城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤技術(shù)分析

陳 勇，王青峰，方建國，許傳貝，陶小飛，李東升

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000；2.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450000）

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，寧德城區(qū)人口日益密集；由于寧德水資源時空分布不均，城區(qū)水環(huán)境承載力有限，加上城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度相對滯后，寧德城區(qū)水環(huán)境問題日益突出，部分暗涵長期處于黑暗、密閉的狀態(tài)下，污水排入暗涵后容易厭氧發(fā)臭，形成黑臭水體[1]，城區(qū)內(nèi)河河網(wǎng)黑臭問題日益凸顯。為改善寧德城區(qū)宜居環(huán)境，提升城市形象，寧德市開展了區(qū)水環(huán)境綜合治理項目。

目前，有大量專家學(xué)者開展了對城市河道清淤技術(shù)的相關(guān)研究[2-3]。陳阿萍等人[4]在常州市武進(jìn)區(qū)湖塘河清淤工程中采用環(huán)保絞吸為主、人工清淤為輔的方式。侯天棟[5]認(rèn)為通過清淤疏浚，能明顯降低黑臭水體的內(nèi)源磷負(fù)荷。孫彥澤[6]以“截污、清淤、通水、引水、賦氧、生態(tài)建設(shè)”為黑臭河道整治的總體思路。王雙等人[7]以南方某高密度建成區(qū)暗涵黑臭水體治理為例，通過內(nèi)源控制、暗涵截污等措施，實現(xiàn)了暗涵的水質(zhì)提升并消除黑臭。基于上述學(xué)者對相關(guān)清淤技術(shù)的研究，本文將基于黑臭暗涵淤泥的分布特征，聯(lián)合清淤設(shè)備的對比分析、清淤方法的比選等，綜合提出黑臭暗涵的清淤技術(shù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本次項目工程位于寧德市蕉城區(qū)和東僑經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，包含了3個流域片區(qū)，分別是金涵片區(qū)、金港片區(qū)和鐵基灣片區(qū)（如圖1所示）。主要包括坪塔溪、后崗溪、古溪和后山溪等暗涵段以及東湖塘北港段等尚未徹底清淤的河道，暗涵總長約6 400 m，最長約2 000 m，最短約300 m。城市暗渠距離長、埋深大、覆蓋物復(fù)雜、內(nèi)部空間有限、缺少檢查井及通風(fēng)設(shè)施，難以準(zhǔn)確定位、空氣不易流通、照明困難及大量排水與封堵，實施難度較大。

圖1 流域基本情況

由于中心城區(qū)城市用地緊張與建設(shè)用地需求之間的矛盾日益突出，部分河涌由明改暗，其中金溪流域內(nèi)有8條河涌，存在不同長度的暗渠，總長約6.44 km，流經(jīng)市區(qū)商業(yè)、居住等密集區(qū)域。中心城區(qū)暗渠段概況詳見表1。

表1 中心城區(qū)暗渠段概況表

1.2 周邊建筑條件

暗渠均位于老城區(qū)組團(tuán)，主要為截流式合流制排水體制，長短不一，多數(shù)渠段上覆蓋市政道路或房屋建筑，檢查井分布較小，暗渠長期積水較深，受下游頂托影響，水體流動緩慢，清淤中面臨著需要分段封堵與大量排水的問題。如南大塘排洪渠位于萬達(dá)華城與泰禾紅郡的兩處暗渠中（即坪塔溪、后崗溪與古溪暗渠），明顯可見有大量積水存在。

1.3 暗涵段清淤總體思路

依據(jù)暗渠是否存在檢查井、標(biāo)示物及其分布條件，結(jié)合實際資料、現(xiàn)場地質(zhì)與管線分布交錯情況，進(jìn)行綜合分析，合理采用水下潛望鏡與雷達(dá)相結(jié)合的方法進(jìn)行勘察定位。對于檢查井分布較密或有明確標(biāo)示的暗渠，可采用水下潛望鏡定位；對于檢查井分布稀少或無檢查井、標(biāo)示的暗渠，采用探地雷達(dá)對暗渠進(jìn)行全方位探測定位，探明地下信息，主要分為地震波法、探地雷達(dá)法、示蹤法以及管道機(jī)器人探測。對于全段封閉的暗渠更適用于用探地雷達(dá)法確定其位置、尺寸及埋深。在多條管渠并行或交錯情況下，可部分現(xiàn)場開挖及利用釬探來探明。

清淤作業(yè)時對于長距離、全封閉的暗渠，分段實施，合理開挖布設(shè)工作井，工作井同時避讓交通干道。采用開敞式進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)，利用風(fēng)機(jī)加快通風(fēng)速率，在作業(yè)過程中對氣體濃度實時監(jiān)測，分析空間內(nèi)氣體濃度變化情況，合理安排單次短時作業(yè)時間。

