茅洲河水环境治理工程是深圳市建设生态型现代滨水城区的重要战略部署, 茅洲河水环境整治项目采用EPC承包模式 (设计采购施工项目总承包) , 包括46个子项, 内容包括工程勘察 (测绘、勘察、物探) 、工程设计 (初步设计、施工图设计、竣工图编制) 、采购、工程施工以及应有项目公司完成的其他工作。笔者以茅洲河管网工程设计为例, 介绍了城市水环境治理过程中管网设计方案, 以期为目前国内城市水环境治理及城市黑臭水体治理过程中管网设计提供参考。

　　 茅洲河为深圳市第一大河, 发源于深圳境内的羊台山北麓, 干流全长31.29km, 广深公路~茅洲河河口 (东宝河, 区间河长10.2km) 是深圳与东莞的界河。茅洲河流域面积388.23km², 茅洲河宝安区境内流域面积112.65km², 涵盖松岗、沙井街道两个行政区域, 河涌19条, 水库4宗。目前茅洲河流域水体污染严重, 干支流水质劣于地表水V类, 水体黑臭, 水生态环境亟待改善。本项目为茅洲河流域 (宝安区) 水环境综合整治工程, 主体包括管网工程、排涝工程、河流治理工程和水质改善工程。

　　 管网工程主要是城市污水管网及居民雨水管道, 雨水管道主要是完善雨污分流, 通过对污水管网的建设完善, 建成“用户-支管-次支管-主干管-污水处理厂”完整的污水收集体系, 根本改善工业区的水污染现状, 同时梳理雨水系统, 减少内涝发生^[1]。通过本工程的实施, 旱季污水收集率达到90%以上, 从而为茅洲河水质改善工程打下基础。

　　 由于宝安区污水管网收集系统不完善, 部分污水未通过管网截流进入污水处理厂, 不仅影响了污水处理厂的运行调度, 也严重影响河道水质。因此, 需对区内的污水管网系统进行完善, 尽可能杜绝旱季污水进入河道。完善污水管网收集系统包括截污工程、接驳工程和雨污分流工程三大部分。

　　 污水截污纳管管网优化设计过程中, 合理的污水系统分区是优化设计污水管网的先决条件, 首先充分考虑城市的地形地貌, 合理地划分排水区域, 确定纳污范围。截流管设计过程特点如图1所示。

　　 (1) 减少管道过河, 降低工程造价;尽可能在较短管线长度和埋深较小的情况下, 让更大区域的污水能够截流自排入污水干管。

　　 (2) 截污管道设计过程中, 当截污支管不足时, 采用在河道两岸沿线连续敷设截流管, 如图1所示, 新建截流管埋设于素混凝土挡墙后, 支管最终汇入污水主干管;河道沿线截流支管铺设已完成情况下, 直接接入污水干管。表1是某一工段的截污工程措施, 从表中可见, 部分施工桩位之间汇入污水含有较多杂物及泥沙, 污水首先接入沉砂截流井, 后接入截流管。

　　 宝安区街道污水管道建设年代不一, 部分管道存在“跑、冒、滴、漏”现象, 为发挥现状管网的功能, 接驳工程必不可少。接驳工程主要内容包括: (1) 排查、检测现状管网, 找到现状管网存在的问题; (2) 针对现状管网存在的问题进行修复完善。一般情况下, 现状管网存在问题及解决措施如表2所示。

　　 根据现状管道问题及其分布位置, 确定施工图、管道选型及现场施工方案。

　　 根据相关规划及《深圳市小区排水清源行动技术指引》, 结合实际情况, 原则上采用雨污分流制, 近期确定没有条件分流的老村可临时采用截流式合流制, 远期结合城市改造实现雨污分流。雨污分流管网工程需因地制宜划分区域, 主要包括旧城区、新村区、工业园区和居民区。工程内容包括污水支管网建设、雨水系统改造、分流制区域建筑立管改造。

　　 本次雨污分流管网改造过程中, 截流倍数参照深圳市工程经验, 取n₀=2, 污水量预测采用单元面积比流量法进行预测^[2]。不同区域的雨污管网设计方案如下:

　　 (1) 新村区建筑分布规整, 道路宽阔, 雨污分流工程已完善, 不再进行雨污分流管网建设, 只需核查污水管排放口是否纳入污水处理厂管网系统 (防止错接雨水管网) , 如未接入, 则进行相应的接驳工程。

　　 (2) 旧城区建筑分布杂乱、密集, 道路狭窄, 敷设管线施工难度大, 无条件实行雨污分流制, 一般保留现状合流制排水系统;有条件区域且管径偏小情况时, 新建一条合流制管线, 出水口设置污水截流井, 保证老城区旱季污水全部收集进入污水系统。远期, 老城区结合旧城改造逐步完成雨污分流全部工程。

　　 (3) 工业园区的工厂众多, 基本采用合流制排水系统, 厂内管线繁杂, 施工阶段对厂内正常生产产生较大影响, 协调工作复杂。因此, 本次雨污管网支管敷设到厂区企业周边, 企业自行接入污水管道, 并建议当地环保局严控污水偷排、漏排现状, 杜绝污水未经处理或处理不达标直接接入污水管道。

