（环境工程专业论文）苏州市区污水截流工程建设相关技术研究.pdf

摘要 兴建和完善城市污水收集和处理系统是控制水污染的根本手段与对策。 苏州作为一座拥有2 5 0 0 多年历史的古城，排水体制复杂、居民区密集、控护 建筑多，针对污水截流工程建设面l 临空间狭小、技术难度大等难题，通过对 相关技术问题的研究，为我国旧城区污水收集系统的改造提供示范。 在空间狭小地段管道施工技术方面，采用注浆法可以对两侧建筑的安全 性和稳定性起到有效的保障；借鉴雨水边井的做法，采用污水边井以保证污 水排放顺畅和方便施工。采用顶管法和拖拉管法的非开挖技术解决交通密集 路段和小街巷管道旌工难题。对公厕和菜场等公共排水区域，采用增设格栅 井的方法以解决这些特殊区域污水收集管道易堵塞等难题。 为了解决雨污分流改造过程中不同管道在高程布置上的冲突，优选粗糙 系数较小的u v v c 排水管道，降低其敷设坡度；同时根据管道的平面位置空间 大小，用两根较小的排水管道代替一根较大的排水管道。在个别特殊地段采 用交叉井和倒虹管的形式，并对其进行重点养护。 对于旧的合流制管道和化粪池，有选择地将其雨水排放管道和储存调节 池，对雨污分流后的区域采用自然渗透法、生态雨水沟对雨水进行净化和再 利用，起到涵养水源的效果。在合适的地区可将部分雨水引入污水管道，对 其进行间歇性的冲洗，起到养护污水收集管道的作用。 在污水截流工程建设过程中，同步检测河网水质，表明污水截流率的提 高可明显改善河网水质，水污染综合指数可降低1 8 5 3 。应在加快污水收 集系统建设的同时，查缺补漏，减少雨污混接的现象，实现真正意义上的分 流制排水系统。 关键词：污水收集管道施工水环境污染 a b s t r a c t c o n s t r u c t i n ga n dc o m p l e t i n gs e w a g es y s t e m i sa ne f f e c t i v ea n du l t i m a t e m e a n st oc o n t r o lw a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni nu r b a na r e a s u z h o ui sa na n c i e n t c i t yp o s s e s s i n g2 5 0 0y e a r sh i s t o r y ，i nw h i c ht h ed r a i n a g es y s t e mi sc o m p l i c a t e d ， a n dr e s i d e n t i a la r e ac o n c e n t r a t ew i t hv a s tn u m b e r sp r o t e c t e db u i l d i n g s t h e c o n s t r u c t i o no fs e w a g ei n t e r c e p t i o nf a c e ds o m ed i f f i c u l t i e s ，s u c ha sc o n s t r u c t i o n a r e av a s t ，r o o mf o rp i p e l i n es e t t i n gn a r r o w ，a n dl e s se x p e r i e n c ef o rr e f e r e n c e t h e r e f o r e ，t h er e l a t e dt e c h n o l o g i e sf o rt h ec o n s t r u c t i o no fs e w a g ei n t e r c e p t i o n w e r es t u d i e d ，i ti se x p e c t e dw h i c hc o u l db ea st h ei n s t r u c t i o nf o rc o n d u c t i n gt h e p r o j e c t f o rp i p e l i n es e t t i n gi nn a r r o wr o o ma r e a ，t h eg r o u t i n gm e t h o dc o u l db eu s e d t op r o t e c t e dt h ea d j a c e n tb u i l d i n g ，a n ds i d ew e l l sc o u l db ec o n d u c t e df o rt h e d i s c h a r g eo fs e w a g ew i t ht h ea d v a n t a g eo fe a s yc o n s t r u c t i n ga n dl e s si n v e s t m e n t p i p ej a c k i n gm e t h o dc o u l db eu s e dt o s o l v et h ed i f f i c u l t i e ss e t t i