雨污分流背景下株洲片区排水管道改造工程的优化设计研究
喻婷
湖南省建设工程质量检测中心有限责任公司  湖南长沙  410000

摘要：随着城市化进程的加快，城市排水系统的功能性与生态性要求日益提高，雨污分流已成为改善水环境质量、提升城市防汛排涝能力的核心举措。株洲某片区排水管道因长期缺乏系统养护，结构性与功能性病害突出，既降低排水效率、增加内涝风险，又削弱雨污分流效果，制约水环境治理成效。本文以该片区排水管道改造工程为研究对象，在阐述雨污分流核心内涵的基础上，明确改造工程的优化原则，从总体设计目标、改造设计要点及方案效益三方面展开深入分析，提出涵盖施工准备、安全防护、管道封堵、清淤检测等全流程的优化设计方案，为同类区域排水管道改造提供技术参考与实践借鉴。

关键词：雨污分流；株洲片区；排水管道改造；优化设计

前言：城市排水系统作为市政基础设施的核心子系统，承担着防汛排涝、污水收集输送的关键职能，其运行效能直接关系到城市生态环境质量与居民生活安全。在我国城市化快速推进过程中，早期建设的排水系统受技术条件与规划理念限制，普遍存在雨污合流、管道老化、养护缺失等问题，导致管道结构性与功能性病害频发，既降低了排水效率、增加内涝风险，又加剧了水体污染。雨污分流作为破解这一困境的系统性方案，通过构建雨水、污水两套独立管网系统，实现雨水自然排放或资源化利用、污水集中处理达标排放，已成为城市排水系统升级改造的核心方向。株洲市某片区作为城市重要功能承载区，其排水管网经前期潜望镜检测与实地勘察发现，管道普遍存在破裂、变形、沉积、结垢等病害，部分管道因长期满水或淤积严重，管网连接关系难以准确识别。为解决上述问题，当地启动排水管道改造工程，旨在通过科学的管网优化设计，消除管道病害隐患，理顺管网拓扑关系，全面提升排水系统的稳定性与运行效率。

1 雨污分流概述

雨污分流是指通过构建雨水、污水两套独立的管网系统，分别收集、输送不同性质水体的排水模式。其中，雨水管网在收集天然降水后，经初期雨水弃流处理后直接排入自然水体，或通过调蓄池、渗透设施等进行雨水资源化利用；污水管网则将生活污水、工业废水等收集后，输送至污水处理厂进行集中处理，达标后再排放或回用。该模式从根本上解决了传统雨污合流制中污水与雨水混流排放的问题，通过源头分流减少了污染物进入自然水体的总量，同时显著提高了污水收集率与处理效率，是实现水环境治理与城市可持续发展的重要技术路径。

2 雨污分流背景下株洲片区排水管道改造工程优化原则

2.1 安全性原则

排水管道改造涉及地下有限空间作业，管道内可能存在硫化氢、甲烷等有毒有害气体及易燃易爆物质，且施工过程中需进行管道封堵、降水、清淤等作业，存在中毒窒息、火灾爆炸、坍塌掩埋、触电淹溺等多重安全风险。因此，优化设计必须将安全防护贯穿施工全过程，从施工准备阶段的现场围挡、交通疏导、安全技术交底，到作业过程中的通风测毒、气体检测、个人防护装备配备，再到应急保障措施的制定与演练，均需严格遵循《城镇排水管道维护安全技术规程》（CJJ6-2009）等规范要求，确保施工人员人身安全与周边环境安全。例如，下井作业前需进行30分钟以上强制通风，使用四合一气体检测仪检测有毒有害气体浓度，当硫化氢浓度≤10mg/m³、氧气含量19.5%-23.5%、可燃气体浓度≤爆炸下限的10%时，方可开展作业；作业过程中需持续通风并每30分钟复测一次气体浓度，作业人员必须佩戴正压式呼吸器、安全带、安全帽等防护装备，井口设置专人监护并配备应急救援设备。同时，施工现场应制定专项应急预案，明确应急组织机构、救援流程及物资储备，定期开展应急演练，确保突发事故时能够快速响应、有效处置。