　　 (4) 居民区雨污分流改造包括: (1) 居民区建筑单体合流立管改造为雨水管, 并增设伸顶通气帽及立管检查口, 将雨水单独接管排入检查井或雨水口内; (2) 将接入化粪池的雨水立管进行改造, 将入地以下雨水立管截断, 就近排入附近雨水检查井或雨水口; (3) 原雨水立管直接散排地面, 且周边有雨水检查井, 对该类立管直接改造入地。具体改造施工示意如图2。

　　 雨污立管通过小区、街巷管道进入市政管网, 改造分为两类: (1) 合流管道或箱涵过流能力足够时, 改作为雨水管道, 新建污水管道。 (2) 合流管道或箱涵过流能力较小时, 改作为污水管道, 新建雨水管道。

　　 污水管网分布在整个排水流域中, 根据管道在排水系统中所起的作用, 可分别分为主干管、次干管、支管。污水由街坊用户管流入污水支管, 再流入截污次干管, 然后流入主干管, 最后流入污水处理厂。

　　 管道布置原则如下:

　　 (1) 结合现状已建污水管, 合理布置管道, 使得对已建污水管道影响最小。

　　 (2) 污水管按远期2020年一次规划设计, 管径按远期设计流量确定, 根据近远期的发展, 分段敷设。

　　 (3) 污水管按排水规划确定管径和具体走向, 设计流量按各排水分区的建设面积比流量计算, 以此确定管径。

　　 (4) 污水管道布置力求符合地形变化趋势, 顺坡排水, 线路短捷, 减少管道埋深和管道迂回往返, 降低工程造价, 确保良好的水力条件。

　　 (5) 在设计充满度条件下, 重力流污水管道最小设计流速不小于0.6m/s。

　　 (6) 仔细研究管道敷设坡度与地面坡度之间的关系, 所确定的管道坡度, 既能满足最小设计流速的要求, 又不使管道的埋深过大。

　　 (1) 回填土击实试验。本工程回填土为原状土, 管道回填前取回填土做击实试验, 确保其最佳含水率和最大干容重, 尽量提高试验压实条件同实际施工条件一致性。土方回填要求压实系数0.93, 根据试验确定回填土达到设计密实度要求的最佳含水率、每层虚铺厚度和夯实遍数。

　　 (2) 回填土施工方法。土方回填采用分层回填、分层夯实、分层检验的方法进行施工, 控制标准为夯实每层虚铺厚度不大于350mm。基础底部至直径最大管道顶部500 mm范围为人工夯实, 管顶500mm以上部分采用压路机静压夯实。人工夯实采用蛙式打夯机, 夯实方法为一夯压半夯, 采用压路机夯实必须使用静压, 严禁使用振动夯实。

　　 现阶段, 茅洲河流域水环境综合整治工程管材选型阶段面临着设计图纸管型不统一、市场内管型多样化、质量参差不齐等诸多问题。为保障工程质量, 满足施工需求, 针对本工程, 对目前市场上出现的各种管道进行考察, 并根据调研结果分析各种管道的适用性。

　　 如表3所示, 现阶段在市政排水工程中常用的管材根据其原材料可分为3类, 分别为混凝土管材 (混凝土管、钢筋混凝土管和PCCP管) 、塑料管材 (FRPP管、HDPE管、PVC-U管、玻璃钢夹砂管) 、金属管材 (排水铸铁管和钢管) 。金属管由于价格贵, 耐酸碱腐蚀性差, 南方雨水充沛, 金属管道腐蚀较为严重, 不适宜在茅洲河水环境治理工程中大量使用, 室外重力排水管道应减少使用;混凝土管材作为排水工程常用管材由于每节管道长度较短, 接口多, 施工安装不便, 费用较大, 茅洲河水环境治理工程中, 管道敷设量大, 因此也不宜使用。目前市场上塑料管中HDPE管道在技术性能和经济上都具有较大优势, 施工过程较简便。

　　 表4所列的4种HDPE管均能满足茅洲河管道对环刚度、抗压性和施工方式要求, 结合水务公司对管道维护方面和价格方面的要求, 经过设计单位对管道论证后, 本工程不同标段采用聚乙烯钢带螺旋波纹管和内肋增强聚乙烯 (PE) 螺旋波纹管。

　　 HDPE管材具有良好的卫生性能, 抗冲击性能好, 耐低温性能好, 质量小和施工安装方便等优点。然而不同厂家提供的HDPE管材性能差异性较大, 根据厂家和施工方调研结果表明HDPE管材性能主要取决于管材材质和制作工艺。因此, 管材选择过程中对HDPE管性能要求主要包括物理性能和基本理化性能, 见表5和表6。

　　 茅洲河水环境治理工程管网设计任务量巨大, 通过长时间的现场调研, 摸清不同区域管网敷设情况, 查清问题管网并针对性地提出茅洲河沿岸四类区域管网设计方案, 大大地降低了对居民的正常生活的影响, 减少了拆迁工程量, 降低项目投资额。另一方面, 在管网设计过程中, 严把排水管网设计原则, 保证排水管道设计的可靠性和经济性。