n gp i p e l i n ei n b u m p e r t o b u m p e rt r a f f i ca r e a i np u b l i ct o i l e t sa n df o o dm a r k e ta r e a ，g r i d sw e r e o b l i g a t o r yt oa v o i dp i p ec l o g g i n g i no r d e rt od e c r e a s ec o n d u i ts l o p e ，u p v cd r a i n a g ep i p e l i n ew a su s e d ，w i t h a d o p t i n gr e a s o n a b l ea v o i d a n c eo fp i p e l i n em e a s u r e s t h e s em e a s u r e sg u a r a n t e e d t h es m o o t hi m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o j e c ta n db r o u g h tt h ec o n v e n i e n c eo ft h e f u t u r eu s ea n dm a i n t e n a n c e m o r e o v e r ，t h et h e s i sa n a l y z e dt h ee f f e c t i v e n e s sa n ds t u d i e dt h et e c h n i c a l m e a s u r e si nt r a n s f o r m i n gc o m b i n e dp i p e st or a i nw a t e rp i p e s t h e s t u d yr e s u l t s s h o w e dt h a tt h i sk i n d o fr a i nw a t e rp i p e sc o u l de f f e c t i v e l yc o l l e c ta n dd r a i n g r o u n dr a i n f a l ld u et oc o m m o nd r i z z l e ，m o d e r a t er a i n ，h e a v yr a i n ，e v e nr a i n s t o r m s t r i g g e r e db yt y p h o o ni nn o r m a ly e a r s t h a tc o m b i n e dp i p e sw e r et r a n s f o r m e dt o r a i nw a t e rp i p e sb e n e f i t e du sal o t ，s u c ha sa c q u i r i n gb i ge c o n o m i cb e n e f i t sd u et o s a v i n gal o to fp r o j e c ti n v e s t m e n t ，b r i n g i n gc o n v e n i e n c et ot h em a s s e so w i n gt o r e d u c i n ge x c a v a t i o n ，e f f e c t i v e l yu t i l i z i n gu n d e r g r o u n ds p a c e ，a n dt h er e d u c i n g d e s t r u c t i o no ft r e e sa n di m p a c to no t h e rp i p e l i n e s d u r i n gt h ec o n s t r u c t i o no fs e w a g ei n t e r c e p t i o n ，t h er e l a t e dr i v e rw a t e rq u a l i t y w a sm o n i t o r e d ，w h i c hr e v e a l e dt h a ti n c r e a s i n gw a s t e w a t e r c o l l e c t i o nr a t i oc o u l d i m p r o v ew a t e rq u a l i t yd i s t i n c t l y ，w i t hw a t e rp o l l u t i o nc o m p o s i t ei n d e xd e c r e a s e d 18 5 3 t h es t u d yi n d i c a t e dt h a t s e p a r a t es y s t e mf o rs e w a g ea n dr a i nw a t e r i ； d i s c h a r g ei sa