排水管网模型（精选8篇）
排水管网模型 篇1
摘要：从分析城市排水管网模型与GIS集成的必要性入手, 介绍管网模型与GIS集成常用方式, 提出利用组件式GIS的方法进行系统集成, 并对系统的目标和结构进行初步探讨, 为后续研究提供一定的借鉴作用。
关键词：排水管网模型,地理信息系统,集成
引言
城市排水管网系统是城市重要的基础设施, 其任务是收集和输送城市污水和城市降雪、融雪产生的径流, 具有保护环境和城市减灾双重功能。建设完善的城市排水管网并进行科学的管理, 是创造现代化城市良好的生存环境, 保持其可持续发展的必要条件[1]。
1排水管网模型与地理信息系统
排水管网模型是对实际排水管网系统原型的抽象与概化, 旨在各种模拟情境下, 根据城市流域的降雨径流规律和排水管网汇流规律, 利用现代水文学、水力学知识模拟城市排水管网系统的特性, 在可接受的精度范围内, 复制出现实情况下排水管网系统的基本性能[2]。
地理信息系统 (Geographic Information System, 简称GIS) 是一个用于管理、分析和显示地理信息的系统。其有四主要功能:信息获取与输入、数据存储与管理、数据转换与分析和成果生成与输出。地理信息可以通过一系列地理数据集来表达。而地理数据集则通过使用简单的、普通数据结构来为地理信息建模。GIS包含了一套用于处理地理数据的综合工具, 从多个角度来理解地理信息系统是如何处理地理信息的。
2模型与GIS集成的必要性
GIS经过几十年的发展经历了不同的阶段。特别是近年来, GIS向空间决策支持系统的发展, 使其更加依赖模型的分析、模拟功能。GIS与应用模型的集成已经成为GIS进一步发展的重要前提和现代化GIS发展水平的重要标志。GIS与专业模型的高效集成, 既可发挥GIS在空间操作上的优势, 又可弥补GIS专业分析功能的不足。但由于GIS与模型一般是独立的, 相互兼容性成为集成的关键技术问题, 同时空间数据的复杂性增加了集成的难度。
2.1传统应用模型的缺陷
专业领域的模型由于其自身发展的特点, 往往很难与GIS系统数据有效地连接起来, 实现数据模型参数的自动采集、处理以及模拟结果的可视化表达, 这是因为:
2.1.1模型所要求的数据存储结构以及内部数据结构一般都不为GIS所接受, 很难直接把模型集成到GIS中。2.1.2模型开发者对GIS的功能和缺陷缺少认识, 很少能充分利用GIS的空间分析能力进行模型的构造。2.1.3模型结构固化, 难以调整及融入新的技术和方法。2.1.4模型参数自动化赋值程度不够, 缺乏关于某些参数对模拟结果的可能影响程度的分析。2.1.5模型的基本假定与方法并未作为整个模型的一个有效成分, 不利于用户对模型的选择和使用。
2.2 GIS空间分析功能的不足
GIS软件系统不具有能同时处理空间数据和时间数据的结构化可变性以及建立和检验过程模型的算法可变性。这些不足表现在:
2.2.1目前的GIS缺乏时序分析能力, 这种能力是许多模型所必需的。2.2.2不同系统通常采用Import/Export方式交换数据, 包括文件转换、管道操作以及远程调用等, 但是大多数GIS的数据转换功能都不足以连接外部的分析和模拟软件或模型, 因为它们通常采用不同的数据结构。2.2.3目前的GIS在空间和时间的插值和采样方面还很薄弱, 缺乏有效的空间数据统计分析方法。
2.3数据品质对集成系统的影响
2.3.1在目前许多的GIS数据库中, 数据精度与质量还不完全可知。2.3.2数据的时间和空间尺度与分辨率通常难以满足不同模型的需要。2.3.3模型和GIS间总是需要数据的转换, 然而由于模型和GIS通常都选取了不同形式和结构的数据, 有时候这种转换很难实现, 从而影响到数据的可用性。
3管网模型与GIS集成方式
地理信息系统集成分为两个层次, 一是地理信息之间相互关系的概念层次集成, 侧重于地理信息的空间分析;二是不同数据和模型间的组织和管理的技术层次集成[4]。
GIS与模型常见的集成方式大致有四种:
3.1并列式集成方式
即GIS系统与应用模型两者之间不直接发生联系, 只通过中间模块传递转换数据, 代价较低的同时效率也较低, 用户必须在两个独立的软件系统间切换, 交互式设定数据的流向。
3.2嵌入式集成方式
以GIS为核心, 利用系统命令语言 (GIS二次开发语言) 建立驱动程序, 将应用模型嵌入其中。这种方式的集成要求系统开发人员必须理解模型运行的全过程并对其进行合理的分解, 还要掌握一门GIS二次开发语言, 因此开发负担较重。
3.3动态链接库 (DLL) 集成方式
将专业模型、GIS和其他应用模块作为一个DLL嵌入到模型中。该集成应用具有动态性、可扩充性, 但不足是必须遵守OLE通讯协议的环境下运行。
3.4基于组件部件式集成
将若干部件集成在一起像搭积木一样构造软件系统是计算机行业长期以来一直期望的。这种被称为构件技术的方法不仅可以节省时间和资金, 提高工作效率, 而且使得应用程序更加稳定和可靠, 使软件的可配置性、可扩展性、开放性更强, 易于二次开发。目前, 被广泛接受的构件技术标准主要有Microsoft的COM/DCOM和OMG的CORBA。
4基于组件GIS的系统总体设计
本文采用基于组件部件的集成方式, 利用可视化的开发语言VB 6.0及ESRI公司的组件工具Arc Objects实现GIS与排水管网模型的集成。
4.1系统设计目标
一个完整的包含管网模型的集成系统应具有以下功能:a.模型所需数据的采集与处理;b.模型数据的存储与有效组织;c.模型的运行以及结果的应用分析;d.模拟结果的显示与多种方式的表达。
4.2系统结构
GIS与管网的水力水质模型相连接后, 水力及水质模型可以调用GIS属性数据库中的相关数据对数据进行模拟、分析和计算, 并将模拟结果存入GIS属性数据库, 通过GIS将模拟所得的数据与空间数据相连接[5]。管网地理信息系统框架图如图1所示:
5结论建议
5.1利用面向对象的高级编程工具VB将管网模型与GIS集成, 开发出管网的信息管理平台, 可以满足日益增长的排水管网管理的需要, 对科学理性的建设和管理城市排水系统具有重要的意义。
5.2本文对集成平台系统的设计进行了初步的探讨, 对后续的研究工作具有一定的借鉴作用, 并将继续完善和更深入的研究。
参考文献
[1]周玉文, 赵洪斌.排水管网理论与计算[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.
[2]刘翔.城市雨洪关系分析与模拟[D].南京:河海大学, 2005.
[3]杨晓玉.GIS与模型集成的空间离散方法研究[D].南京:南京师范大学, 2002.
[4]张健挺, 万庆.地理系信息系统集成平台框架结构研究[J].遥感学报, 1999, 3 (1) :77-83.
[5]严煦世, 刘遂庆.给水排水管网系统[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002
[6]耿庆斋.基于GIS的水质模型集成研究与水环境信息管理系统开发[D].南京:河海大学, 2004.
