珠三角某城市旧城区排水管网改造设计探讨

珠三角某城市旧城区排水管网改造设计探讨

梁伟超

杭州市城建设计研究院有限公司广东分公司

摘要：以珠三角某城市旧城区排水管网改造设计为例，阐述了旧城区排水管网存在的问题和工程目标，针对现状存在的问题，以工程目标为导向，提出了具体可行的改造方案，同时探讨了排水管网改造的设计原则、方法和总体思路，通过提质增效，消除水体黑臭，实现长制久清，并且介绍了排水管道修复新技术，为旧城区排水管网改造设计提供借鉴。

关键词：正本清源  雨污分流  排水管网设计

0引言

珠三角某城市老城区排水管网和河道，虽然经历了多年的治理，但由于已实施的项目多呈现局部化、零散化、线性化的情况，难以从根本上解决范围面临的系统性问题。目前仍存在河道局部黑臭、排水管网水位过高、排水能力不足、污水收集率低、污水厂进水水质BOD5低、水生态空间缺失等问题。2019年3月广东省环境保护督察组对该城市提出老城区“污水管网建设问题突出”，污水管网建设工程进度严重滞后，断管、坍塌、错接、淤堵等管网病害现象较突出。因此老城区的排水管网改造建设十分迫切并且必要。

1 工程概况

项目主要建设内容为水环境改善工程，包括正本清源、次支管网完善、旧管改造、排水管渠修复、查漏补缺、重点面源污染控制。以提高污水收集率、污水厂进水水质BOD 5为工程目标,以水环境改善为核心，全面进行污水管网完善及提质增效，消除水体黑臭，实现长制久清。

2 现状存在的问题

项目改造范围内的现状排水体制为合流制与分流制排水系统并存。分流制区域主要分布于新建小区、新建或改造道路等。合流制区域主要分布于现状老旧城区、城中旧村等区域。尽管项目范围内建有大量雨污水两套系统，但由于错混接严重或管网病害严重，整体实际运行状态还是合流制为主，截流制占整个排水系统的88%。

改造范围内现状纳污手段主要以截流式为主，老旧小区等雨污混流现象普遍，正本清源率低，部分排水小区及市政路缺少污水管，污水渗入地下或直排入渠，未进入污水系统，导致城镇生活污水集中收集率低。

 3 工程目标

通过实施水环境改善工程，需达到以下的工程目标：

①污水厂服务范围内污水收集率≥95%；

②污水厂进水水质 BOD5（年平均值）≥100mg/L；

③晴天污水不入渠；

④全面消除水体黑臭，实现长制久清。

4 设计步骤和总体技术路线

本次总体设计方案以治理目标为导向，从实现工程目标出发定制达标技术路线。首先对流域污染的现状进行分析，从外源、内源及水动力等方面分析水质污染的成因；其次计算出入河排污量、内源污染释放量，并于水环境容量进行差值对比，量化分析达标缺口，得到污染物削减目标；再对污染物削减目标进行分解，得到生活污水收集率目标、面源污染削减目标、底泥清淤量目标以及补水循环量目标等各类细化的目标，针对各类细化目标的实现分别提出各类工程措施，形成总体的治理方案；最后采用数学模型对治理方案进行可达性分析论证。总体技术路线如下图所示：

5工程措施

通过正本清源、空白区污水纳管、旧管改造、错混接改造、消除总口截留等排水管网系统完善措施，实现雨污分流，并辅以面源污染控制等工程措施实现工程目标。

5.1 正本清源

（1）居住小区类排水管网改造方案

居住小区排水管网改造方案主要有以下四种类型：

1）保留现状排水系统：小区内已建设雨、污分流制系统，但与市政道路排水管网系统存在错接混接。首先核实该分流制系统能否满足排水要求，如满足要求则保留现状排水系统，不再进行管网改造，仅在该小区排水管与市政道路排水管连接处核实接驳情况，对问题接驳点进行改造；如小区现状分流制管网系统不能满足要求，则对不满足部分的排水管网进行改造。

2）新建污水系统：小区为合流制排水系统的，区域内污水排放点明确，且现状管涵满足雨水排放要求，则保留现状系统作为雨水系统，新增一套污水管，作为污水系统，连接各栋建筑的化粪池或格栅沉砂池、现状排水立管等，最终接入已建市政污水管网；对建筑屋面排水合流管改造，保留现状排水管作为污水管，增加通气口，新增一条连接屋面的雨水管，连接至现状雨水管涵。

