排水單元雨污分流改造施工技術研究*

曹瑞良，宮經成，黃 超，張輝煌，王立強

(中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100161)

0 引言

排水系統(tǒng)對于城市的安全運行是不可缺少的，所承擔的作用是無法替代的。隨著社會的高速發(fā)展，我國城市化發(fā)展越來越快，人口逐步從農村轉移到城市，城市建設面積越來越廣。與此同時，城市建設未能做到長遠規(guī)劃，城市基礎設施未能與城市發(fā)展同步，早期排水系統(tǒng)大多數采用雨污合流，排水系統(tǒng)設計較為落后，無法滿足城市正常運行和發(fā)展的需要。

對我國各大城市排水系統(tǒng)的問題進行分析研究，探究雨污分流排水體制在我國各大城市實施的前提條件，對于不同城市現(xiàn)狀采用不同的城區(qū)排水系統(tǒng)改造方案，以達到預防污染、治理內澇、節(jié)約水資源的目標，同時也對城市排水系統(tǒng)的發(fā)展建設有借鑒意義。

1 國內外排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 國外排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1)日本所建設的地下排水系統(tǒng)，可承擔日常各類污水處理，還可應對強勁臺風引起的暴雨，因此，日本的城市幾乎不發(fā)生內澇。在日本東京，為避免遭受雨水和臺風帶來的巨大災難而修建地下排水系統(tǒng)，排水標準達到百年一遇。該套排水系統(tǒng)由一排排混凝土立坑組成，擁有深度50m的地下河。其排水管道主體基本為雨污合流制排水管道系統(tǒng)，總排水管道長度達1.5萬km。

2)法國巴黎的地下排水管道基本建設深度達50m，管道網設計極其緊密，縱橫交錯，管道長度達2 000多km。在巴黎，擁有2.6萬多個地下井蓋、6 000多座蓄水池，為了維持這座“地下城”的運轉，巴黎每天有1 300多名專業(yè)維修人員工作。為了加快排水管道的廢水流動能力，還建設2個由計算機操作控制的污水壓力提升廠，可負責清淤工作。為了應對塞納河在雨季時河水外溢造成的危害，特地建設了11座“漲水站”。此外，為保證暴雨時對排水和交通不會造成影響，在整個排水系統(tǒng)中還建設了50條路邊排水管道。

1.2 國內排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2018年，我國城市日處理污水高達18 000多萬m3，比上一年增長6.5%；2019年，我國城市日處理污水高達19 000萬m3。日前，我國已基本完成污水處理設施的建設，大大緩解了污水排放量和末端污水處理能力之間的矛盾?，F(xiàn)階段，建設污水處理設施已由階梯式快速增長模式轉變?yōu)榭沙掷m(xù)發(fā)展模式。我國城市水環(huán)境治理主要解決排水管網與水環(huán)境治理之間的矛盾。排水管網不夠完善、管道私接混接、地下水流滲透、雨污合流、調水蓄水建設不足等都是在城市發(fā)展中排水系統(tǒng)所需要解決的問題。

因此，需要改變管道結構設計，開發(fā)新型管道材質，完善排水管網，提升使用壽命，降低使用和維修成本，減少污染和危害，全面提升城市管網的各項能力。

2 城市排水體制

2.1 城市排水體制概念

城市排水體制是指將雨水、生活污水和工業(yè)廢水收集所采取的方式。目前我國城市的排水體制基本分為分流制和合流制。

2.2 城市排水體制分類

合流制排水系統(tǒng)是指將污水、廢水和雨水直接收集匯入同一個管渠內進行輸送、處理和排放。合流制排水系統(tǒng)又分為直排式、截流處理式和全處理式，主要表現(xiàn)為產生的順序及處理污水能力程度的不同。

1)直排式 是指對污水、廢水和雨水直接收集，不經過任何處理措施直接排入附近河流的方式(見圖1)。

圖1 直排式合流制

2)截流式 是指以直排式合流制為基礎，在河流附近沿河設置截流主干管渠，并在適當的位置增設溢流井，在截流主干管渠尾端建設污水處理廠站(見圖2)。

圖2 截流式合流制

3)全處理式 某些城市、地區(qū)因降雨量少及對水體質量要求較高，故將雨水、污水和廢水集中收集排放至污水處理廠進行處理后排放(見圖3)。

圖3 全處理式合流制

分流制排水體制是將污水、廢水和雨水用各自獨立的管網系統(tǒng)進行輸送、處理和排放，由于排放雨水程度不同，又可分為完全分流制、截流式分流制和不完全分流制3種方式。完全分流制是指設置雨污兩套管網系統(tǒng)，雨水管網系統(tǒng)將雨水和部分污染程度不大的廢水匯集通過雨水管網排入附近河流；污水管網系統(tǒng)將污水和廢水匯集通過污水管網輸送至污水處理廠，經過處理之后排放至附近河流或者直接利用，如圖4所示。