b s o l u t e l ye s s e n t i a lf o rc o n t r o l l i n gt h er i v e rw a t e rp o l l u t i o n ，a n dt h e p r o g r e s sf o rt h ec o n s t r u c t i o no fs e w a g ei n t e r c e p t i o ns h o u l db ea c c e l a t e d k e yw o r d s ：w a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t i o n s e w a g ec o l l e c t i o n p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者。签名，f ：! 垒： 垫。 年。明r 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 一 矽 论文作者( 签名) ：一! i ：l 坠。 年哆月j 日 河海大学工程硕+ 学位沧文 第一章绪论 1 1 课题背景 1 1 1 我国的水资源和水环境污染状况 水是生命之源，是人类赖以生存的物质基础，是不可替代的宝贵资源。我国 人均淡水占有量不到世界平均值的1 4 ，居世界第1 1 0 位，被联合国列为全世界 1 3 个贫水国之一，全国6 6 8 座城市中有4 0 0 多座城市缺水，水资源短缺还表现在 农业用水供给急剧减少上，全国农村每年约缺水3 0 0 亿m 3 ，使粮食减产2 0 0 0 万 吨。 长期以来，我国在工业化、城市化和现代化的进程中，在增加供水能力的同 时，由于未能及时有效的防治水污染，致使8 0 的水域、4 5 的地面水受到污染， 9 0 以上城市水源严重污染。2 0 0 3 年度七大水系4 0 7 个重点监测断面中，i i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为：3 8 1 、3 2 2 和2 9 7 。2 0 0 4 年度七大水系的4 1 2 个水质监测断面中，i i 类、v 类和劣v 类水质的断 面比例分别为：4 1 8 、3 0 3 和2 7 9 ，虽然较上一年度有轻微改善，但水 环境污染状况仍不容乐观。七大水系主要呈现为有机污染，主要污染指标是石油 类、生化需氧量、氨氮、高锰酸盐指数、挥发酚等。造成水环境污染的主要因素 是工业、城镇生活废水排放和农业生产的面源污染。 目前，水资源短缺和水环境污染已成为制约我国经济和社会可持续发展的重 要因素。为了缓解这种严峻的形势，我国在进行水资源优化配置( 如“南水北调” 工程) 的同时，加大了对水环境治理的力度，在积极推广节水高效农业控制面源 污染的同时，重点对城镇废水集中排放进行了治理，由建设部、国家环保总局、 科技部制定的城市污水处理及污染防治技术政策提出的目标为：2 0 1 0 年， 全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于5 0 ，设市城市的污水处理率不 低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 。 1 1 2 苏州市区水资源及水环境污染状况 苏州地处江南水网地区，其境内大小河流两万余条、湖荡4 0 0 多个，均属太 河海大学t 稃硕十学位沦文 湖水系。苏州市区( 中心城区) 内水网发达，京杭运河从西北向东南绕城而过， 外城河将苏州古城区围成一个相对独立的区域，与城内纵横交错的河道形成“一 环三横三直”完整的河网体系。苏州自古就是一座著名水城，“小桥、流水、人 家”的江南水乡风貌驰名中外，丰富的水资源不但为交通、排水提供便利，更为 居民提供了良好的生活和生态环境，构建了这座城市的独特风貌。 苏州市区内河流密布，水系相连，这给雨水和污水的就近排放创造了有利条 件。上世纪8 0 年代之前，雨水、工业废水和生活污水均就近排入水体，同时由 于受河道涵闸的影响，导致城区河系水流缓慢，自净能力差，经济高速发展致使 大量未经处理的污水直接排入河道，水环境污染十分严重，严重影响了这座江南 水城的形象，属于典型的“水质性缺水”。1 9 9 8 年至2 0 0 2 年，苏州市区实施了 水环境综合治理工程，新建了福星、娄江污水处理厂一期工程和部分污水收集管 网，对水环境的改善发挥了较大的作用，但在运行过程中发现由于老城区污水收 集管网系统不完善，大量未经处理的污水仍然就近排入河道或通过雨水管道进入 河道，致使市区河道污染依然严重。市区水环境的恶化更是直接影响到了太湖流 域水污染的防治，1 0 1 个水质监测点中，v 类和劣v 类水质断面比例为6 5 4 ， i i 至类水质断面比例仅为3 4 6 ，2 0 0 3 年的中国环境状况公报表明，太湖湖体 污染较重，监测的2 1 个点位中，无i 类水体，属类、v 类和劣v 类水质 的点位比例分别为1 4 3 、1 4 3 和7 1 4 。主要污染指标为总氮和总磷。湖体 营养状态指数为5 7 8 ，仍处于轻度富营养化状态。