排水管网模型 篇2
道路排水管网设计与敷设
城市道路的.雨水管线应平行于道路的中心线或规划红线.雨水干管一般设置在街道中间或一侧,并宜设在快车道以外,当道路红线宽度大于60m时,可考虑沿街道两侧作双线布置.
作 者：解大为 作者单位：合肥市排水管理办公室,安徽,合肥,230001刊 名：中国新技术新产品英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS年，卷(期)：“”(16)分类号：U4关键词：城市 排水 管网 设计
城市排水管网系统改造技术 篇3
1.1 城市排水管网系统的新旧层次突出
排水管网的质量和设计在很大程度上制约着城市排水系统的工作效率及其使用年限。现在仍有部分城市使用明清时期、解放前的排水设施，如故宫的排水系统为明清时期修建的排水明沟和暗沟以及新中国成立后修建的污水管线，历经将近600年，许多地下管网仍在发挥重要作用。我们不否认这套设施的可取之处，但面对城市化的发展，有些设施已经存在超负荷工作的情况，当然城市的相关主管部门也对管道进行了更换，这便造成了城市排水管网系统新旧层次突出的问题。城市排水管网系统新旧层次突出的现状在满足排水量需求的同时，对新管道的施工、旧管道的维护、新旧管道接口处理、城市排水网系统整体规划设计、与其他城市设施的协调工作等都提出了较高的要求，亟待进一步的研究分析。
1.2 城市排水管网系统的低效管理
我国的大部分城市仍然沿用传统的、依靠设计图纸和工程经验的管理模式，管理水平较低，相关的技术法规不够完善，缺少城市排水管网系统数字化管理的技术规范。城市的排水管网数据资料的管理方式也因存储方式的多样化，既分散又不系统化，而且这些数据资料因缺乏有效的处理方法，对排水管网的流量特征、分流合流和上下流关系等问题无法进行更为可靠的分析，只能通过主观判断和简单推理。除此之外，城市排水管网系统管理对应急事故的调度手段过于苍白无力。2012年7月21日下午，北京遭遇61年来最大暴雨，整个北京市的交通瘫痪，79人遇难，城区95处道路因积水断路，莲花桥下积水齐胸，平均降雨量达164毫米，虽然当日上午工作人员已对个别容易发生积水的路段进行抽水，降低水位，却依然发生了严重的积水问题。可见，提高城市排水管网系统的管理水平也是改造技术的关键一环。
1.3 城市排水管网系统的资源浪费
面对城市发展与环境保护问题的日益突出, 城市排水管网在完成正常使用的需求量下, 还应该考虑资源的循环和相关设施的建设。现有的城市排水管网系统对城市所排出的工业废水、民用污水和降雨的处理大抵能达到设计标准, 但由于其对城市排水管网系统的工作缺乏更为全面的认识, 忽视了资源利用等问题。随着城市高速发展, 城区的暴雨洪峰流量也在逐年增加, 大面积的积水便形成了城市内涝。另外, 未经处理的初期降雨在水体时也携带了大量的污染物, 致使河流、湖泊的污染。若是能有效利用这些雨洪, 对于像北京这样缺水却对供水需求量很大的城市是相当有利的。越来越多的国内外经验表明, 传统的单一排水方式难以有效解决水患和水污染问题, 西方许多国家针对这些情况, 已经推广了可持续排水系统。在这个重视建设、环境保护、资源有效利用的三相协调局面下, 应用学科的交叉研究, 引入高科技技术, 对城市排水管网的技术改造具有跨时代的意义。的
2. 城市排水管网系统的改造技术
2.1 改造技术方案的提出
面对城市的高速发展，新老地区的排水管网系统的协调问题是城市排水管网系统改造技术要考虑的首要问题，尤其是老城区的排水管网改造。因此，对不同地区排水管网系统的改造技术方案都是不同的。南方地区由于河网分布密集，主要难题体现在污水管网系统的改造技术方案。首先新老城区内部的污水规划有所不同，新城区可以引进较老城区更为先进的污水管网系统，按城市道路走向及预测的污水规模布置污水管;而老城区则受到了地域、人口密度、交通流量，已有地下管道等影响，在改造上会受到约束。对于改造地区的内部污水出路，规划时也要慎重考虑。特别是上游地区或是新开发地区，都应考虑新增加的污水量对下游污水管道的影响，并进行校核。如果新增污水容量超过下游管道的承载力，则应对新增污水另行安排。或者进入相邻污水系统，或者单独进行处理。
2.2 采用排水分流制
城市排水主要有废水、污水和降雨三类，在考虑有足够的横断面的情况下，建立分类、独立的排水管网，这样既有利于污水处理和循环利用，也便于城市排水管道系统的监控管理。通过排水管道分类，不同水质不同的处理方法，能从开支上进行节源，通过处理的排水可以考虑二次利用，降低成本，城市水体不再因乱排乱放而受到污染，达成双赢的局面。
如若老城区原有排水体制为合流制排水，考虑到老城区的街道狭窄，地下管线密集，不利于设置独立的排水管网系统，故而我们可以考虑采用截流的方式，在保留合流管道的前提下，运用天然水体的自净能力，分情况具体地分配流向及流量，如雨季时，可以允许部分污水经简易生化池，排入就近自然水体，既减少污水处理厂的压力，又有效地保证了城市排水管网系统的正常运行。
2.3 采用计算机模拟城市排水管网系统
在已知当地的地势、城市规划、主河道的流向、气候变化等基本设计情况下，对当地的城市排水管网系统进行计算机模拟，通过分析数据导入，获取相关意见，如排水量、水流速度及最大排水容量等信息，综合评价已有或拟建城市排水管网系统。在条件允许的情况下，在城市排水管网上布置监测点，通过联机分析，实时预报城市排水管网内水流情况，并编制积水预警程序，将预警发布和水流调节功能考虑在内。
目前，采用内窥摄像(CCTV)检测排水管网情况已成为一种趋势。它主要是利用摄像机器人对管道内部情况进行全面摄像检测，然后将信息传递给专业人员，再通过这些人的评估来确定管内情况。我们可以考虑将这项技术与计算机模拟相结合，既保证了数据的合理性，也排除了主观判断和推理的盲目性。可见，高科技技术已经成为人类生活不可或缺的一部分，这项监控技术在提高城市排水管网系统的管理方面十分有效，同时它也降低了人工成本。
2.4 采用非开挖加固修复技术
在国内的许多城市，排水管网系统都不适宜大范围的开挖和建设，尤其在交通密集的地段，但通过分析调查，往往是这些地方的排水需求量较高，所以采用非开挖加固修复技术将会成为管网系统改造技术的新方向，未来可能会被大量使用。这种修复主要有破管修复和内衬修复两种。在不影响管道附近其他管线的情况下，通过钻杆将原管道破除的同时拉入一新管道，这种方法叫做破管修复。而内衬修复则是在原管道内壁衬上一新管道，虽然新管道的管径较原管道小，但管道的过水能力并没有受到多大影响。这种非开挖加固修复技术虽然对道路交通和地下影响不大，但在具体施工时考虑颇多，如施工期间的调水方案，道路封堵方案等等。
