基于武漢大東湖核心區污水傳輸系統的城市排水深隧項目總體規劃探討

（中建三局綠色產業投資有限公司，湖北 武漢 430000）

目前城市排水深隧系統在多個國家已經有了較成熟的應用，積累了一些經驗。早在19世紀，巴黎就開始在地下50 m建設深隧工程，后續世界各地也陸陸續續建成了一批深隧系統工程。近年來國內城市多次遭遇暴雨內澇侵害，加速推進了排水深隧系統的研究及建設。武漢市于2014年4月通過專家論證，結合政府需求，為統籌解決區域污水處理、內澇防治和初雨控制等問題，決議采取深隧技術傳輸現有污水處理廠污水，同時利用另一根雨水深隧調蓄超標排澇雨水，提升城市環境品質。目前污水傳輸深隧已先啟動建設，并預留雨水接口。

1 大東湖污水傳輸深隧項目

1.1 工程背景

為改善武漢市水環境生態狀況，創建“兩型”社會示范區，武漢市向國家提出了建設大東湖生態水網的方案，2009年5月國家發改委正式批復同意武漢市《大東湖生態水網構建總體方案》。作為大東湖水網工程的啟動工程——楚河工程已經實施，濱渠商業街漢街雛形已經建成，東沙湖地區改造正在有序展開，地區品質得到較大提升。

武漢“大東湖生態水網”區域內規劃有龍王嘴、沙湖、二郎廟、落步咀、北湖等12座污水處理廠，其中沙湖、二郎廟和落步咀3座污水處理廠位于“大東湖生態水網”的核心區內，另外還有一座白玉山污水處理廠正處于準備建設階段。這三座污水處理廠都面臨區域發展導致污水處理廠中心化的問題。同時，為滿足國家、省政府對我市污水處理和污染物總量減排的要求，沙湖、二郎廟及落步咀廠都需要盡快完成提檔升級，北湖污水處理廠亟須馬上建設。為合理、有效解決這四座污水處理廠的污水處理問題，專家一致推薦“四廠合并和深隧傳輸的污水方案”，并最終實施該方案。該方案立足全面解決大東湖地區的水環境問題，滿足各污水處理廠自身升級改造和環保要求，可優化基礎設施布局，提升核心區城市功能，合理利用城市地下空間，滿足國家中心城市發展需要。

1.2 工程概況

大東湖深隧項目是武漢市踐行長江大保護的標桿工程、推進四水共治的排頭工程、建設水生態文明的示范工程，總投資為30.29億元，分為污水深隧系統和地表完善系統。

污水深隧系統包括一條17.5 km主隧和一條1.7 km支隧。污水主隧道起點為二郎廟預處理站，終點為北湖污水處理廠，主要轉輸沙湖、二郎廟、落步咀、武東地區污水至北湖污水處理廠進行處理。污水支線起點為落步咀污水處理廠，終點為主隧道（青化立交處），主要傳輸落步咀地區污水至污水主隧道。結合現狀污水系統布局及沿線現狀地形，污水主隧道起于二郎廟與處理廠，沿擬建沙湖大道和沙湖港敷設，至禮和路附近向南延伸至歡樂大道，再沿歡樂大道敷設至三環線，轉至武鄂高速公路至武東明渠排口，再經嚴西湖和北湖公園內敷設至北湖污水處理廠。污水支線道起于落步咀預處理站，經三環線東側綠化帶敷設至三環線青化立交入污水主隧道。

地表完善系統主要包含4個污水預處理站，分別為沙湖污水提升泵站（1.0 m3/s）及配套管網、二郎廟預處理站（9.8 m3/s）及配套管網、落步咀預處理站（5.7 m3/s）及配套管網、武東預處理站（2.4 m3/s）及配套管網。

圖1 大東湖深隧全景透視圖

2 排水深隧系統解決方案

2.1 深隧系統的分類

根據控制目的及功能，隧道類型主要分為：污染控制隧道，收集合流制溢流污水、兼顧分流制雨水徑流；洪澇控制隧道，收集、調蓄雨水徑流及截流、接納上游洪水；多功能雨洪隧道，同時實現洪澇控制、污染控制、交通等多種功能。

根據運行方式，隧道類型主要分為：雨洪排放隧道，為避免城市洪澇災害而建設的排洪通道，隧道尾端設有大型排洪泵站；污水輸送隧道，主要為收集輸送城市污水的地下通道；合流調蓄隧道，控制合流制的溢流污染（CSO），對合流污水、初期雨水的收集、調蓄和輸送，最終送達污水處理廠處理。

2.2 排水深隧的系統組成

以武漢大東湖污水傳輸深隧為例，污水深隧組成部分有地表預處理銜接系統、主隧系統、污水處理廠系統。地表預處理銜接系統主要包括淺層排水系統和預處理站，通過淺層排水系統將污水輸送至預處理站進行預處理，以避免污水淤積于隧道，并控制進入隧道內污水流量和水位，將處理后的污水通過入流豎井匯入主隧系統，主隧系統連接并匯總各污水廠及預處理站的污水后，由主隧系統輸送至提升泵站，在遠城區污水處理廠系統進行集中處理。