水环境恶化形势十分严峻。 1 1 3 课题的提出 美国、欧洲和日本等国家的经验表明，兴建和完善城市下水道系统是控制水 污染的根本手段与对策。在我国，尽管近几年来各地均加快了城镇污水处理厂的 建设进程，但和处理厂相配套的污水收集系统的建设和完善却相对滞后，致使一 方面新建的众多污水厂面临“吃不饱”的境地，另一方面大量未经处理的污水却 直接排放污染水体，苏州市区同样也面临这种尴尬的状况，其主要原因是管网投 资大，建设周期长，老城区排水体制混乱，改造难度大。 在太湖水污染防治“十五”计划的总体部署和要求下，2 0 0 3 年苏州市 实施了太湖水污染防治苏州城市中心区水污染防治工程项目，作为对1 9 9 8 年苏、i t 水环境综合治理工程的补充和完善，其中的主要任务之一就是完善市区 河海大学t 辊硕十学能论文 ( 中心城区) 的污水收集管网，将污水充分截流处理。苏州是座拥有2 5 0 0 多年 历史的古城，市区排水体制复杂、居民区密集、控护建筑多，污水收集管网的建 设面临施工面大、空间狭小、技术难度大和没有经验可借鉴等难题。因此，在建 设过程中，对污水截流工程建设中涉及到的一些技术问题进行了研究，以期能为 项目的顺利实施提供保证，也为我国其它地区旧城区的改造提供示范。 1 2 国内外技术研究现状 在苏州市区污水截流工程建设中，由于管网改造和完善大部分在居民密集区 和控制性保护建筑区内，涉及到与给水管、污水管、雨水管、燃气管和电力通讯 管线等等的交叉施工问题，空间狭小，大开挖施工工艺根本不实用，需要采用各 种非开挖旌工技术和工艺。另一方面，由于涉及合流制管线的分流制改造，在空 间狭小区域如何布置两种用途的管线，也是在施工过程中面临的难题之一i l 】。 1 2 1 国外技术研究现状 非开挖技术在管道施工技术方面研究较多，这项技术首先由日本于8 0 年代 初开始系统研究，随后美国、英国、德国等也大力投入，并先后在城市供水、污 水、天然气、通讯等方面的地下管线建设工程应用中收到了极大的社会经济效益。 随着高新技术的注入，现代非开挖技术使地下管线施工作业经历了一次又一次的 技术革命，并以其独特的技术优势和广阔的市场前景得到世界各国政府的极大重 视。例如，美国克林顿政府在1 9 9 4 年财政年度批准了为期7 年，总投资为2 5 亿美元的“先进的钻探和掘进技术国家计划”就把此项技术列入城市基础设施和 建筑业发展规划中，以增强美国在该领域内的技术领先和市场竞争优势。目前， 日本、美国、德国等发达国家利用其雄厚的技术实力和财政支持，其先进的产品 和装备基本上垄断了地下管线非开挖技术市场。 针对管道非开挖检测、维护和修复技术，主要包括了检测技术、修复技术、 修复决策支持系统几个方面。闭路电视( c c t v ) 是主要的管道检测技术，其能对 管道内表面蚀、斑点、裂缝等进行快速定位和测量，近年来发展的管道检测技术 还包括超声波检测、地中雷达检测和红外线温仪。污水管道修复技术在西欧、美 国等得到了迅速的发展，由开挖修复技术发到了非开挖修复技术，随着各种遥控 机器人的开发，维修的范围逐步扩大，复质量也大大提高。非丌挖修复技术经过 河海大学t 程硕十学位论文 半个多世纪的开发实践，大体上己成以插入套管法、管内涂层法和软管翻衬法三 大类别为主的十多种工艺技术。 1 2 2 国内技术研究现状 关于室外排水管道的施工技术，国内许多文献中都有报导，但具体到居民密 集区和老城区排水管道的施工和改造的技术研究较少。张晓听嘲提出在北京旧城 文保区铺设市政给排水及其它管线时，尽量减少管线数量、减小管线之间水平间 距、采用共同沟和预制装配式雨水边沟等措施。严生斌【2 】通过对福州市中心城街 坊小区排水工程的介绍，分析了小区原有的排水体制混乱、化粪池功能降低、小 区内违章搭盖严重、小区室外竖向标高不合理等给排水管道施工带来的诸多不 便。并介绍了在不改变街坊小区远景分流制排水前提下，对现有的小区采用过渡 式分流制的方法，接户管根据具体情况的不同采用不同做法。彭可汉嘲对小区的 排水管道施工中的管道交叉时的高程冲突问题，遵循“有压”让“无压”的原则， 在综合管道中应优先考虑雨污水管。当较大口径的管道交叉发生高程冲突时，采 用扁方沟法，即将交叉处较低的管道截面变形成矩形截面的混凝土扁方沟后，从 另一管道的上面穿过。李洪洲【4 】则认为相邻管线，在埋设的高程相同或相近时， 最好考虑大开槽的旌工方案，这是缩短工期、加快工程进度的有效措旌。慈曾福 1 5 ) 介绍合肥市对芜湖西路实行拓宽改造时，同步埋设市政污水管的工程。该工程 位于市中心，原路面为混凝土路面，沿线有居民小区、高档宾馆饭店等，交通量、 客流量大，客观条件不允许大开挖埋设污水管，决定采用导向法铺管技术。丁琨、 王永华【6 l 针对合肥市某小区地势低洼，导致小区逢雨必涝，屋内则污水横流，环 境极其恶劣的状况，采取“高水高排，低水机排”和“抛片石法处理淤泥基础” 等技术，使得小区排水通畅，管道及地面未出现不均匀沉降。 排水合流管改造后用作雨水管道，该措施在国内某些排水管道工程中有所采 用，宋必红、徐觉民【7 】在介绍绍兴市的污水收集系统改造工程经验中提到，对小 区现有管网根据雨水系统的技术标准要求经过局部的整改与疏通后保留作为小 区雨水系统，但对其效能未做分析研究。