3）新建雨水系统：小区为合流制排水系统，区域内污水排放点不明确，建筑物雨污水均排入合流管，则保留现状排水系统为污水系统，废除与现状排水系统相连的雨水口，雨水边沟，改造建筑合流排水管，新建一套雨水管网系统、雨水口收集系统及建筑屋面雨水管系统，实现该区域雨污分流排放。

4）新建雨、污水系统：小区已有排水管网系统，但管网系统老旧，难以发挥功能。某些区域由于该系统建设时间较早，管径偏小，堵塞淤积严重，时常有雨污水溢出地面，且片区近期无旧城改造计划，则完全新建雨、污水两套管网系统，在实施条件受限时新建的雨、污管道考虑同槽敷设。

（2）公共建筑类排水管网改造方案

公共建筑区域包括文化教育、行政办公、公共事业、园林、交通、金融、服务、医疗卫生等行业，同样本次排水管网改造工程设计重点考虑在公共建筑区域红线范围内的支路网上以及综合楼、生活区域（宿舍、食堂等）内完善排水管网。公共建筑区域设计思路：保留原有合流管道改为污水系统，新建雨水明渠；若条件不允许则新建雨水管道。

（3）城中村类小区排水管网改造方案

城中村的治污原则为：进村入户、应收尽收；近远结合，分步实施。以村为单位，合理制定治理方案。

1）易改造的城中村

对城中村、出租屋的房屋立管、村内排水管道进行改造，逐户收集污水，通过新建或进一步完善的污水收集管网与市政污水管道系统接驳，实现污水不再流入雨水管道。

①通过对改造区域地形、排水现状、建筑物使用年限等因素的分析，合理确定住户污水收集的形式，确定污水收集管网的建设形式。

②建筑排水除屋面雨水外的其他排水均视为污水，应着重梳理、收集，接入室外污水系统；建筑屋面雨水收集排放系统是雨水系统的重点，建筑物的雨污分流改造应最大程度将屋面雨水收集并排放到室外雨水系统，新建的立管需与原建筑物的风格相协调。

③对已实施雨污分流的区域，需对雨、污排水管进行排查，改造混接的节点，杜绝雨污水混排。

④复核上下游雨、污水管道标高及过流能力，保证改造后不影响排水管网的运行安全。

⑤雨污分流设计时应充分利用原有合流管道，一般宜将现有合流管道改造为雨水管道，再新建一套独立的污水收集管道。

⑥新建污水管道应利用地形，管道浅埋。

⑦新建排水管道需同时处理好与现状管线、规划管线的关系。

⑧粪便污水应经过已建化粪池或格栅沉砂池处理后再接入室外污水管网。

2）难改造的城中村

充分调研村内建筑物和道路分布情况，按能否实施进村入户排水改造工程的条件划分为若干片区，具备实施条件的片区，按第一类区域的要求建设污水收集管道、改造雨水系统；不具备实施条件的片区，近期在充分利用现状管道的基础上尽可能通过清污分流、集中截流、涌边截流和局部排水改造等方式收集污水，实现晴天污水全收集、全处理，雨天能有效控制溢流污染的目标，同时应避免引发内涝。纳污措施应严格控制上游水位不雍高，可采用降低下游管道高程和运行水位、设置导流措施、水泵提升等措施，有效降低雨季溢流量。

（4）建筑雨污分流改造方案

片区内部分建筑排水管的设置有立管合流和立管分流形式，其中部分由于建筑室内功能改变，如阳台设置洗衣机或临时厨房等，或整栋建筑功能改变，而使得部分分流的建筑立管变成合流形式，因此导致进入小区的雨水管内有污水。本工程建筑单体雨污分流改造主要对建筑立管及立管至排水沟构筑物段埋地管进行整改，目标是要求将室内污水、与屋面即雨水分流，从源头实现雨污分流。具体改造方案如下：