暗渠清淤作業(yè)宜選擇非汛期，分段做好導(dǎo)流排水及應(yīng)急排水措施。按照排水管道封堵技術(shù)要求，對于需要清淤的暗渠采用橡皮管塞或磚墻臨時封堵，封堵遵循先上游后下游的封堵方式，必要時還需對沿線排水支管進(jìn)行臨時封堵，水泵將封堵范圍內(nèi)管道內(nèi)部的積水臨時排至下游管網(wǎng)內(nèi)。清淤完成后，及時拆除封堵，保持水流通暢。

2 城市暗涵清淤方式簡介

2.1 機(jī)器人清淤

水下爬行機(jī)器人能適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以在暗涵內(nèi)部進(jìn)行水下連續(xù)作業(yè)，操作非常方便（如圖2所示）。相對于人工操作檢測判斷淤泥堆積情況來說，機(jī)器人的利用在精度和準(zhǔn)確度上都有較大提高，利用攝像探頭，可以直觀地觀測到箱涵內(nèi)底部淤泥堆積情況，避免了人為憑經(jīng)驗判斷可能出現(xiàn)的偏差。機(jī)器人在水下清淤疏浚過程中不引起環(huán)境的二次污染，無需大面積破路施工，帶水作業(yè)，施工期不影響暗涵正常排水，具有安全性高、高效、節(jié)能等優(yōu)點[8]。但清淤機(jī)器人受限于暗涵尺寸大小，淤泥較薄段采用機(jī)器人清淤綜合投入較高。

圖2 機(jī)器人清淤

2.2 裝載機(jī)清淤

裝載機(jī)清淤施工效率較高，每臺裝載機(jī)1 h的清淤量約為20 m2（如圖3所示）。一般小型裝載機(jī)僅適用于暗涵尺寸較大的位置，施工時要求暗涵內(nèi)通風(fēng)良好，小型機(jī)械及施工人員進(jìn)入暗涵內(nèi)施工，除此之外，還需采用臨時圍堰，保證干地施工條件。清淤作業(yè)過程中采用小型裝載機(jī)推鏟集中淤泥，再用挖掘機(jī)開挖和裝車，淤泥裝入運(yùn)泥車運(yùn)至指定底泥固化場集中處理。

圖3 裝載機(jī)清淤

2.3 移動式吸泥泵清淤

移動式吸泥泵可懸浮于底泥上，配合高壓水槍施工，可在狹窄的空間內(nèi)施工作業(yè)，操作方便，但施工效率相對較低，且輸送距離有限（如圖4所示）。主要用于城鎮(zhèn)污水處理廠、企業(yè)污水處理廠、硬底河道、養(yǎng)魚池、人工景觀湖、噴泉池底和游泳池底等清理底泥。

圖4 移動式吸泥泵清淤

2.4 水力沖洗清淤

水力沖洗是指采用高壓射水清理暗涵的疏通方法（如圖5所示），其效率高、疏通質(zhì)量好，近20年來已經(jīng)在我國許多城市逐步采用。主要使用高壓噴射車，裝備有大型水罐、機(jī)動卷管器等。操作時由汽車引擎驅(qū)動高壓泵，將水加壓后送入射水噴嘴?？可渌a(chǎn)生的反作用力，使射水噴頭和膠管一起向相反方向，同時也清洗暗涵內(nèi)壁。當(dāng)噴頭到達(dá)一定的距離時，機(jī)動絞車將軟管卷回，此時射水噴頭繼續(xù)噴射水流。但水力清洗只能小范圍沖洗底泥，且無法輸送底泥，需結(jié)合人工將暗涵內(nèi)殘留的沉積物輸送至下游檢查井，然后由吸泥車將其吸走。

圖5 水力沖洗清淤

2.5 人工清淤

在施工場地限制較多，施工機(jī)械無法到達(dá)的情況下，可采用人工清淤，此清淤方式可操作性強(qiáng)，施工方便、靈活，清淤不受場地限制，施工成本低，但作業(yè)效率相對較低，作業(yè)工期長，人工資源投入量大（如圖6所示），人工清淤同時配合水力沖洗等機(jī)械可以顯著提高作業(yè)效率，達(dá)到最佳作業(yè)效果。各種暗涵清淤方式優(yōu)缺點對比見表2。

圖6 人工清淤

表2 各種暗涵清淤方式優(yōu)缺點對比表

3 各暗涵段清淤方式選擇

3.1 坪塔溪清淤方式

坪塔溪河道主要為：上游鶴峰路至蕉城路段，中游蕉城路至寧川路段，下游寧川路至南大塘排洪渠段。三段均為暗涵。其中上游段底坡陡，基本無底泥淤積；中游段底坡趨于平緩，渠壁多為漿砌塊石，渠底已硬化，底泥從中段開始向下游淤積；下游段為鋼筋混凝土箱涵。本次清淤坪塔溪上游段作業(yè)空間有限，擬采用高壓水槍進(jìn)行沖洗，將河道底部少量淤積物沖向下游，在下游集中清理。中、下游擬以200 m為一段，自上游向下游分段逐級進(jìn)行清淤作業(yè)，每隔100 m設(shè)置通氣孔，采用干塘式清淤作業(yè)，每段作業(yè)時在上、下游填筑圍堰，使用導(dǎo)流管導(dǎo)流，圍堰內(nèi)降水后開展清淤作業(yè)。中游段平均渠寬約3 m，機(jī)械開展作業(yè)空間有限，采用人工清淤，下游箱涵段寬度為6 m，采用裝載機(jī)清淤。坪塔溪現(xiàn)狀河底均已硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)底。

