陳 勇，戴廣杰，楊坤寧

（1．中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065； 2．北京市第三建筑工程有限公司，北京 100044）

1 工程概況

深汕特別合作區(qū)位于汕尾市海豐縣，處于深汕高速、324 國道廈深鐵路以及正在建設中的廣汕鐵路交匯點。2018 年12 月16 日，深汕特別合作區(qū)揭牌儀式隆重舉行，深汕特別合作區(qū)正式成為深圳第“10 +1”區(qū)。

該工程位于深汕特別合作區(qū)某高新產(chǎn)業(yè)小鎮(zhèn)內，屬于市政道路配套管網(wǎng)建設項目，污水管正常情況下沿道路敷設，過河時需采用倒虹吸形式從河底穿越，河道水面寬度40 m，河道紅線寬度90 m，河底高程4．2 m，該河道為新開挖河道，河道規(guī)劃不通航。本次設計污水管上下游管徑DN700，設計坡度3‰，設計充滿度0．7，設計污水流量424．4 L/s，設計流速1．48 m/s。

2 過河污水倒虹管設計

2．1 倒虹管的形式

倒虹管通常有直管型（凹字型） 與多折型兩種形式，見圖1，圖2。直管型適用于河面與河灘較窄，或障礙物面積與深度較小的情況； 多折型適用于河面與河灘較寬闊，河床深度較大的情況［1］。本工程倒虹管采用直管型與多折型相結合的形式（見圖3） ，過河管前半段采用折線型，過河管后半段采用直管型，這樣既可以減少進水井深度，管道中的沉積物又可以被沖刷至出水井中，避免污染物在過河管段中間沉積，便于后期清淤維護。

圖1 直管型倒虹管

圖2 多折型倒虹管

圖3 直管型與多折型相結合倒虹管

2．2 管道定線及選址

倒虹管進出水井以及管道應布置于道路及河道紅線內，且管道線位盡可能與河道中線垂直，以期縮短倒虹管距離。管道在過河處往往會碰到橋梁基礎等障礙物，橋梁規(guī)范并未規(guī)定其他建（構） 筑物與其基礎的最小水平間距，《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》［2］規(guī)定了排水管線與其他建（構） 筑物的最小凈距為2．5 m，建議污水管線在過河時與橋梁基礎的最小凈距控制在5 m 以上。

過河倒虹管道應盡量選擇在水流穩(wěn)定、不易被水沖刷、河岸土質穩(wěn)固段，以保證管道正常運行［3］。且應對管道所處位置做詳細的地質勘探，查明地質情況及周邊現(xiàn)狀管線情況，避免管道位于不良地質或者堅硬巖石段。難以避開時應做相應的處理，設計管線應避開現(xiàn)狀管線，且與現(xiàn)狀管線距離滿足規(guī)范要求，無法保證時應做相應的管線保護或遷改處理。

2．3 倒虹管管徑及流速設計原則

倒虹管管徑根據(jù)設計流量流速計算確定，通常倒虹管管徑比上游管道管徑略小1 級～2 級，通過縮小管徑來增大流速，但最小管徑不宜小于DN200。倒虹管內設計流速應大于0．9 m/s，并應大于進水管內的流速，通常設計在1．2 m/s ～1．5 m/s 為宜［4－5］?？赏ㄟ^給定流速來計算管徑，或者給定管徑來計算流速是否合適，通過試算確定倒虹管管徑及流速。

2．4 倒虹管管材選擇

倒虹管管材通常采用金屬管或鋼筋混凝土管，為避免污水滲漏，對于折線型倒虹管不宜選用承插連接的混凝土管；金屬管易于施工，管道強度高，抗外部荷載能力強，但金屬管易受污水腐蝕。本工程倒虹管采用PE100 給水用聚乙烯管，抗污水腐蝕性能好，管道連接采用熱熔連接，施工方便，不易漏水，但塑料管管道較輕，為滿足抗浮要求，本次采用鋼筋混凝土進行包封，這樣不僅增加管道配重，而且增強了管道的抗沖刷及抵抗外部荷載能力，保障過河倒虹管的使用安全。

2．5 設計計算

1） 倒虹管管徑計算。

其中，D為倒虹管管徑，m；Q為倒虹管內流量，m3/s；υ為管道流速，m/s。

根據(jù)2．3 節(jié)中給出的設計原則，本次通過給定設計流速計算倒虹管管徑，本次設計流速取1． 5 m/s ＞1．48 m/s（進水管流速） ，通過公式計算得倒虹管管徑為DN600。

2） 進出水水面差計算。

其中，H為進出水井的水面差，m；h1為倒虹管沿程水頭損失，m；h2為倒虹管局部水頭損失，m；h3為安全水頭，一般取0．05 m ～0．10 m；i為水力坡降（即倒虹管每米長的水頭損失） ；L為倒虹管的長度，m；ζ為局部阻力系數(shù)，m；v為倒虹管內流速，m/s；g 為重力加速度，m/s2。

查給水排水設計手冊［6］，得倒虹吸管道D=400 m，Q=424．4 L/s，i=4．8‰，υ=1．5 m/s，倒虹管長度L=83 m，h1=4．3‰ ×83 m =0． 357 m，h2=0．018 m，h1+h2=0．375 m，安全水頭h3取0．1 m，因此H=0．475 m。

2．6 平面及豎向設計

1） 平面設計：倒虹管過河應盡量遠離現(xiàn)狀或新建橋梁等構筑物基礎，避免新建橋梁施工時對倒虹管造成破壞，或者倒虹管施工時破壞現(xiàn)狀橋梁等構筑物穩(wěn)定性。本工程設計倒虹管采用雙管敷設，一備一用，進水井設置事故排放口，并在河道兩岸倒虹管上方設置標志樁，以提示河道下方存在管道，避免其他工程施工對倒虹管造成破壞。本工程倒虹管平面設計圖見圖4。

圖4 倒虹管平面布置圖

2）豎向設計：倒虹管管頂距規(guī)劃河底最小凈距除滿足規(guī)范最小凈距外（一般不小于1．0 m），還應滿足當?shù)睾拥拦芾磙k法等相關規(guī)定要求，通過通航河道時，應征詢航運管理部門意見。本次設計管頂距離規(guī)劃河底最小凈距取2．0 m。

2．7 進出水倒虹井設計

本次設計進出水倒虹井均設置閘門及檢修平臺（見圖5） ，方便后期檢修，為避免倒虹管淤積，本工程的防淤措施主要有：1） 進出水倒虹井均設置30 cm 沉泥槽，防止雜物進入倒虹管；2） 設計流速1．5 m/s，大于規(guī)范規(guī)定的最小流速0．9 m/s；3） 倒虹管上設置沖洗設施，避免后期淤積時疏通困難。

圖5 進出水倒虹井剖面圖

2．8 施工方式

倒虹管施工通常有大開挖施工、頂管施工、水平定向鉆等方式。穿越現(xiàn)狀寬度、水量較大的干流水系時通常采用頂管或者水平定向鉆等非開挖方式，橫穿新挖河道或者水量較小的直流水系時采用大開挖方式較多。本次河道為新開挖河道，施工采用大開挖+支護的方式進行施工，管道坡度平順、施工質量好。

3 結語

倒虹管由于埋深大，疏通養(yǎng)護困難，設計時應經(jīng)過詳細的設計計算以及方案比選，特別應注意管道的防淤積措施、管材比、施工方式、管道埋深等方面； 此外，還應加強對倒虹管的養(yǎng)護管理，例如雙管的切換使用，定期的沖洗疏通，以保證倒虹管的長期暢通運行。