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摘要：針對常規(guī)單管倒虹吸結(jié)構(gòu)所存在的缺陷，對倒虹吸的結(jié)構(gòu)作了改進。主要利用倒虹吸井的合理分區(qū)，設(shè)置雙排倒虹管，并通過閥門啟閉控制，使倒虹吸結(jié)構(gòu)內(nèi)輸送的工業(yè)廢水具備自沖洗功能，從而減少了管道堵塞的風(fēng)險。實踐證明：設(shè)置雙排倒虹管的方法，降低了管道內(nèi)部堵塞、維護、無法停水導(dǎo)致倒虹管無法進行搶修及倒虹吸失效的風(fēng)險，確保了工業(yè)廢水主干管的運行穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：倒虹吸；自沖洗；改進；運行控制

1工程概況

成都雙流中電子配套再生水廠進廠管網(wǎng)擴建工程為新建工業(yè)廢水專用管網(wǎng)，因穿越既有河道需要在過河處設(shè)置倒虹吸結(jié)構(gòu)，在倒虹吸結(jié)構(gòu)上游工業(yè)廢水匯水范圍為536m，下游服務(wù)范圍為3160m。上游服務(wù)范圍絕對高程為505.72～470.74m，下游服務(wù)范圍絕對高程為470.14～453.55m。專用工業(yè)廢水管道工程主要服務(wù)成都中電熊貓顯示科技公司第8.6代薄膜晶體液晶顯示器項目，工業(yè)廢水管道收集該項目經(jīng)處理達到GB/T31962—2015《工業(yè)廢水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標準》后排放的工業(yè)廢水。工業(yè)廢水量計算按照該項目向政府提交的可研報告中確定的工業(yè)廢水量指標和用地面積計算，工業(yè)廢水量為40000m3/d。河道屬于老河道按照規(guī)劃后期標準拓寬，屬季節(jié)性河流，非汛期水量較小，河道內(nèi)無通航要求。在管道穿越既有河道段設(shè)置倒虹段，采用2根φ820mm×8mm鋼管平行布置，鋼管總長度97m，鋼管外部采用C20混凝土進行管道包封。

2倒虹吸結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程管網(wǎng)設(shè)計輸送工業(yè)廢水量為40000m3/d，由于廢水量變化不確定，因此，按照GB50014—2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》，采用插法求得綜合生活工業(yè)廢水量變化系數(shù)為1.67，設(shè)計工業(yè)廢水量為771L/s。倒虹井進水管及出水管管徑均為1000mm、上游坡度4%，下游坡度為0.5%，設(shè)計流量時進水管充滿度為0.64。倒虹管采用2條，管徑均為800mm，從管道的耐腐蝕性的強度綜合分析，設(shè)計采用球墨鑄鐵管，管道采用C20混凝土滿包。單管長度為45m，管道中心線距離為2.5m，達到設(shè)計流量兩管同時運行時管道流速為0.97m/s，此時水力坡降i為0.005。考慮到水量較小時，在初期采用2條管“一用一備”，當工業(yè)廢水量接近設(shè)計流量時2條管同時運行，避免沉積。倒虹井平面尺寸為3.5m×3.1m（內(nèi)凈空），進水井和出水井前后均分為2個區(qū)域，進、出水井靠近倒虹管的一倉左右分為2部分，每一部分前均安裝閘門，為了減少局部水頭損失以充分發(fā)沖洗效果，閘門采用0.8m×0.8m方形閘門（圖1～圖3）。

3自沖式雙管倒虹吸簡介

3.1主要特點

3.1.1單管倒虹吸和雙管（多管）倒虹吸的共同點倒虹吸是在人工水穿越障礙物中常用的工法之一，其具有結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷，便于后期維護等優(yōu)點，設(shè)置倒虹吸一般是人工水穿越溝壑、河流、道路、地下障礙物下部的設(shè)施，并宜與河流、溝渠、道路中心線正交，管軸線在平面布置上的投影宜為直線。倒虹吸一般由倒虹井和倒虹管2部分組成（倒虹吸管由進口段、管道段和出口段3部分組成）[1-5]。

3.1.2單管倒虹吸的缺點目前國內(nèi)的倒虹吸一般采用單管倒虹吸，單管設(shè)置存在一定運營風(fēng)險及無法檢修，且運營維護、堵塞后無法疏通等弊病；單管倒虹吸適用于環(huán)行管網(wǎng)，且設(shè)計時預(yù)留一定的富余量可以滿足功能需求，但應(yīng)用于污水專線上風(fēng)險較大。傳統(tǒng)倒虹吸事故原因多為倒虹管內(nèi)淤積、堵塞。當運行的倒虹管淤積到一定程度將導(dǎo)致倒虹管的過流能力大大減弱，如倒虹管淤積長時間未被發(fā)現(xiàn)，隨著淤積程度的增加，可能導(dǎo)致上游倒虹井或工業(yè)廢水管道積水，工業(yè)廢水將從系統(tǒng)局部最低點漫溢，造成污染事故、影響城市環(huán)境。隨著城市不斷擴大，倒虹吸數(shù)量也不斷增加，對倒虹吸的沖洗、維護的工作量也不斷增大。對傳統(tǒng)的倒虹吸做法進行適當?shù)墓δ軆?yōu)化，以達到提高倒虹吸運行的安全性及經(jīng)濟性。

3.1.3雙管倒虹吸的優(yōu)點雙管倒虹吸運用倒虹井通過井室分區(qū)，安裝閥門來達到雙管獨立運行。通過倒虹管設(shè)置一定坡比和選用合理的管道直徑，利用進出水高低差來實現(xiàn)管道內(nèi)部自沖沉積物。通過設(shè)置雙管倒虹管，單管獨立運行對倒虹管防清淤效果好，可靠性高，而且構(gòu)造合理，可以在不影響運營及使用的前提下，對倒虹管進行維護及保養(yǎng)。

