关于城市排水管网改造设计要点的分析与思考

我国城市化发展进程近年来较为迅速，相较于城市化率的不断提高，城市排水管网的建设则稍显落后，存在排水不畅、污水处置效率等一系列问题，进而影响城市功能的正常发挥。尤其在遇到强降雨和长期降雨天气出现大量排水需求时，城市排水管网的建设问题表现的更为明显，这也暴露出了我国在城市排水管网建设方面的问题。由此可见，对城市排水管网系统进行改造设计，实现城市排水管网的有序改扩建已经变得尤为必要。1城市排水管网设计现状当前我国城市排水的设计现状并不乐观，在设计过程中仍存在沿袭传统设计理念的问题，缺乏创新设计思想与可持续设计理念[1]。在传统设计理念下，城市排水和防洪设施的设计，为提高排水效率，常采用分流制排水体制，该体制没有同时考虑到城市径流面源污染控制和雨水资源利用需求，导致城市整体水质受到影响。其次，城市在进行排水管网设计时，还存在缺乏对突发事件处置的综合考虑。当前，城市排水系统常见爆管、污染、泄洪等问题，其中爆管是发生率最高的突发事件，而爆管这一问题与管道材质特性、管道老化和上方压力过大等密切相关，此外，出现上述问题还与排水系统资料不全、市政工程管道地下管线整体情况掌握不足等有关。最后，在城市排水管网设计过程中，还存在排水体制规划混乱的问题，具体表现为重视道路工程建设，忽视工程管线配套建设。且设计人员设计责任和任务划分不清，对排水设施存在的问题缺乏深入考量，导致处置突发问题的能力不足。2城市排水管网改造设计要点2.1核实并研究待改造管网资料完整的资料是开展城市排水管网改造设计的重要前提，设计人员应结合勘察现场和资料收集，全面获取城市排水管网改造相应的数据信息，在实际勘察与资料研读的基础上，制定出详细、针对性强的排水管网改造设计方案[2]。在具体核实和研究管网资料时，应做到以下几点：1)对搜集的数据信息进行统计，并与现实情况进行比对，当发现二者不相符时，要及时根据实际情况加以调整；2)是强化对隐蔽性强的排水管网信息的核实，以施工管网图纸为基准，多次核对与平面方位、边坡、管径、深度和水流走向等相关的技术参数，同时要评价各区域排水管道使用现状，节省管网改造成本，提升改造质量。2.2结合工程实际设计相应的改造施工方案某城市片区存在生活污水排水管网改造升级需求，主要对生活污水处理厂配套管网进行改造，深入勘察地形及研究工程资料可知，该工程部分管段埋深较深，且部分管侧道路需要满足通行要求，同时存在高压线路，因此不能随意迁改，也不能采用放坡明挖方式，经综合研究决定，采用顶管法施工方式，选择Ⅲ级钢筋混凝土钢承插管(F型)作为主管材[3]。在确定施工方式的基础上，工程人员对管材管径、埋深等加以确定，其中W37-W36-W35段管径、埋深分别为DN1000、8.7m～9.6m。工作井为W36，接收井为W35和W37，并严格控制顶进方向和长度，其平面和纵剖面图见下图1、2。同时设计人员要重点做好该排水管网改造布线与城市地下管线综合布线之间的协调设计，发挥城市管线综合效益。此外，设计人员还要关注施工过程中可能出现的问题，结合以往的工程经验，联合施工人员，对施工方案与细节进行全面优化，尤其对于隐蔽工程，更要强化细节设计，通过形成专项施工方案和质检方案的形式，保证城市排水管网改造设计与施工之间有序衔接，避免出现严重的质量问题。图1管段平面布置图图2管段纵剖面图2.3优选排水管网建材在改造设计管材、管道基础及接口形式的基础上，设计人员要优选排水管网建材。严格按照管材选择的基本原则加以选取，保证排水功能可正常发挥。1)要考虑排水管强度，按照外部荷载、内部水压的承压要求，对排水管材强度进行测定和比对；2)要关注排水管道是否具备抵抗污水杂质冲刷和抗磨损的性能，在选择管材时，主要应考虑其耐海水侵蚀、抗盐碱地腐蚀性能[4]；3)选择的排水管道建材应具有良好的不透水性能，避免污水渗出或地下水渗入，由此可降低污染地下水、腐蚀其他管线等问题出现的概率；4)要选择内壁光滑的管道材料，以有效减轻水流阻力，同时应遵循就地取材原则，减少工程成本。此外，对于需要使用到的混凝土材料和钢筋材料等也要严格进行质量把关，制定材料进场前专项质量检测方案，杜绝使用不合格的建材。2.4做好排水管网的新旧分区、衔接设计2.4.1做好分区改造设计1)新城区排水管网改造设计，新城区在排水管网设计时，已经具备了雨污分流体制设计理念，设计标准远高于老城区。但随着城市规模的不断扩大，污水量在不断提升，导致污水管逐渐达到最大设计充满度。此外，影响排水管道设计的因素还包括径流系数的选取以及暴雨强度公式的修订等。基于此，在对新城区进行排水管网改造设计时，应把握以下要点：①详细分析现有的排水系统。对于待改造的管网而言，其设计标准基本偏低，需要重视设计参数和设计标准的严格执行。如暴雨重现期的设计，若设计不合理，将导致出现雨水积涝现象。由此，设计人员必须高度重视对排水管网系统的全面分析，及时发现需要改进的问题；②严格制定排水管网设计标准。不同城市对排水管网的设计标准要求存在差异，例如，上海市、合肥市要求市政道路污水管管径最小应分别为d600mm、d500mm。