2.2 实用性原则要求

株洲某片区管道病害类型多样，包括沉积、障碍物、结垢、残墙等，不同路段管道的管径、埋深、病害等级存在差异，且部分管道连接关系不明。因此，优化设计需针对不同情况制定差异化方案，避免 “一刀切”^[1]。对于沉积厚度≥30%管径的管道，采用高压水射流清洗（压力≥15MPa）与人工清淤相结合的方式，先通过高压水流打散硬质沉积物，再由作业人员进入管道清除残留淤泥；对于管径≥800mm且水流流速＞0.5m/s的管道，采用双层橡胶气囊（压力等级≥0.1MPa）+砖砌封堵（强度等级MU10）的双重保险措施，气囊安装位置距作业点≥5m，砖砌封堵厚度≥240mm；同时，通过CCTV检测（分辨率≥200万像素）精准查明管道连接关系与病害位置，生成包含管道走向、管径变化、病害等级的三维检测报告，为改造施工提供精准依据，确保改造后管道过流能力提升≥30%，满足雨污分流功能需求。

2.3 经济性原则

该原则强调在保证工程质量与效果的前提下，通过全流程成本管控实现工程造价的合理优化。改造工程涉及管道疏通、封堵、清淤、检测、淤泥转运等多个环节，工程量大、涉及范围广，需建立“目标成本-过程管控-效益评估”的三级成本控制体系。优化设计过程中，需对施工方案进行技术经济比选，优先采用成熟可靠、成本可控的施工技术与工艺；合理规划施工流程，减少交叉作业与重复施工，提高施工效率，同时科学估算工程量与费用，避免资源浪费。例如，在淤泥转运环节，根据淤泥含水率（≥80%采用吸污车、＜80%采用自卸车）与运输距离（≤5km采用小型车辆、＞5km采用大型车辆）选择适配车型，通过路线优化（避开高峰时段与收费路段）降低运输成本；在管道封堵环节，优先采用操作简便、成本较低的双层橡胶气囊封堵（单次成本约1200元/处），仅在管径≥1200mm且水流流速＞1.0m/s时采用砖砌封堵（单次成本约3500元/处），通过差异化选型实现质量与成本的平衡。此外，需建立工程量动态核算机制，定期对比实际工程量与预算工程量，及时调整施工方案，确保总成本控制在目标范围内。

3 雨污分流背景下株洲片区排水管道改造工程的优化设计

3.1 总体设计目标

株洲某片区排水管道改造工程的总体设计目标围绕雨污分流要求，结合区域管网现状，构建高效可持续的排水体系。首要目标是消除管道功能性与结构性病害，针对片区内存在的沉积（厚度≥30%管径）、障碍物（直径≥100mm）、结垢（厚度≥20mm）、残墙（高度≥管径1/3）等问题，通过高压水射流清洗（压力≥15MPa）、机械清淤、局部修复等技术手段，恢复管道正常输水功能，确保管道内壁清洁度≥90%，无明显病害隐患^[2]。

其次，明确管道连接关系，通过分辨率≥200万像素的CCTV检测技术，精准查明前期普查中未能确定的管道连接情况，绘制包含管径变化、节点高程、支管接入点的管网拓扑图，确保雨水管道与污水管道分流清晰、连接准确，雨污混接率降至0。同时，提升管道排水能力，根据区域50年一遇暴雨强度（重现期P=50）与日均污水产生量（按300L/人·d核算），优化管道断面设计（管径≥设计流量1.2倍）与管网布局（管内流速控制在0.6-1.5m/s），使管网输水效率提升≥30%，内涝积水点消除率达100%，有效缓解城市内涝压力，保障居民生活与城市运行安全。