3.2 后崗溪清淤方式

后崗溪河道主要為：上游鶴峰路至蕉城路段，中游蕉城路至寧川路段，下游寧川路至南大塘排洪渠段。中、下游段為暗涵。本次清淤擬以200 m為一段，自上游向下游分段逐級進(jìn)行清淤作業(yè)，每隔100 m設(shè)置通氣孔，采用干塘式清淤作業(yè)，每段作業(yè)時在上、下游填筑圍堰，使用導(dǎo)流管導(dǎo)流，圍堰內(nèi)降水后開展清淤作業(yè)。暗涵平均渠寬3 m，機(jī)械開展作業(yè)空間有限，采用人工清淤。后崗溪現(xiàn)狀河底均已硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)底。

3.3 古溪溪清淤方式

古溪溪河道主要為：上游源頭至蕉城路段，中游蕉城路至寧川路段，下游寧川路至南大塘排洪渠段。其中上游段底坡陡，基本無底泥淤積；中游段底坡趨于平緩，渠壁多為漿砌塊石，渠底已硬化，底泥從中段開始向下游淤積；下游段為鋼筋混凝土箱涵。中、下游擬以200 m為一段，自上游向下游分段逐級進(jìn)行清淤作業(yè)，每隔100 m設(shè)置通氣孔，采用干塘式清淤作業(yè)，每段作業(yè)時在上、下游填筑圍堰，使用導(dǎo)流管導(dǎo)流，圍堰內(nèi)降水后開展清淤作業(yè)。采用機(jī)械清淤及人工清淤結(jié)合的方式進(jìn)行清淤作業(yè)。古溪溪現(xiàn)狀河底均已硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)底。

3.4 后山溪清淤方式

后山溪中、下游明渠、暗涵交錯分布。本次清淤擬以200 m為一段，自上游向下游分段逐級進(jìn)行清淤作業(yè)，每段作業(yè)時在上、下游填筑圍堰，使用導(dǎo)流管導(dǎo)流，圍堰內(nèi)降水后開展清淤作業(yè)。采用機(jī)械清淤及人工清淤相結(jié)合的方式進(jìn)行清淤作業(yè)。后山溪現(xiàn)狀河底均已硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)底。

3.5 南大塘排洪渠清淤方式

南大塘排洪渠本次清淤段河道中心線全長3 000 m，分為明渠清淤和暗涵清淤。本次南大塘排洪渠清淤采用排干式清淤，每段作業(yè)時在上、下游填筑圍堰，使用水泵導(dǎo)流，圍堰內(nèi)降水后開展清淤作業(yè)。渠底已采用混凝土硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)渠底。

3.6 南際溪下游段清淤方式

南際溪下游段（東湖排澇站至東湖塘北港），分為明渠及橋涵，現(xiàn)狀河道兩岸均為硬質(zhì)擋墻，河底已采用混凝土硬化，故本次清淤設(shè)計標(biāo)高以現(xiàn)狀硬質(zhì)渠底高程為準(zhǔn)，清淤至硬質(zhì)河底。本次設(shè)計采用人工清淤。

4 結(jié)論

暗渠清淤根據(jù)疏通方式，分為射水疏通、絞車疏通、水力疏通與人工疏通等方法。射水疏通采用高壓射水清通，效率高、疏通質(zhì)量好；人工疏通效果好，但存在安全隱患。水力疏通采用提高渠內(nèi)上下游水位差，加大流速來疏通暗渠的方法，要求水力流速達(dá)到0.7 m/s左右，因現(xiàn)狀暗渠受頂托影響及來水條件限制，難以達(dá)到較大流速的要求，因此本次暗渠清淤主要采用射水疏通、絞車疏通與人工疏通相組合的方式。對于坪塔溪、后崗溪，暗渠尺寸較大（H＞800 mm），選擇“射水+絞車+人工”疏通方式，對于古溪、后山溪，暗渠尺寸較?。℉＜800 mm），選擇“射水+絞車”疏通方式。對暗河段合理開孔強(qiáng)制通風(fēng)，氣體檢測合格后進(jìn)入河道清淤。在交通要道位置選擇夜間施工，對交通分流、導(dǎo)流，減少對市民出行的影響。清淤方法為干挖清淤、高壓水力沖挖清淤和抽吸式清淤3種。