对雨水管道设计重现期方面的要求也有所不同，因此要根据地区差异合理执行设计标准；③选择高质量的建材。根据建设部文件即《建设部推广应用和限制禁止使用技术》可知，在选择排水管网材料时，要严格按照上述要求执行，可选择使用的材料主要包括高密度聚乙烯双壁波纹管HDPE、硬聚氯乙烯双壁波纹管PVC-U、硬聚氯乙烯环形肋管PVC-U等，但在实际选择材料时，还是要严格检验材料质量，若为机动车道，则应以钢筋混凝土管为主，若为非机动车道或绿化带，则主要应选用HDPE、玻璃钢夹砂管等塑料管；④要根据地质情况，了解出现的塌陷等问题，在分析原因的基础上，要重点做好管道基础处理设计，若选用的改造方式为非开挖施工方式，则要在设计方案中强调注浆加固的重要性。2)老城区排水管网改造设计，在城市老城区，常采用的传统的排水管网模式为合流制，这种模式在应用过程中呈现出一系列的问题。在对其具体改造设计时，应关注以下要点：①结合实际情况和投资难度，将其改造成分流制，这种较为彻底的改造方式能达到有效的雨污分流处置目的，同时分流后的污水可集中至污水处理厂加以处理，减少环境污染[5]；②对部分合流管予以保留，将其改造成截流式合流制。对于可以发挥效用的合流管道予以保留，同时将截流水管布设在城区周围水体周边，实现对合流污水的有效截留处理。此外，在对截流制进行改造设计时，还要考虑到老旧城区存在较大的内涝风险，布置截流管道时，应按照分支管道、干道、主管道进行布置。设计人员应根据管网布设情况和城市管网建设要求，逐步将截流式合流制转变为分流制；③强化对溢流混合污水的末端收集处理。可通过采用细筛过滤、水体沉淀等方法，实现对排水管网溢流的混合污水的针对性处理；④考虑到部分区域土壤具有一定的渗透性，且地下水位相对较低，在进行改造设计时，应侧重选用可提高地表土壤持水能力和渗透能力的管网布设方式，实现对水体径流量大小的控制，从而使得溢流混合污水总量在合理范围内；⑤结合海绵城市建设要求与建设措施，不断提升排水管网改造质量。基于此，设计人员要全面勘察城市现有的储水区域、装置等，可改造老旧小区的道路绿化带、道路铺装等，同时优化水净化装置，实现对排水管网压力的有力减轻。2.4.2做好新旧管网的衔接在对城市排水管网进行优化设计时，除了要针对性的进行新城区和老旧城区的改造设计之外，还涉及到部分新旧管网的衔接设计。设计人员要做好前期的全面勘察，了解新旧管网衔接存在的问题和改造设计需求，要重点做好管网的清淤疏导与防渗修复工作，同时要结合实际情况进行评估，合理进行补强加高处理，确保新旧管网衔接顺畅，且衔接质量达标。要重视做好管网疏通工作，若长期忽视排水管网的疏通，将导致城市给排水系统中排水管路出现严重积水现象。因此，在进行排水管网改造设计时，要将管网清淤、防渗恢复等作为重点工作之一，避免后续渗流现象等的发生，确保城市排水系统可长期稳定发挥效益。最后，在进行新旧管网衔接设计时，还应关注的一个重点为科学管理市政管网高程。以往的市政排水管网改造建设常忽视新建管道与现状管网高程的匹配与否问题，导致城市排水管网质量和效益不佳。2.5提升排水系统应急处理能力在城市排水系统运维过程中，常见的质量问题之一为爆管，针对该问题，设计人员要做好对排水管网系统的信息化建设，及时获取最新的管网信息，做好重大事故预警等工作，以有效避免发生爆管等严重事故。此外，泄洪能力不足也是城市排水管网常见的问题之一，设计人员也要善于利用高科技手段，对最大降水量等进行科学测定，同时同步获取市政管网排水能力相关指标参数，据此对排水管道标准系数加以调整，使得排水管网的泄洪能力在相对较高的水平。再者，城市排水管网系统还可能导致水体污染，针对这一问题，设计人员要联合技术人员建立一套严密的水体污染监测系统，对城市污水管道负荷进行精准测算，及时发现和预警管道淤积、渗透泄露等问题，并对雨污分流去向等进行监测，确保雨污分流到位。在上述操作下，城市排水管网系统的应急处理能力将大大提升，进而可发挥出排水系统的综合效益。2.6优化排水系统排污功能对城市排水管网进行改造设计，设计人员要将排水系统的排污功能作为重点改造优化设计对象。规划排水管网时，应综合雨污收集、处理、利用等环节，对现有的排水管道体制进行改造，将现有的雨、污水合流制或不完全分流制系统逐渐转变为完全的分流制系统。基于此，可实现对不同水质的有效雨污分流与处理，在科学处理和雨污分流的基础上，将高效利用雨水，进而可避免出现洪涝灾害。研究传统的城市排水管网规划方法可知，在各河系下游、城市郊区常见污水处理厂，这种布局方式可能会导致污水处理厂距再生水用户较远，需要铺设大量回水管网，进而增加投资成本。考虑到减少投资成本和发挥污水处理厂效益的综合要求，设计人员可建设较为大型的污水处理厂，充分发挥其规模效益。最后，城市排水管网改造设计人员还要关注雨水口的合理改进。基于此，要联合技术人员对区域内地势、汇水面积等进行测量，据此判断雨水口基本情况。同时，要全面考虑道路积水速度，对现行标准进行调整，使得雨水口数量得以合理增加。对于高速公路立交桥等存在较大倾角变化的部位，在设置雨水出水口时，应设置在上游路面等侧向倾角变化较大的部位，据此可提升检查井的降雨采集能力，为后续的雨污分流、