2.3 排水深隧的優缺點

深隧系統由于其工程特殊性，優點較為明顯，主要表現在：可避免路面開挖，將對交通和環境的破壞最小化。同時避免與現有的淺層地下公用設施和基礎設施產生沖突。可有效避開樁基礎等，線路較優，不受現有路網影響；節約土地資源，釋放城市土地資源；深隧系統可提高排水管網系統截留倍數，實現實初期雨水處理、控制面源污染，靈活調度污水處理廠運行。

由于深隧系統在國內應用工程實例少，技術還不夠成熟，主要存在以下缺點：相比淺層地表管道系統，深隧系統初期工程費用投資較大，且由于將污水集中運輸到遠城區處理，需配置大容量的污水提升泵站；污水隧道一般距離較長，容易在隧道產生淤積，需尋找合理有效的解決方案；深隧系統相比淺層系統而言，其運營維護成本較高。

3 國內外污水深隧工程案例

深隧根據其運行方式、控制目的等細分種類較多，基于大東湖污水深隧項目經驗，以下主要介紹污水輸送隧道工程實例。

3.1 新加坡污水隧道（DTSS）

新加坡地處馬六甲海峽，總面積僅為714.3 km2，年平均降水量為2 400 mm左右，新加坡是全球少數幾個采用雨污分流系統的國家之一。新加坡共計有6個污水處理廠，年污水處理量約5 億m3左右。為了節省土地和擴大污水處理廠處理規模，新加坡政府提出，未來的污水收集和處理體系采用深層隧道系統（DTSS）。支線排水管道從現有排水系統收集污水，現有的6座污水處理廠采用深層隧道系統連接起來，以重力流的方式將污水送至計劃在比較偏遠的位置新建的“樟宜”和“大氏”兩個污水處理廠。污水處理達到排海標準后，由排海口向深海排放。

3.2 美國芝加哥隧道及水庫計劃（TRAP）

美國城市芝加哥位于濕潤性大陸季風氣候區，年平均降水量約為965 mm，主要集中在夏季。由于雨季內澇頻繁發生，初雨和溢流污染嚴重，對其飲用水源地——密歇根湖造成嚴重污染。原有的截污管線截留倍數低，大暴雨時仍有污水進入河道，溢流污染發生的概率大約為每年100次，對河道造成嚴重污染。因此，芝加哥投資建設深隧系統，旨在減少因污水溢流對水體造成的污染。

一期工程包括長度為176 km的2.5～10 m圓形隧道，位于地下45.7～106.7 m，提供870 萬m3的調蓄容積。深隧主要采用盾構法施工，部分隧道連接處采用鉆爆法施工。二期工程包括Majewski、McCook和Thornton三個水庫，將增加系統調蓄容積0.66 億m3的調蓄容積

4 結語

武漢大東湖污水傳輸深隧系統工程即將完工并投入使用，這是國內第一條正式建造并將投入運營的長距離深層污水傳輸隧道。可以預見的是，其在解決武漢市部分地區初雨污染和溢流污染問題、緩解城市內澇、釋放城市中心土地資源等方面將發揮重要作用。但同時排水深隧系統也存在一些問題亟待解決，如污水酸化腐蝕隧道結構、產生淤積后的清理工作、智慧深隧系統的搭建等，雖然這些問題比較棘手，但可以確信的是這些問題將在深隧建設運營周期內，通過理論結合實踐逐一解決，并積累相關經驗，為國內后續類似工程提供經驗支撐。

目前國內已知正在建設或有計劃建設深隧的城市有廣州、深圳、上海、武漢、北京、成都等，由于工程背景、實施條件等情況不同，建設進展、建設內容也不盡相同。廣州將修建“一主八副”8條分支隧道，東濠涌試驗段已建設完成；深圳前海-南山深隧系統工程總投資約24.1億元，目前已啟動建設；上海蘇州河調蓄系統于2017年底啟動建設，試驗段已經實施完成；北京已經著手準備在城市東、西兩側，各開挖一條從地鐵線下方縱穿的深隧道，用于保證暴雨或洪水來襲時的城市安全；成都市提出“兩環四射”的中心城深隧排水系統總體規劃方案，提出Y型布局的近期實施方案。

總的來看，排水深隧系統工程建設，是比較符合中國多數一二線城市的發展需求的。一二線城市存在人口密度大、淺層排水設施陳舊、中心地帶用地緊張、環保標準提高等問題，而深隧系統是目前解決排水等問題較優的選擇，相信在武漢大東湖污水傳輸項目建成之后，會有更多的類似項目投入建設中來。