1）合流立管改造

原建筑合流管改造用作污水管，接入污水检查井、化粪池或格栅沉砂池，并增设伸顶通气帽及立管检查口；新建雨水立管，将屋面雨水单独接出，就近排入附近检查井或者雨水口内。

2）雨水立管入地改造

将接入化粪池的雨水立管进行改造，在入地以下将雨水立管截断，就近排入附近雨水检查井或者雨水口内。

3）雨水立管散排改入地

原雨水立管直接散排地面，且周边有雨水检查井，本次对此类雨水立管改造入地。

4）污水及合流立管入地改造

原污水或合流立管错接现状雨水口或雨水检查井，本次对此类立管改造接入污水检查井、化粪池或格栅沉砂池。

5）化粪池改造

化粪池的作用是使粪便沉淀并厌氧发酵腐化，以去除生活污水中的悬浮性有机物。在污水处理设施尚未建成时，设置化粪池可减少生活污水对水体的影响。随着我们大部分地区污水设施的逐步建成和完善，再设置化粪池将减低污水厂的进水水质，不利于提高污水厂的处理效率。因此，本项目拟将各公建及住宅小区现状存在问题的化粪池改造为格栅沉砂池。

格栅预沉池的主要作用是将居民排放的生活污水进行简单的物理法预处理，通过格栅将污水中的垃圾、毛发的拦截，同时通过重力作用将废水中的大颗粒悬浮物沉降下来，降低下游污水管网堵塞的风险，减少污水管网清淤的难度。

5.2空白区污水纳管

根据主城区相关规划，结合现状已建管道系统，在满足近期污水收集及各排水单元正本清源改造污水接驳的前提下，对管网空白区、重点污染内河涌周边区域及排水单元周边进行次支管网的补充完善，与正本清源工程构成完善的污水收集输送管网系统。

设计方法如下：

（1）坚持以实现范围“污水管网全覆盖”为指导思想，打通污水核心系统，保障市政污水干系统完整，把排水系统加以完善。

（2）坚持做到与规划相协调、衔接一致的原则，设计管道的管位、管径尽量与规划一致；再根据污水量预测结果与排水体制的选择计算复核，排污管线原则上按远期计算水量，一次设计、一次性建成。

（3）污水系统的完善按照由大到小、先主干后分支、逐步推进，最终从源头上实现雨污分流。

（4）管道布置充分利用地形地势，尽可能采用重力自流。

（5）充分注意支管网建设工程与周边现状、在建及拟建管网的协调配套，从实际出发，使工程便于实施，快速发挥工程效益。

（6）结合勘察和管线测量资料，优化设计，以减少施工难度和对环境的影响，采用合理施工方案和方法，减少施工周期，尽可能减少施工中对环境和交通等方面的影响。同时应做好对交叉管线、渠道的保护工作。

5.3旧管改造

5.3.1现状污水旧管存在的问题

（1）排水管网缺乏区域整体性规划。管线位置混乱的现象比较严重，设计时对管网的服务范围、人口数量、排水量等系数选择不合理，使得排水管网的排水和收集能力较差，不能满足目前排水设计的要求。

（2）管网的规划年限较短，设计标准较低，致使修建的排水管网管径偏小，过水能力较差，加之管网埋深较浅，管网接口不严实等因素，较易造成积水渗漏和管内臭气的溢出，使得排水管网远远不能满足城市发展的需求。

（3）市政排水管道采用混凝土管，由于其重量大、接口多，长时间使用后，大部分管道存在渗漏问题。

（4）管网陈旧，缺少维护和管理，使管道淤积严重，影响了管渠的过流能力，使得管渠的实际过水量小于设计过水量。

（5）经水力计算复核,凤凰排洪渠范围内共有污水管道19.509km出现过流能力不足的情况。

水力计算图

5.3.2设计方案

本项目旧管改造主要针对规划污水系统调整、过流能力不足及年久失修管段进行更新改造，设计方案如下：

（1）勘察并核实管网现状资料，排水管网改造涉及的管线比较多，在进行管网改造设计之前需要调查现状管网。

（2）在改造设计中应该合理确定检查井等构筑物的管线位置。排水管线一般定位在其它管线里侧，为了避免汽车碾压、方便施工及维护，尽量铺设在人行道或非机动车道上，在人行道和非机动车道空间有限时，可视具体情况将管线布置在路中心绿化隔离带，也可考虑将维修可能性较小的管线布置在机动车道下。

（3）推广采用新型管材，为了满足城市改造工程工期的要求，在改造设计中可选用新材料、新工艺的管材。球墨铸铁、PVC-UH管等管材具有不易腐蚀、寿命长、管壁光滑、水流阻力小等优点可在改造设计中推广采用。

（4）废弃或封堵原管道，另铺设新管道。此种改造方案可以避免对道路进行全线开挖，可以最大限度地减少施工对交通状况的影响；同时可以缩短改造管道的工期，在新管线施工的前期原有管道仍可以继续使用。