3. 城市排水管网系统改造技术面临的难题及相应措施建议
3.1 城市排水管网系统设计标准的完善
现今城市排水管网系统之所以新旧层次突出主要就是不同时期的设计标准不同，若是在今后的城市排水管网系统改造技术中无法将此标准更好的完善，随着城市化的快速发展，现在可行的改造技术将会被未来所否定，比如地下管网的高低设计，坡度越大水流越快，但坡度大挖得深，财力投入就大，这时合理的强制性设计标准就十分必要，不能因一时的投资节省而忽略长期的经济价值。
3.2 城市排水管网系统与行政区域界限的协调
城市排水管网系统是从排水管的起点开始，最后统一出路的由许多管道组成的网络，与行政区域界限是不一样的，往往两者是有所交叉。因为各行政区域的管辖主体不同，增加了管道改造的难度。特别是管网系统的上游和行政界限临界地区，新增排水往往遭遇两边都不管的尴尬境地。因此，在改造时，应本着从大局出发，造福百姓的主人翁意识，做好相邻行政管辖主体的沟通对整个工程是十分有必要的，也是利国利民的大事。
3.3 城市排水管网系统改造时对交通的扰动
面对城市排水管网系统的改造，我们无法忽略其对城市交通的影响，这就需要考虑施工技术和交通流量等问题。在城市排水管网施工之前，要先做好相应地区交通改道的安排与通知，当然管网的改造不能采用大范围大面积的开挖，要保证一定的交通流量和当地产业的正常运营，其中也离不开交警和协管员的积极配合。除此之外，非开挖改造技术对商业密集的地区是十分适用的，既保证了人们的出行，也减少了对其他管线的扰动。
4. 结论
如何提高市政排水管网效能 篇4
将城市污水和降水, 有组织地收集起来, 输送到污水处理厂进行无害化处理并对其利用的整个管网, 称排水工程管网。城市排水的对象, 按来源及水质分类, 可分为生活污水、生产废水和降水迳流三大类。
1.1 生活污水
生活污水是指在人们的生活活动过程中所产生的污水, 主要来自厨房、厕所、洗衣房等, 其水质含有大量的有机物, 从化学成分来看, 以碳、氢、氧、硫、磷、铁、钙、镁、钾等组成的脂肪、蛋白、糖类及其衍生物, 同时含有大量的细菌及寄生卵, 是传染病的主要传染介质。因此, 对生活污水, 必须进行无害化处理。
1.2 生产废水
生产废水是人们在生产过程中产生的, 由于各种产品的工艺过程不同, 用水量的不同, 所以生产废水的水质情况和水量也不同。有的生产废水污染极其严重, 称为工业污水。这些被严重污染的工业污水, 会严重的污染环境, 必须进行无害化处理。有些工业废水没有严重污染, 如冷却用水等知识温度升高, 经冷却后尚可重复使用或循环使用。
1.3 降水迳流
降水迳流是指雨、雪、雹等降到地面上的水, 其中以雨水为代表, 其水质随大气被污染程度和性质的不同而不同。值得注意的是雨水量的变化较大, 其主要特点是季节性及集中性。在雨季以及雨季中可能有几天的降雨量很大, 从而形成单位时间内的雨水迳流量很大, 甚至会造成水灾, 因而对雨水的及时排放, 就成为排水工作者的重要任务之一。
2 市政排水管网排水量的设计确定
2.1 污水设计总流
污水设计总流量:Q (L/S) :Q=Q1+Q2+Q3
其中, Q1为居住区生活污水设计流量 (L/S) ;
Q2为工业企业内生活污水量、淋浴水量 (L/S) , 应与国家现行的《室外给水设计规范》的有关规定协调;
Q3为工业企业的工业废水量 (L/S) , 工业废水量级及其总变化系数应根据工艺特点确定, 并与国家现行的工业用水量有关规定协调。
居住区生活污水设计流量Q1按下式计算:
Q1=n×N×Kz (24×3600)
其中, n为污水定额 (L/ (人×d) ) , 含居民生活污水定额和综合生活污水定额, 可按当地用水定额的80%～90%采用;
N为设计人口数;
Kz为生活污水总量变化系数, 按《室外排水设计规范》有关规定计取或按实际数据采用。
2.2 雨水设计流量
雨水设计流量 ( (L/S) ) :Q=F×q×μ
其中, F为汇水面积 (ha) , 其划分应结合地形坡度、汇水面积的大小及雨水管网分布等情况划定。地形较平坦时, 可按就近排入附近雨水管网的原则划分汇水面积;地形坡度较大时, 应按地形雨水径流的水流方向划分汇水面积;
μ为径流系数, 按《室外排水设计规范》有关规定计取;
q为设计暴雨强度 (L/ (s ha) ) 。
2.3 排水体制的选择
直排式合流制不符合卫生要求, 新建的城镇和小区已不再采用;完全合流制排水系统卫生条件较好, 但工程量大, 初期投资大, 污水厂的运行管理不便, 特别是在经济实力还不雄厚的地区, 较难采用。
在老城市的改造中, 常采用截流式合流制, 充分利用原有的排水设施, 与直排式相比, 减小了对环境的危害, 但仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体。
分流制排水系统的管线多, 但卫生条件好, 有利于环境保护, 虽然初降雨水对水体有污染, 但它比较灵活, 容易适应社会发展的需要, 一般又能符合城镇卫生的要求, 所以在国内外得到推荐应用, 而且也是城镇排水系统体制发展的方向;不完全分流制排水系统, 初期投资少, 有利于城镇建设的分期发展, 在新建城镇和小区可考虑采用这种体制;半分流制卫生情况比较好, 但管渠数量多, 建造费用高, 一般仅在地面污染较严重的区域 (如某些工厂区等) 采用。
3 市政排水管网的选择
3.1 环境保护方面的要求
截流式合流制排水管网同时汇集了部分雨水送到污水处理厂, 特别是较脏的初期雨水, 有较多的悬浮物, 污泥程度有时接近于生活污水, 这对保护水体是有利的。暴雨时通过溢流进将部分生活污水、工业废水泄入水体, 周期性地给水体带来一定程度的污染是不利的。
分流制排水管网, 将城市污水全部送到污水处理厂, 但初期雨水径流未加处理直接排入水体, 是不足之处。一般情况下, 在保护环境卫生及防止水体污泥方面截流式合流制排水管网不如分流制排水管网。分流制排水管网比较灵活, 较易适应发展需要, 也能符合城市卫生要求, 因此, 目前得到广泛的应用。
3.2 基建投资方面的要求
合流制排水管网只需一套管渠管网, 大大减少了管渠的总长度。一些资料分析, 合流制管渠长度比完全分流制管渠减少30%～40% , 而断面尺寸和分流制雨水管渠断面基本相同, 因此, 合流制排水管渠造价一般要比分流制低20%～40%。
虽然合流制泵站和污水厂的造价比分流制高, 但由于管渠造价在排水管网总造价中占70%～80%, 影响大, 故完全分流制的总造价一般比合流制高。
3.3 维护管理方面的要求