在其它文献中未见有关合流管用作雨水 管的效能分析与研究。 1 3 研究内容 根据苏州市区排水体制复杂、居民区密集和控护建筑多的特点，对污水 河海大学t 程硕十学位论文 管道及相关设施的设计和施工技术进行研究。 对原合流管道改为雨水管道的效能进行研究，对其经济技术进行分析， 尽可能减少工程建设费用。 在合流制管道改造为分流制的过程中，对雨水的就地处置和利用技术进 行部分研究。 结合污水截流工程的建设，调查了污水截流率和河道水质的变化关系， 对工程建设的效果进行验证和预测。 1 4 技术路线 在合流制改为分流制的建设中，新建了污水收集管线，但如何妥善利用原有 的合流制管道，使其充分发挥效能成为工程建设过程中的一个主要问题。 为了对合流管用做雨水管的效能进行研究，需要事先选定研究区域。该区域 的原有排水合流管道应较为完整，且有明确的边界，不受或较少受周边其它排水 管道的影响。区域内的主要道路应较为宽敞，可以满足在新铺设一条污水管道的 同时，保留原有合流管用做雨水管。 经过实地调查，最终选定的三个研究区域分别是：吴县新村、腊梅里小区和 北寺塔小区，其中吴县新村的原合流管可以较完整地保留用做雨水管，因此作为 重点区域。在选定了研究区域之后，需要与在该区域进行污水截流工程施工的相 关单位进行协调，得到他们的积极配合，在铺设新的污水管道时，采取有效措施， 谨慎施工，避免破坏相临的原有合流管。采取的技术路线如图l 一1 所示： 合流管的现状调查( 管径、淤积情况 台流管用做雨水管的效能研究( 实地观察、渗透试验等) i 臣巫口 图1 1 技术路线图 圭 河海大学工程硕士学位论文 第二章污水截流工程设计及施工技术研究 2 1 工程实施方案 苏州市区污水截流工程的建设，涉及到对大量居民生活区内排水管网的改 造，国内有过先例，如无锡市1 9 9 7 年起进行的新村创建改造，上海市对排水不 畅的新村小区进行的改造等【9 】。而此次在苏州古城所进行的污水截流工程，工程 规模与资金投入大、工期长、涉及范围广、施工难度高，在国内尚属首次。共需 铺设污水到户管3 9 8 3 2 7 m ，其中大部分管道直径为d n 3 0 0 d n 4 0 0 m m 。针对本 工程的特殊性，多个部门间通力协作，就各个片区中排水管道的不同状况，精心 组织和设计，科学安排了表2 1 所示的工程实施方案。 表2 - 1 工程实施方案一览表 序号排水管道情况施工方案各注 l 均为合流制废化粪池，雨污分流如解放新村 如葑门西街 2 一半分流，化粪池过渡，一半合流彻底分流，接入市政管网 住宅 3 已分流，近期化粪池过渡废化粪池，铺总管到市政管网如闻钟苑 临街店面或分散少量住宅，疏通检查，增加部分污水管， 4如彩虹片 污水管道系统不完善雨水管有破损的进行修复 内有部分企业，需内部自行分流，临街有店 5 同上如福星片 面或分散少量住宅，污水管道系统不完善 雨污基本分流，局部几栋住宅合流，菜场局部分流改造，菜场铺管 6 如三元新村 污水未接出接出 7 已分流，但建设时间较早，标准较低重铺污水管如桐泾新村 8 企业和老住宅较多，均未改造铺设污水管到户如2 # 街坊 9 已改造，但老住宅未分流= 芑任毛行刁( 官到尸如2 6 # 街坊 1 0 已污水分流疏通检查如新康小区 总体旆工原则为先易后难，先大( 排污水量大户) 后小( 零星住户) ，靠近 有完善排水干管和中途泵站的区域先施工。这样可以使先期竣工的管道尽早投入 使用，迅速减少排水大户对河道的污染，使工程尽快发挥其环境效益【4 。在总体 施工方案及原则的指导下，具体到每一个片区、每一处街坊、每一条街巷。在铺 设管道时，除了执行给水排水管道工程施工及验收规范( g b 5 0 2 6 8 9 7 ) ( 简 称“规范”) 的有关规定和苏州市政工程排水管道通用图( 简称“通用图”) 外，当遇到众多的名人故居及控制性保护建筑( 以下简称控保建筑) 、大量的古 树名木和电杆等地上障碍物、错综复杂的地下管线、低洼地等特殊施工环境时， 河海大学丁程碗十学俺 仑文 依照“规范”和“通用图”都无法确定如何有效施工时，在积极稳妥、保证安全 的前提下，开展创新思维，努力尝试新方法、新技术。并不断总结经验教训，在 实践中进一步加以完善。 2 2 施工基本条件 ( 1 ) 地形、地貌 苏州市区地势平坦，自西向东缓慢倾斜，城区地面高程一般为4 _ 2 5 2 m 左 右f 本节均为吴淞标高) ，郊区一般为3 8 m 左右。 ( 2 ) 水文 苏州多年平均水位2 8 2 m ，历史最高水位4 3 7 m ( 1 9 5 4 年7 月2 8 日) ，历史 最低水位1 8 9 m ( 1 9 3 4 年8 月2 7 日) 。城内河道常水位2 2 2 8 m 。地下水位平均 值为3 6 3 o m 。 ( 3 ) 气象 苏州市属北亚热带、湿润区季风海洋性气候，年平均气温1 5 7 c ，历史最高 气温3 9 2 ，( 1 9 9 2 年7 月2 9 日) ，历史最低气温- 9 8 。c ( 1 9 5 8 年1 月1 6 日) 。常 年主导风向为东南风，其次为西北风，年平均风速3 4 m s ，最大风力等级为8 级。 ( 4 ) 雪霜 每年平均降雪1 3 次，最大积雪厚度2 6 c m 。