3.2 改造设计要点

3.2.1 施工准备优化

技术准备阶段，需建立“资料核验-病害分级-台账管理”的三级技术准备体系：全面梳理前期管网潜望镜检测报告、潜望镜检测数据及实地勘察记录，通过交叉验证明确需疏通、清洗的管段范围；对管段病害按《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ181-2012）进行等级划分（Ⅰ-Ⅳ级），建立包含管径、埋深、长度、缺陷类型、缺陷等级、空间坐标的三维管段信息台账，为施工方案制定提供精准数据支撑。同时严格执行施工设备与材料的标准化管理流程：根据施工需求配备高压清洗车（压力≥15MPa）、吸污车（容积≥8m³）、CCTV检测机器人（分辨率≥200万像素）等专业设备，以及双层橡胶气囊（压力等级≥0.1MPa）、HDPE修复材料（环刚度≥8kN/m²）等专用材料；设备进场前需通过第三方检测机构的性能校验，材料进场时需查验出厂合格证、质量检测报告，并按批次抽样送检，确保设备性能达标、材料质量符合设计要求。

3.2.2 安全防护设计

针对地下管道作业的特殊性，安全防护设计从气体检测、通风保障、个人防护与应急措施四个方面开展。气体检测方面，下井作业前由专职安全员使用气体检测仪对井下气体进行检测，检测项目包括氧气、可燃性气体、一氧化碳、硫化氢、挥发性有机化合物等，检测时间不少于 10 分钟，详细记录各项气体浓度指标。若检测指标超过允许限值，立即采取自然通风或机械通风措施，自然通风时间不少于 30 分钟，机械通风平均风速不小于 0.8m/s，通风过程中每 10 分钟进行一次气体检测，直至气体浓度符合安全标准^[3]。

通风保障环节，施工现场配备足够功率的鼓风机，对作业区域进行不间断鼓风，确保管道内空气流通，降低有毒有害气体浓度。个人防护方面，施工人员下井作业前必须穿戴防毒面具、安全带、防护手套等防护装备，安全带一端固定在井外牢固位置，确保作业过程中人身安全。应急措施方面，施工现场配备灭火器、急救箱等应急设备，明确应急处置流程，一旦发生气体超标、人员中毒等突发情况，立即启动应急方案，组织人员撤离与救援。

3.2.3 管道封堵技术优化

管道封堵是确保清淤作业安全的关键环节，优化设计采用 “气囊封堵为主、砖砌封堵为辅” 的双重封堵方案，根据水流情况（流速≤1.0m/s采用气囊封堵，流速＞1.0m/s采用砖砌封堵）灵活选择封堵方式。气囊封堵适用于水流较小、封堵要求相对简单的场景，施工步骤包括工具检查、气囊充气测试、井下清障、气囊布置、供气软管连接、空气阀检查、气囊充气、密封确认、气阀排气、气囊拉出与场地清理等。施工前对气囊充气装置进行漏气检查（压力保持1.2倍工作压力5分钟无压降），确保气囊无破损；潜水员对检查井内漂浮物、泥沙垃圾进行清理，在上下游管口处清理出2-3米操作空间，避免尖锐物刺破气囊；气囊放置到位后，通过空气压缩机加压充气至工作压力（0.1-0.15MPa），使其膨胀充满管道内径，实现密封^[4]。

砖砌封堵适用于水流过大、气囊封堵不严的情况，施工前需彻底清除井内垃圾（清理深度至管底以下30cm），确保管道与粘混凝土严密搭接。粘混凝土采用黄泥与普通硅酸盐水泥按2:1比例拌制（水灰比0.55），不添加外加剂与早强剂，保证粘着性与强度（28天抗压强度≥5MPa）。潜水员下水铺筑基础，在管底面抹一层2cm厚粘混凝土，再砌筑道板（厚度15cm），道板之间及道板与管壁之间预留2-3公分粘混土层，确保基础稳固。墙体砌筑过程中均匀铺设粘混凝土（灰缝厚度1-2cm），保证墙体坚硬牢固，同时预留φ100mm孔径的泄压孔（间距1.5m），缓解水流对封堵墙的顶压与冲击^[5]。收口阶段，在道板与管道顶部之间钉筑倒耙梢（间距30cm）并抹塞5cm厚粘混土，确保封堵严密。封堵完成后，严格控制上游水头高度（≤2m），限制封堵气囊及砖墙水头压力（≤0.02MPa），同时对上游管道进行临时排水，将待清淤管道内水深降低至5cm以下，为清淤作业创造安全条件。