合流制排水管渠可利用雨天剧增时的流量来冲刷管渠中的沉积物, 维护管理较简单, 可降低管渠的经营费用。对于泵站与污水处理厂, 由于设备容量大, 晴天和雨水流入污水厂的水量、水质变化大, 从而使泵站与污水厂的运转管理复杂, 增加经营费用。
分流制可保持污水管渠内的自净流速, 而且流入污水厂的水量和水质变化比合流制小, 利于污水的处理、利用和转运管理。
4 市政排水管网的优化施工
4.1 管网布置
管网纵坡尽可能与街道纵坡取得一致。水管的最小纵坡不得太小, 一般不<0.3%。为防止或减少沉淀, 雨水管设计流速常采用自清流速, 一般为0.75 m/s。为了满足管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求, 对雨水管的最大纵坡也要加以控制, 通常道路纵坡>4%时, 需分段设置跌水井。
4.2 管网埋深
一般在干燥土壤中, 管网最大埋深不超过7～8 m, 地下水位较高, 可能产生流沙的地区不超过4～5 m。最小埋深等于管直径与管网上面的最小覆土深度之和。
在车行道下, 管顶最小覆土深度一般不<0.7 m;冰冻地区, 则要依靠防冻要求来确定覆土深度。
4.3 管网敷设
用细绳控制好管网, 在测放的中心线一侧边线。采用轮胎式吊车下管时, 为了避免影响沟槽边坡的稳定, 避免沟壁坍塌, 吊车距沟边缘2 m处沿沟槽开行。下管时严禁用钢丝绳穿入管内起吊, 要用专用吊钩或柔性吊索。同时有专人指挥, 避免扰动基底管网相互碰撞, 绑套管子应平吊轻放, 找好重心。
4.4 管网防漏水衔接
目前, 国内针对管网的封堵主要采用以下几种方法:
1) 沙袋草包简易临时封堵。
针对小管径管网, 采用沙袋草包简易临时封堵。但是在进行大开挖或闭水试验时, 无法用来对管网进行封堵, 由于封堵不严密, 目前已经很少使用。
2) 采用砖石等砌墙进行封堵。
此方法能对管网进行完全封堵, 闭水试验或新旧管网施工时经常使用此方法。对于高水位管网通常需要专业潜水员进行潜水操作。若为大管径则一般需要砌筑两道以上的墙并进行一定时间的养护后, 才能使其承压。
3) 机械式封堵。
很多养护工作者采用钢板或锥形铁桶配合橡皮带对管网进行封堵。由于需要人员在检查井下进行操作, 因此, 没有潜水员的配合, 此方法安全性较低, 且拆除的时候危险性更大。此方法由于简单方便, 因此, 在小管径和低水位的情况下使用较多。
5 结语
综上所述, 城市市政排水设施作为城市基础设施的一部分, 关系着城市的卫生条件、市容市貌, 联系着每家每户。要确保排水管网良好运行, 仅靠一两家的努力是不够的, 只有规划、设计、施工、用户、管理部门各有关方面共同努力, 才能真正提高市政排水管网的排水效能。
摘要：在城市基础公用设施中, 作为城市排水管网的一部分, 市政排水管网是一个较为重要组成部分。为了避免路面过早损坏, 改善城市的市容市貌和卫生条件, 保证车辆和行人的正常交通, 必须提高市政排水设施的效能。文章从这一角度出发, 分析市政污水排水种类, 阐述市政排水管网排水量的设计, 从提高市政排水管网效能方面, 分析了市政管网的选择以及施工的组织优化。
关键词：市政排水种类,排水量设计,管网选择,组织优化
参考文献
[1]刘维盛.浅析提高市政排水管网效能的途径[J].中国科技博览, 2010 (31) .
[2]韩欣怡.如何提高市政排水管网运行效能[J].中国科技博览, 2010 (23) .
[3]尹军.如何提高市政排水管网的效能[J].价值工程, 2010 (30) .
浅议市政排水管网效能 篇5
1 管网规划宜有超前意识
随着经济的不断发展, 我国城市化进程不断加快.城市面貌和规模都有很大发展。但是, 很多城市都存在着基础设施建设相对落后于城市发展的问题, 市政排水管网的建设同样也存在类似问题。城市迅速发展必然使污水排放量快速增加, 而一个区域的排水管网一经形成就很难改变, 其排水能力是相对固定的, 无法满足实际需要。因此, 排水管网的规划宜有超前意识, 才能解决这方面的矛盾。
2 科学设计管道工程
市政排水管道的设计是否科学, 是否考虑周全, 对其排水效能有很大影响, 宜根据当地的自然条件、卫生要求、原有排水设施、水质和水量、地形、气候和污水利用等条件综合考虑进行设计。
2.1 宜考虑市政排水管网所处出水口地质条件
从实践情况来看, 排水管道在设计前对管道沿线水文地质和工程地质勘察常因时间仓促而不够深入, 这样易导致特殊地质条件地段缺乏详细设计, 特殊地质条件地段管道往往需要基础加固、接口特殊处理等措施。但由于缺少相应的详细设计, 施工单位为赶工期就可能采取简单的技术措施处理;由于水文地质和工程地质状况不明, 施工人员无法作出相应的施工方案, 遇到强涌水、强流砂、塌方等情况往往准备不足, 不能保证施工质量。由于排水管网全部埋于地下, 线路很长, 水文工程地质条件往往变化很大, 如能对不同的情况进行有针对性的设计, 采取最有效的施工方法保证排水管网的施工质量, 为市政排水管网的良好运行和管理打下基础。
2.2 设计前宜摸清其它地下设施埋设情况
城市道路下各种不同功能的管线很多, 错综复杂, 根据管道埋设深度, 地下管线的安排顺序, 通常自建筑红线至路中心依此为:A.电力电缆, B.电讯电缆或电讯管道, C.煤气管道, D.热力管道, E.给水管道, F.雨水管道, G.污水管道等。如何合理安排管线是-个很复杂的问题, 各类管线在平面或立面上经常发生冲突, 如果没有摸清地下设施的埋设情况, 施工过程中将经常遇到障碍物, 有时管道走向、坡度、高程很难重新调整, 在这种情况下不得已采用“倒虹吸”处理, 甚至有时障碍物与检查井交叉, 倒虹吸不仅容易使管道堵塞, 而且使输水能力大为降低, 管道达不到设计排水能力。因此, 设计人员宜对排水管线沿途的地下设施埋设情况详细摸清, 使管线设计更合理、更科学。
2.3 参考维护管理部门意见
市政排水管网维护管理部门人员掌握了管网运行中的第一手资料, 对其中存在的问题最为了解, 设计人员如能参考管理者的意见是很有益处的。每一个城市都有自己的具体情况, 完全根据设计规范进行设计有时效果并不好, 原因之一是规范中的水力计算基本是按清水考虑的, 实际的是污水而不是清水, 原因之二是实际污水管道运行情况与规范要求不同, 按照《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006) 第4.2.4条, 污水管道的最大设计充满度在0.55～0.75之间, 大多数污水管道是满流管.检查井水位很高, 遇到管道堵塞是根本看不清检查井内的情况。因此, 在市政排水管网设计中在充分遵守有关规范的情况下, 如能根据当地实际情况, 更能设计出适用当地实际的排水管网。