无霜期3 2 1 天。 ( 5 ) 地质 苏州市绝大部分系第四纪沉积物，主要为粘性土和亚沙土地质。表土层为冲 积、湖积和海积而成的亚粘土、亚沙土，厚2 5 m 。以下为软硬相间的黑色淤泥 质亚粘土和灰绿、褐黄色的亚粘土、粘土，厚5 l o m 。最后为非粘土、沙层， 为冲积、海积而成的粉细沙层，厚3 2 0 m 不等。 总体而言，苏州市较高的地下水位和河道水位，集中较长的降水日，短时的 高温和寒冷天气，局部的软弱土层都会给工程进度和施工质量带来不利影响。 2 3 管道设计和施工中相关技术研究及应用 首先有必要对本工程中所使用的管材做一说明。u p v c 管具有材质轻、施工 方便、安装工效高、耐腐蚀能力强、水流阻力小、使用寿命长等优点。特别是与 同口径其它管材相比，u p v c 管在施工中，沟槽开挖宽度减少2 0 3 0 c m 。施工而 的减小，不仅可人人降低工程造价，也更适合小街巷的施工特点。因此在奉工程 河海大学工程硕士学位论文 中，d n 5 0 0 m m 的污水管采用钢筋砼排水管。当遇到空间狭窄的 场合，钢筋砼排水管无法进场施工时，则考虑使用大管径u p v c 管。在顶管和 拖管法施工中，还采用了高密度聚乙烯( h d p e ) 管。 2 3 1 排水管道施工与名人故居及控保建筑的保护 苏州作为历史文化古城，众多的名人故居及控保建筑散布在古城区内。在本 工程涉及范围内，如平江历史街区中的悬桥巷，就存有清同治状元、兵部侍郎洪 钧的故居及庄祠。长仅百米的巷内控保建筑就达十余座。为更好地保护这些珍贵 的的历史文化遗产，改善居民的居住条件，使他们抛弃“三桶一炉”( 即马桶、 吊桶、脚桶和煤炉) ，完善的市政设施包括雨污排水管道是必可不少的。而干将 路改造后，水、电、煤气、通讯、排污等各种管线得以在古城中心地带向两侧辐 射，为各个街坊提供了改造基础设施的先决条件。 在保护和建设相协调的原则下，借鉴其它工程经验，对在名人故居及控保建 筑周围狭窄的街巷中，排水管道的施工技术进行了研究，如采用密撑、注浆、非 开挖技术等。 以注浆法为例，在施林巷及水潭巷的污水管道工程中，因街巷狭窄，对房屋 基边采取了压密注浆加固，如两侧均有房屋，采取双侧注浆，其余为单侧注浆。 注浆深度为2 5 m ，注浆孔间距为1 0 m ，注浆材料由水泥及水玻璃调制而成，水 泥标号3 2 5 。通过双液注浆向注浆孔内注浆，并控制流量和调节两液比例，液浆 比为水泥：水玻璃= 1 ：o 0 5 ，水灰比为0 6 。注浆压力随深度的不同调整，当注浆 深度大于1 5 m 时，压力为0 2 m p a ，小于1 5 m 时为o 1 m p a 。注浆速率：水泥浆 为2 0 2 5 l m i n ，水玻璃为5 7l m i n 。在注浆过程中，对地表及附近建( 构) 筑 物进行变形观察。 在沟槽开挖过程中，尽量采取人工开挖，以减少土方量和避免机械施工带来 的振动。并实施短距离开挖施工，以便做到当天开挖，当天回填，因此未发生建 筑物倒塌等事件，提出了污水边井的新型施工方法，因其节省了占地，有利于管 线的铺设。 2 3 2 污水边井的研制与施工 在街坊内铺设污水管道时，常需要接纳沿街民居的排水出户管。这类排水管 河海大学工程颁十学位论文 管径、流量普遍较小，起初按照常规做法，为每根排水管均设置了一个5 0 5 0 m m 的污水出户井，但该做法存在以下弊端； ( 1 ) 5 0 x5 0 c m 的出户井尺寸偏大，且因数量众多，将造成工程投资的浪费； ( 2 ) 小街巷施工，5 0 5 0 c m 的出户井很难有设置的空间。 为了解决这个问题，经过反复研究试验后，参照雨水边井的形式，为临街出 户管设置了污水边井( 见图2 1 图2 3 ) ，污水边井和污水检查井之间通过短管 相连。与雨水边井类似，图2 2 中两个污水边井之间可串接后再接入污水检查井。 污水边井的尺寸为3 6 2 4 c m ，内设流槽，不落底，采用防盗型钢纤维混凝 土井盖，与雨水边井的主要区别在于： ( 1 ) 井盖为密闭式，仅留一小孔以便于开启； ( 2 ) 雨水边井须落底，而污水边井为不落底井。 实践表明，污水边井的设置是一种行之有效的方法，既方便了临街住户污水 管的接出，又有利于清通，从图2 3 中可看出，因其占地小，有利于原合流管保 留用做雨水管污水管，并节约工程投资。 图2 - 1 污水边井一图2 - 2 污水边井二 图2 - 3 污水边井三 2 3 3 污水支管的布局优化 对于小区或新村内的建筑物污水支管的设置是否合理，将决定未来的排水能 否通畅及维护的方便程度。通过对以往经验的总结，结合现场的情况，研究制定 了两种方法。以典型的三单元住宅建筑物为例，图2 - 4 和图2 - 6 显示的是双排污 水支管的做法，它适合建筑屋楼前无地下障碍物的情况下。图2 5 和图2 7 则显 示的是单排污水支管的做法，因建筑物楼前存在障碍物如其它管线等。根据具体 情况，也可将两种方法结合使用。 河海大学工程硕士学位沧文 目前新建小区，出户井的设置通常比较规范，布置也很整齐。但在许多的 老新村里，出户井通常是杂乱无章的。通过采用以上两种方法，也改变了这一状 况。 