3.2.4 清淤技术组合设计

清淤作业采用 “机械清淤为主、人工清淤为辅” 的组合技术方案，根据管道淤积情况与管径大小灵活调整。对于大部分淤堵的管段，使用高压清洗车与高压吸污车配合进行疏通，高压清洗车水流量不小于 215l/min，水压力不小于 12MPa，通过高压水射流冲击管道内壁沉积的泥沙与垃圾，使其随水流流入下游检查井，下游检查井管道口设置细格栅，防止泥沙、垃圾进入下游管道。高压吸污车及时将检查井内的流质淤泥抽吸转运，对于底部较多的泥沙，采用人工拖入吸污管进行抽吸，确保管道内壁清理干净。

针对检查井过深、超过高压吸污车吸程与泥浆泵扬程的情况，采用泥浆泵与吸污车接力抽吸或卷扬机配合料斗垂直清理吊装的方式。施工人员进入检查井前，必须确保井内气体浓度符合安全标准，佩戴好防护装备，井下作业时保持不间断通风。对于检查井内的砖、石等硬质块状沉积物，采用人工凿除、装袋后用卷扬机清理出井的方式^[6]。部分淤积严重的管道，需反复进行清洗与清捞，直至管道畅通。清淤过程中，及时使用 CCTV 进行检查，实时掌握管道清理情况，确保清淤效果。

3.2.5 CCTV 检测复核设计

清淤作业完成后，立即开展CCTV视频检测复核，严格按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》（CJJ181-2012）要求，系统排查管道功能性缺陷（如沉积、障碍物、结垢等）与结构性缺陷（如破裂、变形、错口、渗漏等），精准定位各类病害的具体位置（精确至±0.5m）、缺陷等级（Ⅰ-Ⅳ级）及严重程度。检测过程中，操作人员远程控制CCTV检测设备（分辨率≥200万像素）以0.1-0.3m/s速度沿管道轴线移动，实时传输视频图像，同步记录管道内壁状况、接口密封性、支管连接关系、检查井结构完整性等信息，形成包含缺陷位置示意图、病害照片、检测数据表的完整检测报告，为后续管道修复方案制定提供精准依据。

3.2.6 淤泥转运与现场清理设计

淤泥与垃圾转运采用 “分类收集、集中转运、规范处理” 的原则，根据淤泥类型与垃圾性质明确分类标准：流质淤泥（含水率≥85%）采用大型吸污车直接抽吸转运至市政指定淤泥处置场；检查井内清除的半干淤泥（含水率50%-85%）、砂石、杂物等采用高强度防渗编织袋人工装袋，由密闭式自卸车装运至建筑垃圾消纳场处理。转运过程中，严格遵守《城市建筑垃圾管理规定》（建设部令第139号），运输车辆全程加盖篷布并安装GPS定位系统，实时监控运输轨迹；运输路线避开居民密集区与交通繁忙时段，每车淤泥转运前进行称重计量，确保转运过程可追溯。

施工完成后，采用高压清洗车（压力≥10MPa）对施工现场进行全面冲洗与清理，清除施工过程中产生的废渣、污水（pH值控制在6-9），使用便携式水质检测仪检测冲洗水达标后排放至市政雨水管网；采用振动压路机（激振力≥30kN），并铺设防尘网覆盖裸露地面，确保施工现场环境卫生符合《城市市容和环境卫生管理条例》要求，切实保护市容市貌。同时，对施工区域的围挡、警示标识等设施进行拆除与回收，做到工完、料尽、场地清。