2.4 多采用先进新型管材, 改善水力运行条件
传统的市政排水管道多采用混凝土管, 虽然价格低廉, 但是管体自重大、施工难度大、强度小、寿命短、管壁粗糙、易引起管道流水不畅甚至堵塞。如能采用新型管材, 譬如硬聚氯乙烯波纹管 (UPVC管) 、HDPE缠绕管等则可以大大改善水力运行条件。UPVC管、HDPE缠绕管虽然价格贵些, 但是重量轻、施工简单、强度大、寿命长、管壁光滑、排水流畅, 可以大大提高排水管网的排水效能。
3 强化施工质量管理, 采用先进技术, 提高市政排水管管的施工质量
“百年大计, 质量第一、安全第一”。施工过程是把设计成果转化为产品的过程, 市政排水管网的施工过程中应作好每道施工工序, 以保证整个工程的质量, 从而保证管网达到设计排水能力, 具有良好的排水效能。因此, 须强化施工质量管理, 确保工程质量。
3.1 完善施工队伍内部质量管理, 健全各项质量管理的规章制度
市政施工企业应建立以领导为首的质量管理机构, 各级施工队伍要有质安员, 从上到下形成质量控制网络, 健全各项质量管理制度。对各级质安员的职责范围, 工程质量检查制度, 工程施工资料整编交付办法都要详细规定, 对具体的工程项目各道工序要有明确的内检标准和详细的工艺要求。使各级作业人员有章可循, 加强工序检查, 严格工艺纪律。上道工序为下道工序服务。上道工序不合格不得进入下道工序, 下道工序监督检查上道工序, 配以自检、互检监督机制, 并运用经济手段参与质量管理, 奖优罚次, 促使企业全员的质量意识得到提高, 人人争创优良工程。
3.2 尽量采用先进的施工技术, 提高施工技术水平
“工欲善其事, 必先利其器”。采用先进的施工技术, 不仅可以加快工期, 而且更能保证工程质量, 比如洋里污水厂厂外管网采用非开挖技术、顶管技术、降水技术等能够解决施工中较困难的问题, 为管网以后充分发挥排水效能打下坚实的基础。
4 确保排水用户达标排放
排水管道排水不畅有时是由于用户将超标污水排入下水道造成的, 部分工厂排放的污水中含有大量的粘稠渣油、柴油、汽油、油脂、浮渣等杂物, 生活污水中也有一些塑料制品、橡胶制品、丝网、纺织物等易堵塞管道的废物。油脂、渣油冷凝后犹如沥青一般, 不仅堵塞管道, 而且很难清掏, 柴油、汽油等容易引发火灾, 在一定条件下还可能发生爆炸。
建议新增的用户排水出口与市政管网接口前必须增设沉泥井和拦物网。沉泥井必须设置在市政检查井前, 深度自用户排水出口管底向下加深约1米, 以使各用户的排水杂物沉淀后, 符合要求后进入市政管网。各单位的食堂、饭店的污水出口处必须增设隔油池。以上措施可以为保证排水管网畅通打下良好基础。
5 加强管网设施维护和管理
5.1 定期清疏管网设施和加强泵站管理
建议定期周期性对市政排水管网检查井、泵站、进水井逐个逐段进行巡查、清理、疏通, 从业人员应熟悉所管辖排水管线的来龙去脉, 努力确保排水管网设施的完好率达到规定要求。
建议泵站的设备管理养护实行定员制, 实行24小时值班制度, 责任落实到每个人。分工明确, 采用量化考核打分制, 增强管理人员的管理意识, 出现问题, 及时发现解决, 促进泵站管理水平整体向上提高。
5.2 采用先进的清掏技术和修补技术
新时代要求改变排水维护操作落后的工艺, 进一步提高养管水平, 实现排水科技进步, 需要采用高效、安全、卫生、经济的清掏技术和管道修补技术。譬如采用高压冲冼水车, 吸泥车等清疏管道, 可以实现下水道疏通冲水、吸泥、运泥一条龙作业。排水管道老化是难免的, 采用先进的内衬法、袜筒法等维修是很有效的方法。
5.3
加大宣传力度, 增强市民对城市排水设施的自觉爱护意识制定并宣传市政排水设施管理办法, 教育市民和近郊的农民爱护市政排水设施, 形成“人民城市人民建、人民城市人民管”的良好局面, 使城市排水设施得到有效的保护。对故意盗窃市政管网设施和乱接管道等行为, 依法严厉制止和处罚, 这些都可以有效减少排水设施遭到破坏。
总之, 城市市政排水设施作为城市基础设施的一部分, 关系着城市的卫生条件、市容市貌, 联系着每家每户。要确保排水管网良好运行, 仅靠一两家的努力是不够的, 只有规划、设计、施工、用户、管理部门各有关方面共同努力, 才能真正提高市政排水管网的排水效能。
摘要：随着经济发展和城市人口的增加, 城市污水排放量日益增加, 如何充分利用城市道路排水设施挖潜, 进一步提高市政排水管网效能已成当务之急。文章从排水管网的规划、设计、施工、使用、维护和管理等方面阐述了提高市政排水管网效能的要求。
关键词：市政排水管网,效能
参考文献
市政排水管网的设计及优化 篇6
作为我国城市建设过程中的关键构成部分, 市政排水管网的投资在整个排水系统投资中占据着绝对重要地位。所以说, 优化设计市政排水管网有着重大意义。伴随着我国经济的快速发展, 城市道路的大量修建, 使得排水管网获得大面积普及应用, 然而, 仍然存在诸多消极影响问题。作为现代化城市基础性设施, 市政排水管网系统建设可谓是城市水污染防治工程中的关键性建设内容。为此, 在充分满足各类型约束条件的基础上, 实现对排水管网的埋深以及管径等组成因素的优化选择, 将污水管网建设所需的投资费用尽可能降至最低, 可谓是优化设计排水管网的主要实现目标。就目前的情况, 计算机技术在各行各业中均有着较为广泛的使用, 其在人们的生产生活有着良好渗透, 则能够将计算机技术应用于市政排水管网优化设计中, 使用软件, 进行相关程序的合理编制, 提升设计效率。
二、市政排水管网优化设计所涉及的相关内容
1. 排水管渠
优化设计排水管渠的时候通常涉及有四个方面的主要内容, 具体来说, 第一, 确定城市实际集水范围以及最佳的排水分区数量;第二, 确定排水系统管线的最佳布置形式;第三, 在已经确定管线布置形式的基础上进行管系的优化设计;第四, 构建对应的雨水径流模型。
2. 污水管网
优化设计污水管网的过程中通常涉及有两个方面的主要内容, 具体来说, 第一是优化选择管线的平面布置;第二则是在已经确定管线平面布置的基础上优化设计管径与埋深等管段相关参数。由此可知, 在优化设计市政排水管网的进程当中, 所需解决的主要问题即为进行平面布置方案的有效确定, 并基于此, 优化设计排水管道埋深以及管径、提升泵站, 深入探究市政排水管网的平面布置方案。
三、在平面布置已经确定的基础上所实施的市政排水管道优化设计