5.3 旧管修复新技术

本项目范围内的污水管道存在多种病害，根据《香洲区排水管网普查及检测工程——排水管线现状及规划评估报告》及可研对市政路下污水管网的摸查，发现污水管网存在淤堵、淤积、腐蚀、破损、变形、塌陷、错台等管网病害。

针对以上管网病害，目前常用的修复方法是采用开挖后重新埋管，主要通过道路路面切割、开挖、换管、回填等过程。本工程部分管道修复采用了非开挖修复新技术，本文对其进行简单介绍。

管道非开挖修复技术有3大类，一类是采用树脂固化的方法在管道内部形成新的排水管道，如CIPP、现场固化等工艺；一类是采用小管穿大管的方式，在原有管道内部套入小的排水管道，以解决燃眉之急，如短管内衬、U型管拖入等工艺；最后一类是采用螺旋制管的方式在原有管道的内部采用缠绕法形成1条新管道，如螺旋缠绕法等。

1）软管内衬法修复技术

软管内衬法，也称原始固化法（CIPP），是在现有的旧管道内壁上衬一层浸渍液态热固性树脂的软衬层，通过加热（利用热水、热汽或紫外线等）或常温使其固化，形成与旧管道紧密配合的薄层管，管道断面几乎没有损失，但其流动性能大大改善了。软衬法的施工方式有2种，翻转浸渍树脂软管内衬法和CIPP拉入法树脂内衬法。

2）U型内衬HDPE管修复技术 

U型内衬HDPE管修复技术通常也称为紧密结合内衬法，其原理是采用外径比旧管道内径略小的HDPE管，通过变形设备将HDPE管压成U型并暂时捆绑以使其直径减小，通过牵引机将HDPE管穿入旧管道，然后利用水压或气（汽）压与通软体球将其打开并恢复到原来的直径，使HDPE管涨贴到旧管道的内壁上，与旧管道紧密的配合，形成HDPE管的防腐性能与原管道的机械性能合二为一的一种“管中管”复合结构。

3）短管内衬法修复技术

短管内衬法就是将短管在现场一边焊接一边拖入旧管道内，最后将新旧管道之间的间隙注浆填满，这种修复方法通常在水流量较低的情况下适用。

4）碎（裂）管法修复技术

碎（裂）管法是采用碎（裂）管设备从内部破碎或割裂旧管道，将旧管道碎片挤入周围土体形成管孔，并同步拉入新管道（同口径或更大口径）的管道更新方法。

5）螺旋缠绕法修复技术

螺旋缠绕法修复技术主要是通过螺旋缠绕的方法在旧管道内部将带状型材通过压制卡口不断前进形成新的管道。管道可在通水的情况（30%以下）作业，螺旋缠绕法目前应用比较广泛，采用该技术修复后的管道内壁光滑，过水能力比修复前的混凝土管要好，而且材料占地面积较小，适合长距离的管道修复。

5.4错混接改造

本工程错混接接情况主要有以下三种：①污水混流接入雨水；②雨水混流接入污水；③合流管混流接入雨水。

设计方案

（1）对存在的混接问题进行整改，雨水管接入污水管，对混接管段进行封堵，新建雨水管就近接入雨水系统。

（2）对已接入雨水系统的污水管道或者合流管道，对其进行封堵，新建污水管道就近接入污水系统。

（3）对错接、漏接的管道，重新梳理管网系统，新建污水或雨水管道；最终疏通管网系统，使污水全部能够排入污水处理厂进行处理后再排放。

6结语

国内城市旧城区现状排水管网的问题具有一定的普遍性，如：分流制、合流制并存，原有排水管网排水能力不足，管道老化、结构性病害问题突出，雨污水错混接，污水收集率低，污水厂进水BOD值偏低等。本文针对以上问题提出具体的改造方法，其中包含非开挖管道修复新技术。通过正本清源、错混接改造工程从源头处解决污水收集问题，提高污水收集率。通过旧管网修复保证污水不外渗，减少地下水渗入，防止水质被稀释，提高污水厂进水水质 BOD5。

参考文献

[1]唐建国.完善城市排水系统，巩固和提升黑臭水体整治成效[1] 给水排水，2018，44（1）：1-7.

[2]唐建国.工欲解黑臭，必先治管道巩固和提升黑臭水体整治成效[J] 给水排水，2018，44（12）：1-3.