污水支管污水检查井 地下障碍物 j 二：一h x 一一 图2 _ 4 建筑物双排污水支管图2 - 5 建筑物单排污水支管 图2 - 6 建筑物双捧污水支管实例图2 7 建筑物单排污水支管实例 2 3 4 地面障碍物的规避和非开挖技术的选择 苏州古城中存在着许多小街巷，铺设排水管道时，尤如“麻叉袋上绣花”， 若进行开挖施工，将影响交通，给居民的出行带来不便，并对两旁的老房子产生 安全隐患。此外，遇到软弱土层，开挖施工难以形成沟槽。 经过研究和工程预算比较，决定采用非开挖施工技术。由于不开挖路面，对 周围环境无噪声等不良影响；被铺设管道的上部土层未经扰动，管路的管节端不 易产生段差变形，其管寿命亦大于开挖法埋管；能节约大量的拆迁费用，减少动 迁用房，缩短管线长度。因此非开挖施工具有显著的经济效益、社会效益和环境 效益。 非开挖施工技术中种类较多，结合污水截流工程的具体实际情况，主要采用 其中的顶管施工法和拖拉管法。 飞 一 芒一 生| |t l 河海大学t 程硕十学位论文 如苏州古城区内的皮市街，其地处繁华的观前商业区，一根直径为3 0 0 m m 的污水管道须穿街而过，施工阶段又恰逢雨季，若开挖施工，交通将中断，并造 成四处泥泞，给旅游和商贸带来不利影响。后经研究采用的液压顶管机进行顶管 施工。液压顶管机主要由两个双作用液压油缸、液压泵站、支撑板、顶杆与扩头 等组成，它非常适合直径较小管道的项管施工。 拖拉管施工法，也称被称为水平定向钻进施工法、导向钻进施：i ：法。和顶管 法施工同属非开挖旌工技术。它最初主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物， 铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。 同顶管法施工不同的是，在拖拉管施工中，按设计的钻孔轨迹，利用定向钻 机的钻头和扩孔器。先钻出一条直径大于待铺设管道管径的导向孔，随后在钻杆 柱端部换上己连接好的待铺设管道，回拖将管线拉入导向孔，完成铺管作业。目 前我国在电信行业，已广泛采用该方法在城市道路下铺设相关管道，相比之下， 其在市政给排水管道中的应用才刚刚起步。 拖拉管法与顶管法相比，其工作坑相对较小，更有利于在狭窄的小巷中施工。 在北寺塔小区进行的污水管道施工中，采用了该方法，取得了良好的效果。目前 已有2 0 余处采用了拖拉管法施工。 2 3 5 解决管位冲突的技术研究与应用 污水支管到户工程主要是在老街坊、老新村内实施。此类地段的特点是：曾 经历过多次的改造施工，地下管线错综复杂。其中自来水管和燃气管一般有两套 以上，有些已经废弃不用，有些仍在继续使用；雨水管或合流管的排布通常是杂 乱无序。在较新的新村，地下管线的数量和种类多而全。这些管线的位置、管径、 高程、使用状况等资料因为在设计阶段无法全面准确得知，施工中发现它们与新 建排水管道常常发生冲突。 通过不断的研究、探索和完善，逐渐形成了一套比较成熟的做法。现场出现 的各种情况，都能够得到圆满的解决。 ( 1 ) 地下管线的判断 当发现拟建管道与地下管线高程冲突后，工作流程一般是：首先，判别该管 线的种类：其次，判断该管线是否己被废弃；最后，综合各方面的情况确定解决 方案。 河海大学t 称碗十学位论文 判断管线的种类并不难，一般通过管材、管径及其埋深、走向，很容易就能 区分出这是燃气管、自来水管还是雨水管等，在此不赘述。 一旦判明是燃气管，予以避让。若无法避让，请燃气公司有关技术人员到现 场协调解决方案。 对于自来水管，可以凭经验判断其使用状况，或者向附近居民、社区乃至自 来水公司咨询。实在难以判明的，则采用以下方法：在管壁上端，丌一个小孔， 或者锯一条细缝。若无水流出，或者有水喷出但水压迅速下降且出水浑浊，则说 明这是一段废管；若喷出的水压持续较高，且水质清洁，则说明其仍在使用，必 须避让。 雨水管或合流管的判断，需要找到该管段上下游的两个检查井。井内若已淤 塞且无水，则此段管段可做废管处理；若井里有水流动，表明其仍在使用；如果 井内是静水，需要长时间观察，出于节省时间的考虑，也可将其视为仍在使用。 ( 2 ) 避让措施的选择 判明地下管线仍在使用后，接着应考虑避让措施。高程冲突的情况不尽相同， 解决方式也并非一成不变，关键是根据现场实际情况选择较合适的避让措施。 避让措施一：在条件允许的情况下，降低拟建管道的高程，使之从阻挡管线 下方穿过。这是首先应考虑的措施。 所谓的“条件允许”，一般包含以下几个因素： 该管段下游检查井的高程必须能够满足接入要求； 地下管线的管底高程一般要在拟建管道中心高程以上； 降低管道的高程将引起工程费用的增加。因此，该措施一般适用于支管。 避让措施二：减小拟建管道的敷设坡度，直至平坡。 当拟建管道与地下管线在高程上的交叉重叠部分较小而又不适宜采用避让 措施一时，可以考虑这一措施。尽管工程中采用的是u p v c 管材，粗糙系数小， 但局部平坡对管道使用会有影响，须在竣工图上注明今后该段管道作为重点养护 段。 避让措施三：抬高拟建管线的高程，使之从地下管线的上方通过。 采取该措施需满足以下几个要求： 该管段上游管段的高程必须能够满足要求： 地下管线的管项高程一般要在拟建管道中心高程以下； q - 海大学t 程硕士学位 苦文 抬高高程后应能满足最小覆土厚度的要求。 