一般来说, 针对市政排水管道所实施的优化设计主要指的是, 针对某个设计管段, 将相对应的设计流量确定下来以后, 结合设计规范中所要求的坡度以及管径的各种组合, 计算敷设费用跟管材费用之间的有效平衡。在已经确定排水管线平面布置的基础上, 针对管径和埋深实施设计优化, 国内外均对此做了大量的研究工作。在此, 将着重推荐几种优化设计方法。
1. 两相优化法
该种方法是在充分满足流速约束条件基础上, 将最经济的流速合理地选择出来, 若是流速出现增加的情况则需根据流速每秒一米的步长增加, 而后, 结合相关的确定流速以及设计流量进行最优充满度以及管径的合理选取, 获得所需的最优坡度, 即为尽可能小的坡度情况。
2. 遗传算法
首先需要注意的是, 进行市政排水管网优化设计的过程当中, 无论采用哪种方式方法均需将相应的设计规范当作是最基本的要求, 并尽可能地将费用值降至最低。遗传算法要求针对所涉及的所有参数实施有效的编码处理, 同时针对目标函数实施适应度函数的转换处理措施, 然后结合转换之后的适应度函数的实际大小情况进行对生物进化过程的不断模仿, 针对参数编码执行选择以及交叉、变异等等行为, 一步步实现目标函数的最小获取。
3. 非线性规划法与线性规划法
非线性规划法能够充分适应计算模型中所涉及的目标函数及变量所具备的非线性特征, 其能够实现对管径与埋深的优化选择, 但在某种程度上来说, 该种方法会对目标函数以及约束条件的具体形式造成很大的限制。
线性规划法则是就排水管网设计计算中的约束条件和目标函数的非线性, 分别用其一级泰勒公式展开式代替用线性规划的解作为问题的近似解反复迭代。使迭代序列逼近非线性规划的最优解。缺点是把管径当作连续变量来处理, 存在计算管径与市售管径不一致的矛盾, 且前期准备工作量大。以后发展的整数规划法虽然在一定程度上解决了线性规划的缺点, 但是其整型变量比较多, 难以求解。
4. 动态规划法
在我国, 该种方法相对较为常见一些, 其所依据的基本思想是为将市政排水管网设计当作是涵盖有很多个阶段的过程, 并针对整个设计过程实施合理的阶段划分, 进而有效地开展管道优化设计工作。将节点埋深作为是状态变量, 通过坡度决策进行全方位搜索, 优势在于是直接采用标准管径, 能够针对具体的计算深度实施有效控制, 可是由于其所要求状态点间埋深间隔相对较小, 导致存储量以及时间间隔大幅度增加, 基于进行缩小范围的迭代过程引入, 使其有很大局限性;将管径当作是主要的状态变量, 通过流速和充满度决策, 因为能够进行使用的标准管径数目相对有限一些, 所以其在存储以及计算机速度方面占据有较大优势。之后衍发出可行管径法, 这种方法能够促进计算精度的优化提升, 尽可能实现计算机实际存储量以及具体的计算工作量的明显减少。
5. 优化排水管网坡度设计
满管流或水面平接非满管流多管段排水管网中, 各管段在交汇节点上的水位高程相等, 可以归纳为能量连续的排水设计管段。将工程造价的最小值当作是目标函数, 输水能量则运用设计管网起始点间所存在的水位差最大值, 将相应的设计规范作为主要的约束条件, 构建对应的坡度数学模型, 通过分析模型求得管网系统中各个管段最佳管径以及最具经济价值的坡度。
四、市政排水管网设计中存在的主要问题
1. 重视程度不够, 缺乏合理的系统规划
通常在城市建设规划过程中, 管理者往往只重视地面以上的建设情况, 而对于地下排水系统没有予以充分地重视, 在路网规划过程中没有充分地分析片区排水情况, 导致排水规划不合理, 有的只考虑道路两侧局部范围内的排水, 而忽略了上游的转输流量。甚至还有的片区根本没有做整体排水规划, 只是在市政道路设计时才进行排水管网设计, 各条道路的管网孤立进行设计, 最后路网成型后发现有的道路的管网在高程及管径方面无法很好地与上下游管线衔接。
2. 设计标准偏低
目前我国的很多城市市政排水系统设计标准一直采用的是一年一遇或三年一遇, 并且这种设计标准已经沿用了许多年, 但近年来我国城市化不断发展, 市政道路两侧地块迅速的硬化并被利用, 这对原有雨水系统的排放方式造成较大影响, 使得地表径流系数不断提高, 雨水难于渗透到地下, 大量的地表水积聚于路面, 雨水系统排放压力大大增加, 形成“水浸街”等内涝问题。特别是近年来一到暴雨季节, 我国很多城市便出现内涝, 严重影响了车辆的正常通行和行车安全, 尤其是2012年7月北京出现多起行车至地势较低的积水路段时, 车辆被淹没造成车内人员死亡的现象。这种城市内涝现象很大程度上与排水设计参数取值偏低有关。
3. 雨水综合利用程度不高
在当前的市政排水设计中, 往往过分依赖于雨水管网系统的排水能力, 而忽略了大的城市水循环系统的形成, 在雨水管道设计时没有考虑充足的雨水蓄存空间, 没有为雨水留足排泄的通道, 从而大大增加了管网系统的负荷, 尤其是在暴雨季节可能会出现超负荷而形成内涝现象。
4. 排水管网细节设计不合理
在排水管网的具体设计过程中, 因人为因素造成很多不合理的地方, 如因资料不齐而导致设计参数选择错误, 造成管径偏小或偏大, 管道坡度控制不合理而影响排水性能, 没有进行管线过街预留或预留不合理, 排水管网与其他管线在高程上存在冲突等问题。这些设计不合理之处会给管网系统的施工和后期正常运营带来不利影响。
5. 计算机互联网等先进技术应用水平不高
由于我国还没有对城市排水予以足够的重视, 因而在管网规划设计、维护管理、调度运行等方面还没有开发和运用一些先进的计算机互联网等技术, 造成管网设计水平低下, 也不利于后期维护和管理的开展。
五、市政排水管网分区
最优管网分区方案需为在相应年限内管理费用加上建造费用最小且技术具有很强的合理性的方案。具体来说, 管道费用即为排水管网的建造费用, 其多少主要是由管径、管长以及管材等等因素所决定的;泵站的运行费用则为排水管网的管理费用, 其多少主要是由水泵扬程与实际流量所决定的。就目前的情况来看, 年折算费用法是应用在管网工程的经济评价方式, 其主要指的是在基准投资回收期的各个年限中完成方案建设投资费用的合理分摊, 而后叠加各个年限的实际经营成本。将所得出的折算费用值最小的方案作为是最优方案。
六、结语
城市道路排水管网系统的优化 篇7
随着城市化进程的加快，城市中大量地面被硬化，不透水路面迅速增加，给城市防汛工作带来了很大的压力，城市内涝频发。据住房和城乡建设部2010年对国内351个城市排涝能力的专项调研显示，2008年至2010年间，有62%的城市发生过不同程度的内涝，其中内涝灾害超过3次以上的城市有137个。发生的内涝城市中，最大积水深度超过50厘米的占74.6%，积水深度超过15厘米(可能淹没小轿车排气管的水深)的多达90%，发生内涝城市中积水时间超过半小时的城市占到78.9%，其中57个城市的最大积水时间超过12小时。