圖4 完全分流制

2.3 城市排水體制選擇

城市排水體制選擇的合理性，關系整個城市排水系統(tǒng)是否實用，同時影響整個城市建設投資和管理運營。城市排水體制常用分流制和截流式合流制，通常主要從保護環(huán)境、基礎設施投資、日常管理維護和建設施工方面考慮(見表1)。

表1 分流制和截留式合流制比較分析

綜上所述，選擇排水體制應該根據每個城市的具體情況具體分析，結合技術實力及經濟實力比較決定，不能盲目采用。

3 雨污分流改造重點及難點

3.1 設計方案重難點分析

排水單元按污染源性質可分為城中村、工商業(yè)區(qū)以及居住小區(qū)3種類型，排水單元內外部排水管網系統(tǒng)錯綜復雜，主要可分為4大類。

1)類型1：排水單元內部合流制，市政主干管合流制 有些地區(qū)還未建設市政污水管網系統(tǒng)，應用較多的排水系統(tǒng)是排水單元內部合流制，市政主干管合流制，通過合流管網將污水、雨水直接排入附近的河流中，如圖5所示。

圖5 類型1排水單元現(xiàn)狀示意

短期內將合流管網改造為污水管網，新增雨水管網，實現(xiàn)雨污分流；長期逐步完善雨污水支管，實現(xiàn)整個城市分流，如圖6，7所示。

圖6 類型1短期改造示意

圖7 類型1長期改造示意

2)類型2：排水單元內部合流制，市政主干管分流制 部分地區(qū)根據制定的市政雨污水管網系統(tǒng)方案，市政管網系統(tǒng)設計為雨污分流排水體制，部分地區(qū)范圍內支管網由于管徑需滿足近、遠期要求，設計為雨污合流排水體制，如圖8所示。

圖8 類型2排水單元現(xiàn)狀示意

短期內將排水單元內部合流管網系統(tǒng)設置1個溢流井，然后將合流管網系統(tǒng)直接接入市政污水管網系統(tǒng)中；長期將排水單元內部合流管網系統(tǒng)改造為污水管網系統(tǒng)，新增1套雨水管網系統(tǒng)接入市政雨污管網系統(tǒng)，實現(xiàn)整個地區(qū)的雨污分流，如圖9,10所示。

圖9 類型2短期改造示意

圖10 類型2長期改造示意

3)類型3：排水單元內部分流制，市政主干管合流制 部分新建小區(qū)嚴格按照雨污分流排水體制建設小區(qū)內管網系統(tǒng)，但該地區(qū)由于外部市政管網系統(tǒng)尚未覆蓋，導致外部管網系統(tǒng)為雨污合流排水體制，如圖11所示。

圖11 類型3排水單元現(xiàn)狀示意

短期將排水單元小區(qū)內管網系統(tǒng)接入市政管網系統(tǒng)，在市政管網系統(tǒng)出口處增設溢流井截污處理；長期將現(xiàn)有市政管網系統(tǒng)改造為市政污水系統(tǒng)，并新增一套市政雨水管網系統(tǒng)，實現(xiàn)市政管網系統(tǒng)雨污分流排水體制，并逐步將排水單元內部管網系統(tǒng)分別接入市政管網系統(tǒng)中，實現(xiàn)整個地區(qū)雨污分流排水體制，如圖12，13所示。

圖12 類型3短期改造示意

圖13 類型3長期改造示意

4)類型4：排水單元內部分流制，市政主干管分流制 部分地區(qū)排水單元內部管網系統(tǒng)及市政管網系統(tǒng)都已按照雨污分流排水體制設計建成，但由于建設時間差，導致排水單元內部管網系統(tǒng)還是接入原合流管網系統(tǒng)或直排入附近河流，如圖14所示。

圖14 類型4排水單元現(xiàn)狀

應對排水單元小區(qū)進行溯源排查，將內部管網系統(tǒng)管線接入系統(tǒng)盡數摸清，進行改造重接，將排水單元內部管網系統(tǒng)分別接入到市政管網系統(tǒng)，實現(xiàn)整個地區(qū)雨污分流排水體制。

3.2 改造技術重難點分析

1)老舊小區(qū)在水源源頭處管網系統(tǒng)沒有嚴格按照雨污分流制建設，主要分以下方面：①早期建成的老舊小區(qū)內部管網系統(tǒng)建設為雨污合流制管網系統(tǒng)，導致無論接入市政雨水管網或污水管網都會造成環(huán)境污染。由于老舊小區(qū)錯綜復雜，早期排水管線資料不完善或者遺失，導致溯源排查工作及后續(xù)改造工程非常困難。②排水單元內部管網系統(tǒng)雖是雨污分流系統(tǒng)，但接入市政管網系統(tǒng)時由于不重視，隨意接、錯接、混接等情況導致城市雨污合流。③部分街口小巷由于建筑坐落間隔太近，且地下原有管線太多，無法建設兩條獨立的排水管網系統(tǒng)，在對該類街口小巷的管網系統(tǒng)進行雨污分流改造時，施工條件非?？量?，難度很大。④沿街店鋪由于排水量較大，直接將生活污水私自接入雨水管網排放，導致雨污合流污染環(huán)境。