3.2構(gòu)造要求

自沖洗雙管倒虹吸進、出水井井室布置形式類似“品”字形，進、出水井井室布局見圖1、圖2；設(shè)置2條過水管道形成多道倒虹管。進水井內(nèi)閘門可配備常規(guī)啟閉機驅(qū)動，也可配備液壓啟閉機驅(qū)動；出水井的閘門配備液壓啟閉機驅(qū)動的閘門，以實現(xiàn)閘門快速開閉。沖洗分為強制沖洗和定期沖洗：強制沖洗是根據(jù)液位儀探測的進出水井水面高差，通過對閘門開啟的控制，在倒虹井及倒虹管內(nèi)完成蓄水、沖洗，實現(xiàn)利用輸送的工業(yè)廢水對倒虹吸管定期、快速、有效沖洗的目的，定期沖洗是倒虹吸管運行過程中周期性對倒虹吸管進行定期沖洗。

4實例計算

4.1進出水水面確定

4.1.1水力計算水力計算主要是計算倒虹吸各個部分的水頭損失，根據(jù)水頭損失確定設(shè)計時倒虹吸進、出水進水面差。

4.1.2進出水井水位確定為了降低下游工業(yè)廢水管網(wǎng)的埋深，進水井水面標高取設(shè)計工業(yè)廢水量時進水管對應(yīng)的水位為471.744m，設(shè)計流量時全部水頭損失為0.27m，進出水井水面高差為0.6m，則出水井水面標高為471.744m。

4.2最高水位確定

4.2.1倒虹井內(nèi)最高水位確定井內(nèi)最高水位是為了盡量在倒虹井和上游工業(yè)廢水管中多蓄積工業(yè)廢水，為沖洗時提供充足的水量和水頭。倒虹井內(nèi)最高水位的控制尤為重要，如果井內(nèi)最高水位過高，工業(yè)廢水可能在系統(tǒng)最不利點向外漫溢；如果水位過低，蓄水量減少、沖洗水頭降低，會削弱沖洗效果。最高水位的確定原則上按照最不利點不漫流，同時倒虹井內(nèi)水位距離設(shè)備層底板0.3～0.5m，在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)服務(wù)范圍的地形、管道布置等綜合分析后確定。在運行中，根據(jù)實際情況可以相應(yīng)調(diào)整。

4.2.2倒虹井最高水位確定按照服務(wù)范圍內(nèi)的地形地勢結(jié)合管道布置分析，最不利點為進水倒虹井地面標高為474.107m，管頂標高470.744m，倒虹井設(shè)備層板底467.750m。綜合分析，最高水位定為474.107m。

4.3運行控制

4.3.1實際運行控制正常工作時，根據(jù)工業(yè)廢水量的實際情況，合理確定倒虹管的運行條數(shù)。隨著連續(xù)運行時間的增加倒虹管內(nèi)逐漸出現(xiàn)淤積，上游倒虹井內(nèi)水位增加，當增加至一定水位時，需對倒虹管進行自沖。根據(jù)需要對倒虹管進行逐條沖洗，沖洗完成后進入正常工作狀態(tài)，等待下一次沖洗。

4.3.2沖洗水量估算根據(jù)工業(yè)廢水管施工圖，按照設(shè)計流量時管道的充滿度、管道蓄水至474.107m時管道蓄水的范圍估算，用于沖洗的水量（因為蓄水而使管道內(nèi)增加的水量）約為93m3，倒虹井中蓄水約138m3，總蓄水量約231m3。

4.3.3沖洗水頭及沖洗流速測算最大沖洗水頭為3.96m，沖洗流速可達6.6m/s，隨著沖洗的進行，強度逐漸減弱，沖洗時間長達10～15min，經(jīng)高流速、大水量、長時間的沖洗，可有效沖洗管道。

5結(jié)語

目前該工程已經(jīng)投入使用1a，未出現(xiàn)過因倒虹管淤積而引起的工業(yè)廢水排水不暢或者工業(yè)廢水溢流現(xiàn)象，運行效果良好，從該工程中總結(jié)了以下經(jīng)驗。1）自沖洗雙管倒虹吸構(gòu)造簡單，可通過閥門控制水位，通過水流壓力進行自沖洗，采取雙管倒虹吸，有效提高工業(yè)廢水管網(wǎng)運行的安全性。2）自沖洗倒虹吸利用管網(wǎng)內(nèi)的工業(yè)廢水對倒虹設(shè)施進行自沖洗，沖洗速度大、沖洗水量大、沖洗時間長，可對管道進行有效沖洗。3）后期類似工程建議增加PLC智能控制系統(tǒng)，以節(jié)約沖洗過程中人工控制，降低安全風(fēng)險，實現(xiàn)自沖洗自動化、信息化，更便捷對倒虹吸實現(xiàn)遠程監(jiān)管，對管網(wǎng)運行的不同階段進行針對性沖洗。

參考文獻

[1]潘金鋒.自沖洗倒虹吸在污水設(shè)計中的應(yīng)用[J].城市建筑,2015(24):322-323.

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[3]馬麗輝,李彥.倒虹吸管水力設(shè)計[J].黑龍江科技信息,2008(26):245.

[4]廖志勇.淺談市政道路污水管網(wǎng)改造設(shè)計[J].江西建材,2015(11):7-8.

[5]袁嬌如.淺談市政道路排水管道改造設(shè)計要點[J].安徽建筑,2018,24(5):305-306.

作者：羅波 單位：中國建筑一局有限公司