城市道路排水系统严重滞后，是造成城市内涝最直接的原因，也是各级领导执政为民亟待解决的一个重要课题。随着“四新技术”的问世和推广使用，对改善城市落后的排水系统提供了有利的条件。现代化大都市的排水系统应具备超前、安全、可靠、快速的特性，能够应对灾害性气候，具有快速排除积水的优良功能。
二、排水管网系统优化措施
1. 翻板式滤水窨井
城市树木的落叶、废弃的纸屑、塑料袋等生活垃圾堵塞排水系统是造成城市道路积水的重要原因之一。滤水窨井盖既排水又滤渣，能有效的防止树叶、废纸、塑料袋等垃圾堵塞雨水管道，改善和提高雨水井、雨水管排水的功能。城市道路清洁工在打扫卫生时，翻开井盖清除滤网内的垃圾，既方便又防堵(图1)。
2. 合理设置排水管道的位置
综合分析历年来城市道路雨水系统损坏的情况，排水管设置在主车道下的损坏现象最严重，约占总维修量的86%以上。主车道是道路主受力区域。随着城市车流量的大幅攀升，城市道路的设计车流量和荷载已远满足不了快速升温的购车族的需求。道路不堪重负，破坏严重，直接危及地下排水系统。排水管接口松动渗漏，水管破裂渗漏，大大降低了排水管网的设计排水量。为防止上述不良情况的发生，排水管系统应尽量设置在中间隔离带和人行道下，可以有效防止车载作用对排水管网的破坏。
3. 科学计算、合理配置排水管的直径
原来城市道路主雨水管的管径一般都采用φ400～500mm的预制钢筋混凝土管，支管的管径为φ300mm左右，小区内的排水管径为φ200mm以下。在正常情况下基本上能保证排放功能。但是由于预制水泥混凝土管的内壁较为粗糙，污泥和树叶、塑料袋等垃圾极易沉积，随着日积月累的推延，管容积逐渐缩小，排水量也随之减少。如果定期清理管内的沉积物可以减少和缓和上述现象的发生。由于水泥管内的沉积物清除工作十分困难，效果不理想，采用新型高强度双层PVC波纹管(该管具有强度高、重量轻、耐腐蚀、内壁光洁、施工方便等优点)，有利于积水和污泥等杂物的排放。是现代化城市排水系统首选的新型排水管材。
为了加快灾害性天气发生时，城市道路雨积水的排放速度，在旧城改造和新城建设的排水系统中，雨水管直径可适当放大，主雨水管可选用φ1000mm左右，支雨水管可以选用φ500mm左右，小区道路可选用φ300左右管径的新型材质的雨水管材，这样有利于在强对流天气发生时以最快的速度、最短的时间排除城市道路的雨积水。
4. 特殊地段，加密雨水井
城市道路的交叉口、公交停车站、居民小区是人口密集区域，也是雨积水的聚积区。在设置雨水井时应适当增加密度和增大窨井盖的表面积。公交停车站、居民小区可以相距10m左右布置雨水井，并且适当降低雨水井的高程(比路面低1cm左右)，增加水的排放速度和流量，减少积水现象。防止和减少雨水飞溅扰民现象的发生。
道路交叉口是纵横道路雨水的交汇处，车流量大，人流量也大，水流量更大，设置双篦或三篦雨水井可以增加积水的排放面积和流量，提高行车安全，减少交通事故的发生。
5. 设置透水软管和铺设透水沥青面层快速排水
繁华城区的商业步行街、城市广场和居民小区，是人口密集、车流量大的区域。这些区域道路的荷载小，行人和小型机动车的流量大，道路积水的安全隐患更大，极易发生各种安全事故，可以采用以下的方法解决积水：
(1)道路两侧在设计和施工中设置透水软管（见图2），使整个区域形成一个地下排水网带，加快积水的排放速度（增加排水面积）和排放量。
(2)透水沥青混凝土面层
透水沥青混凝土具有热稳定性好、强度高、孔隙率大(孔隙率在20%以上)、排水效率高等优点。使城市道路表面形成一个透水网。在施工中要加强水泥碎石稳定层和沥青下面层间粘结防水层的施工质量控制。粘结防水层可以采用SBS改性乳化沥青(1.5L/㎡)，既防水防渗又有良好的粘结作用。使稳定层和沥青下面层牢固的结合，防止雨水下渗，破坏路基的稳定性和强度。这样的道路结构可以充分发挥上快排、下防渗的作用。既解决了路面积水的排放问题，也可防止路面早期损坏，延长了道路的使用寿命，进一步提高道路的经济效益和社会效益。
(3)设置防倒灌的排水口
强对流天气发生时，暴雨成灾，河水猛涨。排水系统的排放口位置(高程)一般都接近河道的常水位。在暴雨发生时，河水猛涨会淹没排水口，形成河水倒灌，雨水井冒水淹没道路的现象。在排水口设置防河水倒灌的阀门，就可以防止上述现象的发生。
三、雨水资源的再利用
水是人类生存最基本的物质之一。
我国是世界上人均水资源较贫乏的国家之一，所以节约用水，科学的利用水资源是保持社会可持续发展的一个重要课题，也是建设节约型社会的需要。在水资源匮乏的北方地区和干旱少雨季节，对雨水资源的合理再利用对建设节约型社会就更显得意义深远。
我们在城市道路的建设和改造时，可以在人行道、绿化隔离带处合理的设置小型蓄水池，积蓄雨天时的雨水，用作城市道路夏季洒水车的用水、绿化养护用水、道路清洁用水等。具体的操作方案如下：
(1)在人行道、绿化隔离带处间隔一定的距离(500米左右)修建一个1.5～3米宽，5米长，2米左右深的砖混结构蓄水池。蓄水池上覆盖预制钢筋混凝土盖板，在盖板上再回土50cm以上，可以种植绿化苗木，也可以铺设各种人行道面板，不影响城市建设整体美观(图3)。
(2)在蓄水池的盖板上也可以考虑预留一个40cm*60cm的井口，此井口可以放置抽水泵，也可以作为检查维修井使用。
四、结束语
刍议市政排水管网的顶管技术 篇8
在21世纪这个经济发展的年代, 城市基础市政工程建设的不断发展, 地下空间的开发项目越来越多, 地下工程建设实施的难度不断加大。同时, 政府与社会对城市的文明建设、环境治理日益重视, 对地下工程建设的各种要求越来越严格, 贯彻执行快速施工、文明施工。顶管法施工技术技术是一种非开挖技术, 其在国外已广泛使用, 在国内也已逐渐普及。由于不开挖地面, 所以能穿越公路、铁路、河流, 甚至能在建筑物底下穿过。它很适合运用到市政工程, 是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法, 对城市城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低, 是污染小、高效率的施工技术, 并且可以节省大量建设投资和缩短城市建设的开发周期。笔者曾接触过某城市几个排水管网改扩建项目, 项目位于市区中心地段, 排水管线管材主要直径为1 000 mm钢筋混凝土管, 埋深在2.0 m左右。设计上主要采用明槽开挖法的施工工艺, 但本工程顶管穿越地段主要穿越土层为棕黄色粘土、粉质粘土, 此两种土质承载力较高, 适合顶管施工。考虑不影响交通和安全穿越建筑物, 最终使用暗挖式钢套管人工取土顶管法施工工艺。现结合此项目特点, 就顶管技术进行探讨。