3.3 优化方案效益

优化设计方案的实施具有显著环境效益。通过管道疏通、清洗与改造，有效消除管道沉积、障碍物等病害，理顺雨污分流管网，使片区污水收集率提升至95%以上，雨水与污水混流排放量减少80%，大幅降低对自然水体的污染。淤泥与垃圾的规范处理避免了二次污染，保护区域土壤与水体生态环境。改造后的排水系统可快速收集与排放雨水，雨水径流污染负荷削减30%，同时将污水全部输送至污水处理厂处理，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，有效改善区域水环境质量，提升城市生态承载力。

社会效益方面，优化方案的实施显著提升城市排水与防汛能力，使株洲片区因管道淤堵导致的内涝积水点消除率达100%，暴雨期间道路积水时间缩短至30分钟以内，保障居民出行安全与财产安全。施工过程中采取的安全防护措施（如有限空间作业气体检测、围挡防护）与交通疏导方案（避开早晚高峰时段施工），使施工对居民生活的影响度降低60%，改造后新业务 邓亮 湖南净源环境工程有限公司  工程造价  写发一篇论文发《魅力中国》2023版面的排水系统运行稳定，管道维修频率从每年3次降至每2年1次，减少对城市正常运行的干扰，为城市经济社会发展提供可靠基础设施保障。同时，工程形成的“检测-清淤-修复-养护”全流程技术体系，为同类区域排水管道改造积累宝贵实践经验，对推动我国城市雨污分流改造工作具有积极示范意义。

4 结束语

雨污分流背景下的株洲某片区排水管道改造工程，是城市基础设施升级与生态环境治理协同推进的典型实践。本文以株洲某片区排水管道现状为基础，系统构建了“问题诊断-方案优化-全流程管控”的改造技术体系：通过明确安全性、系统性、经济性、生态性四大优化原则，从施工准备、安全防护、管道封堵、清淤检测、淤泥转运等关键环节展开精细化设计，形成了一套适配老旧城区复杂管网条件的科学可行方案。该方案不仅有效解决了片区管道破裂、淤积等病害问题，更通过“检测-清淤-修复-养护”的闭环管理，为雨污分流系统的长效运行提供了技术支撑。

排水管道改造与雨污分流系统建设是一项长期、复杂的系统工程，未来需从三个维度深化推进：一是建立“智慧化运维体系”，依托物联网技术实现管网流量、水质、缺陷状态的实时监测，构建“预测性养护”机制；二是完善“全生命周期管理”，将设计、施工、运维、更新纳入统一框架，通过定期检测评估（如每3年开展一次CCTV检测）动态调整养护策略；三是强化“区域协同治理”，推动排水管网与污水处理厂、海绵城市设施的联动优化，形成“源头减排-过程控制-末端治理”的水环境治理新格局，最终实现城市排水系统的安全韧性与生态可持续发展。

参考文献：
[1]夏洋洋.节约型社会下城市老旧小区雨污分流改造施工的探索与研究[J].住宅产业,2025,(06):93-95.

[2]李恒天.济南市雨污分流改造工程存在的问题与建议[J].山东水利,2024,(09):25-27.

[3]王宁,曾坚,康晓鹍,等.高密度建成区排水系统雨污分流改造研究与实践[J].给水排水,2022,58(12):56-61.

[4]孙勇,赖东杰.CCTV检测技术在扬州市老旧小区雨污水分流改造工程中的应用[J].城市勘测,2022,(04):186-189.

[5]金军,张超.旧城区市政排水管道设计存在的问题及优化措施研究[J].工程技术研究,2022,7(15):188-190.

[6]张骋尧.城市雨污分流排水管道改造技术情况探讨[J].大众标准化,2021,(14):163-165.

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