回填高度不應(yīng)小于0.5 m，水壓試驗合格后，應(yīng)及時回填溝槽的其余部分。

（4）在管線設(shè)計土弧基礎(chǔ)范圍內(nèi)的腋角部位，必須采用中粗砂回填密實，與管壁緊密接觸，不得用土或其他材料填充。回填范圍不得小于設(shè)計支承角180°，回填密實度應(yīng)達(dá)到不小于95%。

明開塑料管線溝槽回填詳見圖1 所示。

圖1 明開塑料管線溝槽回填示意圖

2.4.2 排水工程

2.4.2.1 管線開槽及溝槽排水

本工程排水管線設(shè)計埋深1.5～3.5 m，采用放坡開挖：當(dāng)開挖深度H≤2 m，建議放坡坡比1∶0.5；對于開挖深度2 m＜H≤3 m，建議坡比1∶1；對于開挖深度3 m＜H≤3.5 m，應(yīng)采用分級放坡，每級坡比在1∶1。實際開挖坡比可根據(jù)實際土質(zhì)情況及當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗調(diào)整?；娱_挖時采用分層開挖，嚴(yán)禁超挖。

收水支管采用反開槽施工，即在路基施工完成后開槽下管，溝槽回填嚴(yán)格按照道路要求恢復(fù)[4]。

2.4.2.2 溝槽回填

（1）溝槽回填從管底基礎(chǔ)部分到管頂以上50 cm范圍內(nèi)，必須采用人工回填；管頂50 cm 以上部分，可采用機械從管線軸線兩側(cè)同時夯實；每層回填高度應(yīng)不大于20 cm。

（2）溝槽應(yīng)在管線兩側(cè)分層對稱回填，嚴(yán)禁單側(cè)回填，回填材料的每層虛鋪厚度為200 mm。采用機械回填時，機械不得在管線上行駛。

明開混凝土管線溝槽回填詳見圖2 所示。

圖2 明開混凝土管線溝槽回填示意圖

2.5 管線綜合設(shè)計

由于本工程給水和排水管線同時建設(shè)，因此給水和排水的預(yù)埋支管會對其他的管線產(chǎn)生可能的交叉和碰撞。根據(jù)《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》（GB 50289—2016）的管線豎向布置原則[5]，需盡量保證給水管線敷設(shè)在排水管線的上方并滿足管線豎向凈距布置和預(yù)埋支管覆土設(shè)計的要求，同時在盡量不改變主管線高程的前提下最大程度減少管線的埋深。由于雨污水管線的設(shè)計受現(xiàn)狀已建雨污水管線高程的限制，部分預(yù)埋雨污水支管的高程需要布置在給水管線的上方并可以通過增設(shè)鋼套管的方式來防止污水對給水主管線可能造成的水質(zhì)污染。

3 新建管線接入現(xiàn)狀市政管網(wǎng)分析

3.1 對現(xiàn)狀市政管網(wǎng)系統(tǒng)的影響及可能產(chǎn)生的問題

由于本項目新建給排水管線距現(xiàn)狀市政管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)時間較長，且周邊待建用地地塊為現(xiàn)狀農(nóng)田屬于未完全開發(fā)區(qū)域，在給水系統(tǒng)方面，需要考慮管網(wǎng)連接成環(huán)狀系統(tǒng)后各節(jié)點水壓和節(jié)點流量的二次分配問題，而不至于造成每個環(huán)狀系統(tǒng)水頭損失閉合差過大而影響輸水效率，同時水質(zhì)需要在系統(tǒng)轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)點強化處理來保證系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的穩(wěn)定可靠，而地塊未來的用水需求則需要進(jìn)一步進(jìn)行論證以便在實際建設(shè)中如何更加有效率的使用各節(jié)點分配的水量；在排水系統(tǒng)方面，由于涉及上下游管線內(nèi)部高差的對接在設(shè)計階段已完成，如何使未來地塊待建雨水和污水的排放量以滿足管線可以承擔(dān)的設(shè)計流量而不至于造成混排甚至最終形成管線混接則成為今后管線定期檢測、運營管理的重點問題。另外，部分位于給水主管線之上的污水預(yù)埋支管，其保護(hù)鋼套管的定期檢查、維護(hù)和保養(yǎng)則對給水水質(zhì)防止污染起到重要的保障作用。

3.2 幾種優(yōu)化的策略

基于對水量、水壓、水質(zhì)、高程的控制以及系統(tǒng)未來可能進(jìn)行水力建模的需求，現(xiàn)提出幾種系統(tǒng)改進(jìn)策略以便應(yīng)對后期功能實現(xiàn)的需要。

（1）由于待建管線長度較短，可將給水管線就近合并進(jìn)相關(guān)系統(tǒng)作為枝狀管線考慮，以減輕給水管網(wǎng)平差計算的負(fù)擔(dān)。

（2）調(diào)研在實現(xiàn)新建排水管線連通后排水下游接入主管線運營一年的實際情況，分析建設(shè)前后現(xiàn)狀主管線實際增加的負(fù)擔(dān)并采取諸如管線修復(fù)、限制地塊外排水量、增設(shè)海綿措施以提高雨水收集效率等軟性改進(jìn)措施。

（3）新建地塊接入系統(tǒng)預(yù)埋給排水管線的高程需要在新建地塊給排水管線設(shè)計之前統(tǒng)一協(xié)調(diào)地塊設(shè)計起點的覆土、埋深、坡度，并確定合理管材下的管徑，以便不出現(xiàn)水流逆行并同時降低水頭損失。

3.3 未來運營和管理的思考

各類管線在建設(shè)完成后的管理無論是從系統(tǒng)角度還是從獨立地段的角度都需要形成完備而齊全的流程化制度，以便對各種可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況做到及時、高效而準(zhǔn)確的判斷和分析。諸如此類長期統(tǒng)計形成的數(shù)據(jù)、圖表和日志備份將會對未來各類管線優(yōu)化建設(shè)以及模型開發(fā)的成本、效率、實施效果起到基礎(chǔ)性的物質(zhì)保障。當(dāng)發(fā)達(dá)的運營和管理模式可以穩(wěn)健操作數(shù)個年度并可最大程度應(yīng)對極端狀況時，其基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)反映的歷年真實狀況的記錄將會是應(yīng)對未來管線系統(tǒng)任何優(yōu)化和改進(jìn)最有利的支撐。

4 結(jié) 語

任何新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)的銜接都會對原有系統(tǒng)的運行模式帶來一定程度的沖擊和改變，但這并不意味著新的系統(tǒng)無法通過各種優(yōu)化的措施使其很好地與舊系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合。相反，復(fù)雜系統(tǒng)的存在對于解決未來各種次生問題有著更強大的背景依托，也更利于系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)化和開發(fā)，這是在任何工程設(shè)計和實踐運行中都需要著力不斷向前延伸的一個環(huán)節(jié)。