1顶管法施工技术
顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法, 是地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。施工时, 先以准备好的顶压工作坑 (井) 为出发点, 将管卸入工作坑后, 通过传力顶铁和导向轨道, 用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中, 同时挖出并运走管里面的泥土。当第一节管全部顶入土层后, 接着将第二节管接在后面继续顶进, 只要千斤顶的顶力足以克服顶管时产生的阻力, 整个顶进过程就可循环重复进行。
2该扩建项目工程顶管法施工设计
(1) 选择钢套管尺寸。
钢套管选用厚度为12 mm的A3钢管, 考虑人工管内取土, 钢管外径选为1.0 m, 单节长度为1.8 m, 设计上最大顶进长度12 m, 实际需用钢套管7节。
(2) 最大顶力计算公式为:
P=K (DHLH0Ɣ0f+Wf+APs0
式中, P为总顶力, t;K为安全系数, 取1.2;DH为钢套管外径, 1.0 m;L为顶管总长度, 12.0 m;H0为管顶覆土厚度, 2.0 m;Ɣ0为土的密度, 试验测得最大值为1.60 t/m3;f为管壁与土体的摩擦系数, 取0.4;W为钢套管总重量, 3 684 t;A为钢套管刃脚正面积, 0.016 m2;PS0为管前刃脚阻力, 取70 t/m2。
经计算, 得最大顶力P=21.6 t, 考虑平衡顶进的要求, 采用两个顶点的顶进方案, 选用三台50 t的千斤顶。
(3) 工作坑 (井) 尺寸设计。
根据单节管节长度、直径和所选千斤顶的规格, 确定工作坑 (井) 的尺寸为净宽2.0 m, 净长4.0 m, 净深3.2 m。
(4) 用基坑后背尺寸校核工作坑 (井) 尺寸。
为保证基坑后背土能够承受上述顶力, 基坑后背需有足够的面积。采用被动土压力公式进行验算:
P≤F=0.5×rh2btan2 (45°+
式中, P为最大顶力, 21.6 t, 即216 kN;r为土的密度;h为后背高度, 取2.0 m, 小于工作坑 (井) 净深3.2 m;b为后背宽度, 取2.0 m, 与工作坑 (井) 净宽相同;<为土的内摩擦角, 根据试验测得为16°;c为粘聚力, 根据试验测得为10 kN/m2;F为被动土压力, t。
经计算, F=219kN≥P=216kN, 满足要求。则可确定工作坑 (井) 后背尺寸为h=2.0m, b=2.0m。
(5) 工作坑 (井) 支护。
后背支护采用钢板与方木结合的方式:两侧支护采用50 mm厚木板支护, 方木横档加固;基础底采用硬化处理, 并做排水碎石垫层构造, 基面用钢板为衬以重复利用材料。地下水排放采用集水坑并泥浆泵抽排。
(6) 定向控制设计。
钢套管的定向采用导轨控制, 以保证顶进过程的平稳与顺直, 沿设计中心线与高程顶进。导轨由两根118的工字钢组成, 沿管线前进方向平行布置, 长度为3 m, 平行间距70 cm。
3工作坑与接收坑
目前, 工作坑和接收坑的主要结构形式一般有钢筋混凝土沉井、钢板桩坑、瓦楞钢板坑、地下连续墙、SWM工法井等几种形式。在工作坑和接收坑的结构选型上要遵从以下原则:要紧密结合地质情况, 在地下水位高的地区不能采用钢板桩坑、瓦楞钢板坑等防水性较差的结构形式;要综合工期和造价的矛盾, 寻找最佳的平衡。钢筋混凝土沉井、地下连续墙和SWM工法井三者比较, 钢筋混凝土沉井造价最低;SWM工法井工期最短, 就一个井段而言沉井与SWM工法井工期相差7～8 d, 而对于整个工程的总工期来讲相差不是很大。故推荐采用钢筋混凝土沉井作为工作坑 (工作井) 和接收坑 (接收井) 的结构形式。工作井和接收井的尺寸形式应在满足结构和施工要求的前提下尽量减小尺寸, 以降低工程造价。工作井与接收井的形状有矩形和圆形, 圆形井一般用于转角处, 可以进行各个方向的顶进;矩形井一般用于直线顶进, 比较节省场地。两种井的形式各有优缺点, 在工程中可以灵活应用。
4顶管法施工工艺和质量控制
(1) 工艺流程。
定位→作业坑 (井) 开挖与处理→施工准备→顶管施工→管线安装
(2) 施工工艺。
定位作业以设计位置为准进行控制, 其精度符合相关技术要求;作业坑 (井) 开挖视地质情况而定, 一般采用机械与人工配合施工, 处理方案按设计执行;施工准备主要是设置安全围栏、设计安装起重行车和坑内施工设备等, 以满足顶进施工作业要求。完成准备工作后, 检查设备情况, 合格后即可进行顶进施工, 首先启动千斤顶, 通过横顶铁对钢套管施力并将其缓慢顶进, 依据千斤顶技术参数要求顶进, 每节顶进深度控制在1 130 m以内, 然后开始人工取土, 完成后安装下一节钢套管, 采取有效措施保证钢套管间的顺直连接。连接方式一般为电焊焊接, 检查合格后继续顶进。
(3) 管线安装。
障碍物被穿越贯通并人工管内取土完成后, 拆除工作坑 (井) 内的施工设备与支护设施, 安装管线, 管线与钢套管之间的空隙用混凝土或砂浆回填。
(4) 质量控制。
保证顶铁安装平直, 两排顶铁要平行安装, 顶进时严格控制偏心, 顶进速度要慢并设专人检测偏心情况, 出现偏心及时调整。千斤顶要平行安装, 受力点要放在钢套管的1/3～1/4位置, 顶进是主要控制和注意千斤顶的压力表和油位情况, 发现异常及时排除;最主要的是控制管线顶进时的顺直, 即相邻管节的焊接轴线控制, 必须在两端轴线对准后再进行焊接。
5顶管过程应注意的一些问题
(1) 该地区的地质特点完全适用于顶管施工技术。只要掘进机选择适当, 都能够很好地应用。
(2) 顶管施工必须做好地质勘察工作, 根据地层条件和设计要求, 认真选型、合理配套, 以达到良好的效益。由于地质勘察不详, 或是顶管掘进机选型不当, 会给施工带来极大的困难, 轻者使管线被迫改为开挖施工, 严重时甚至使掘进机陷入地下无法取出, 造成施工半途而废。
(3) 在高地下水位的地层中施工时一定要根据水压力变化随时调整平衡介质, 保持挖掘面的稳定。
6结语
顶管法施工具有比开槽埋管法对地面干扰小的优点, 在穿越铁路、道路、建筑物等障碍物的方面优势尤为明显。在工程完工后的统计数据表明, 顶管法障碍穿越施工达到了设计要求, 降低了工程造价和工期, 整个施工过程中没有发生超过允许的偏差, 暗挖式钢套管人工取土顶管法施工取得了成功。
参考文献
[1]何维华.城市给水管道[M].成都:四川人民出版社, 1983.