2)在設計城市排水體制時為雨污分流體制，但在建設施工時因各方面原因導致雨污合流，主要分以下方面：①少部分新修建的道路地下管網在整個管網系統(tǒng)設計中處在中上游，下游因道路尚未施工導致中上游段管網無排放點，只能將污水管網就近接入雨水管網造成雨污合流。②新建排水管道因施工過程中遇到阻礙，導致管道未連通。隨著城市排水系統(tǒng)的完善，排入該段管道水量增加，因重新翻建該段管道施工成本高、困難大，為防止管內污水從路面溢出，只能將該段管道就近接入附近雨水管網造成雨污合流。③由于源頭或上游管網雨污分流建設不徹底，存在污水流入雨水管道，為避免污水排放至河流造成污染，采用截流井將污水截流至污水管網，造成雨污混接。

3.3 施工重難點分析

3.3.1施工擾民問題

大多數老舊小區(qū)管網系統(tǒng)老舊，排水體制多為合流制，所以在對老舊小區(qū)雨污分流改造施工過程中，因改造管道區(qū)域靠近住宅樓，會對居民的日常生活造成很多不便，有的小區(qū)會受到居民的投訴甚至還會阻攔施工。

為了解決該問題，各建設責任單位要與當地社區(qū)居委會協(xié)商好，同時也要求施工單位施工時盡量降低對小區(qū)居民日常生活的影響，避免擾民。

3.3.2交通疏解問題

在對城市排水管網系統(tǒng)改造施工過程中，存在大型機械設備進場和部分地面需要破除等問題，嚴重阻礙了居民出行。需要努力配合當地居委會、街道社區(qū)及交警部門解決停車、出行等問題。

3.3.3建筑保護問題

在成熟社區(qū)、城中村及建成區(qū)范圍內管網系統(tǒng)改造施工過程中，進行管道開挖時，由于不正確的施工方法導致周圍建筑出現(xiàn)一定程度的破壞。在施工過程中施工方應高度重視此類問題，必須落實前期溯源和評估工作，施工過程中采取有效措施加強周圍建筑保護，避免因排水改造施工對居民房或其他大型建筑造成破壞。

3.3.4現(xiàn)場施工衛(wèi)生和安全問題

由于排水系統(tǒng)改造大多數都是在城中村、老舊小區(qū)或道路上進行，且涉及道路破除和路面恢復，所以施工單位一定要注意施工人員安全以及環(huán)境保護工作。

4 雨污分流改造措施

4.1 立管改造

商業(yè)樓、居民樓和工業(yè)建筑等建筑外墻排水立管的改造，可將原有建筑立管改造為獨立的污水立管，再新建一條獨立的雨水立管，將建筑立管分為雨水立管和污水立管。建筑立管改造又可分為具備施工條件和不具備施工條件兩種施工方式，如圖15，16所示。

圖15 具備施工條件時立管改造示意

圖16 不具備施工條件時立管改造示意

4.2 地管改造

1)如小區(qū)存在內部污染源點錯接嚴重、排水系統(tǒng)混亂或排水管材嚴重破損等問題，無法保證雨污水分流改造效果，須對小區(qū)內部雨污水系統(tǒng)進行重新梳理，完成排水系統(tǒng)整體翻建。

2)針對小區(qū)內部存在少量污染源點錯接、排水系統(tǒng)分區(qū)清晰，同時地下管網管材無明顯破損的小區(qū)，對小區(qū)內部進行源頭點位錯接改造及局部排水系統(tǒng)錯接改造。

3)對沿街店鋪門前污水排放系統(tǒng)進行重點梳理，根據溯源結果，如管線破損、淤堵(油垢)嚴重或污水管道缺失等問題，進行翻建或新建排水管網，同時應將沿街店鋪污染源點全部納入新建污水管道；如管道情況良好，則對溯源出的錯接點進行改造。

5 結語

1)排水單元雨污分流改造施工應因地制宜。在工程前期，需對每個排水單元進行詳細的溯源工作，將排水單元內外部管網系統(tǒng)的管網破損情況、連接情況徹底排查清楚，分析研究制定針對性的改造方案，多方論證，合理運用新型的施工工藝及技術，有效保障工程的技術效益和經濟效益。

2)創(chuàng)新技術開發(fā)及新型材料應用加速城市發(fā)展步伐。城市發(fā)展越來越快，城市污水排放量越來越大，水質要求越來越高，地面交通負荷也逐漸增大。傳統(tǒng)管道在管徑、強度、耐腐蝕性和壽命等方面已達不到設計要求。隨著科學技術的不斷進步，新型排水管與傳統(tǒng)材料相比，具有綠色環(huán)保、節(jié)能、耐腐蝕、強度高、剛性好、水力性能優(yōu)越、連接可靠、安裝維護方便、使用壽命長等優(yōu)點，應在市政工程中大力推廣應用。