避让措施四：用两根较小管径管道取代拟建管道。 如果将两根d n 2 2 5 管道并排敷设，与一根d n 3 1 5 管道相比，管顶高程可降 低9 0 m m ，而过水能力损失较小。同理，如果用两根d n 3 1 5 管道取代一根d n 4 0 0 管道，管项高程可降低8 5 r a m 。这样就能够避丌相当一部分的地下管线。 需要注意的是：与d n 3 1 5 管配套的检查井尺寸是6 0 6 0 c m 。换成两根d n 2 2 5 管后，检查井至少要做成6 0 7 5 c m ；与d n 4 0 0 管配套的检查井尺寸是7 5 x 9 0 c m 。 换成两根d n 3 1 5 管后，检查井至少要做成9 0 1 2 0 c m 。费用的增加是显而易见的。 同时，在住宅小区内，尺寸越大的检查井越难有放置的空间。因此，该措施一般 仅适用于替换d n 3 1 5 管。d n 4 5 0 及以上的管道，不宜采用此法。 避让措施五：增设交叉井。 当新建污水管与雨水管发生高程冲突时，如果两管的管中心线高程相差不 大，可以考虑设置一个雨水交叉井，即在交叉处敲断雨水管，新建一个雨水检查 井，让污水管从中穿过。 这一措施比较显著的两个缺点是： 由于污水管的存在，交叉井的清理将比较困难： 将来若污水排放不畅，居民很可能会破坏交叉井中的污水管以达到通畅 的目的( 在管网维护中已发现此类现象) 。 避让措施六：设置“倒虹管”。 当地下管线管径较大，或管中心高程与拟建排水管道相近，不适合采取上述 措施时，可以考虑“倒虹管”的形式。 该措施几乎能够避开所有的地下障碍物，但其存在明显的缺点： 增加两个检查井，增加了造价。 倒虹管中常年满管积水，容易堵塞。 因此，首先应尽量避免采用倒虹管形式：上游检查井一定要做落底；日后的 管网维护中，倒虹井须重点养护。 2 3 6 格栅井的设置与施工 公厕和菜场这两个重要的污水来源，是支管到户工程必须接纳的。公厕的出 水往往夹杂着纸张等杂物；菜场的出水则夹带各类菜叶、塑料袋、动物皮毛及内 河海大学工程硕士学位论文 脏等垃圾。这些垃圾杂物若不加控制任其进入污水管网，极易引起管道的堵塞而 影响使用，进而增加养护的难度和工作量。为此，设计了格栅井，用于减少进入 排水管网的垃圾杂物量。 ( 1 ) 格栅井的位置 已有的公厕和菜场内部一般不进行改造，而是找到其出口进行格栅井的布 置。公厕的化粪池予以保留，格栅井设置在化粪池出1 3 与污水干管之问。菜场内 一般无化粪池，格栅井设置在总排水口( 有时不止一处) 与污水干管之间。 ( 2 ) 格栅井的形式 格栅井的基本形式，是在检查井中增加一个格栅，用于阻隔垃圾。井的尺寸 如果过大，不仅造成浪费，而且容易发生现场因空间不足而无法施工的情况；如 果过小，则会给养护带来困难。经综合考虑，确定本工程检查井的大小为 9 0 x 6 0 c m 。为便于垃圾的沉淀与去除，格栅井做成落底井，格栅间隙为2 0 c m 。 格栅井不收口，井盖为三块6 0 3 0 c m 矩形钢纤维井盖。 ( 3 ) 格栅井的施工 格栅井的施工与一般落底井的施工基本相同。需要注意的是，格栅井上游来 水是不间断的，因此必须做好上游管段的暂时封堵，以免影响施工。待井砌成后， 将预制的格栅沿插槽插入，再用螺钉固定即可。 ( 4 ) 格栅井的养护 格栅井建成投入使用后，必须给予充分的养护。否则，格栅或堵塞，或失去 截污作用。落实专人并及时清理，对保证格栅井的正常使用是非常重要的。 2 4 本章小结 本工程与传统市政管道工程相比，其最主要的特点是实施区域空间狭窄、地 下管线多。工程中的很多技术措施都是围绕这个特点而制订的，如污水边井的使 用、合理的管线避让措施、采用非开挖方式旌工、将化粪池改造为雨水池等。这 些措施的采用，为本工程的顺利实施提供了保证，加快了施工速度，提高了工程 质量，方便了今后的使用和维护。 河海大学t 程硕十学位论文 第三章合流管改造为雨水管的技术研究 3 1 苏州市降水情况 根据资料分析，苏州常年年平均降水量为1 0 9 4 毫米，年降水日1 2 9 天。年 降水量最多的1 9 9 9 年为1 7 8 3 毫米，最少的1 9 7 8 为6 0 4 毫米，年际变幅为11 7 9 毫米。年降水同最多的1 9 8 0 年计1 5 4 天，最少的1 9 7 1 年仅9 9 天。 一年中以6 月份降水量及降水日为最多，常年平均月降水量为1 6 1 毫米，降 水日1 3 天。1 2 月份月降水量最少，为3 7 毫米。1 2 月份降水日最少，平均为7 天。春季由于暖空气势力不断加强，降水量、降水日数逐月增多。常年春季降 水总量为2 9 6 毫米，降水日为3 9 天。夏季是全年降水最多的时期，常年季降水 总量为4 1 9 毫米。最多的年份1 9 9 9 年为1 1 6 2 毫米，最少的1 9 7 8 年为1 3 6 毫米。 夏季平均降水日为3 6 天。初夏的梅雨、盛夏的暴雨都会造成一定的危害。秋季 常年降水量为2 3 9 毫米，但各年悬殊较大，最多的1 9 6 2 年为6 2 7 毫米，最少的 1 9 5 5 年仅6 0 毫米。初秋有热带风暴的影响，雨水仍较多，但十月份后降水锐减， 秋高气爽。秋季平均降水日为2 7 天。热带风暴、连阴雨、秋