全地下式污水處理廠地下空間內澇風險分析與防治措施

朱 牧

（上海城投水務工程項目管理有限公司，上海市200002）

0 引言

全地下式污水處理廠的頂板標高與周邊地坪接近，構筑物池頂位于地下一層，各構筑物的處理水池埋入地下二層，主要機電設備的安裝、工藝管道的架設、人員的日常作業均位于地下空間中。與常規污水處理廠相比，全地下式污水處理廠具有節地環保、地面污濁氣和噪音少、對地上景觀影響小等優點，已在國內外多個城市建成并投入使用，為我國城市污水處理廠建設用地匱乏的問題提供了解決途徑。然而，地下空間存在防汛的先天劣勢，出入口多，暴雨時容易造成灌水積水，一直是防汛的重點和難點[1]，與城市污水管網接通的地下水池與管線更增加了污水廠地下空間內澇的內源性風險，一旦重要的設備受淹，將直接破壞污水處理廠的正常運行，影響片區的污水處理。地下空間的防汛安全工程是一項綜合工程，涉及到設計、建設及運行多個方面，按照建設項目“三同時”思想，防汛安全措施也應與主體工程同步設計、同步實施并同步投入使用。針對于全地下污水處理廠的內澇防治措施應因地制宜，充分利用全地下污水處理廠工程本身的防汛優勢。本文針對全地下式污水處理廠地下空間的防汛安全，對其內澇風險進行識別與分析，針對導致全地下式污水處理廠內澇風險的原因，從設計、建設及運行方面對全地下式污水處理廠地下空間內澇風險防治措施進行探討。

1 全地下式污水處理廠內澇風險源識別

污水處理廠通常作為片區污水處理末端設施，進水量受到前端管網調度控制，而雨季時，容易出現流量增大、污水處理廠超量進水的情況。由于全地下式污水處理廠本身的建設標高低于常規廠，且進水泵房位于地下空間內，一旦廠外管網水位升高，容易導致泵房前池冒溢，導致地下空間的淹溺。

其次，地下式污水處理廠出于采光通風、人員出入、設備吊裝的考慮，一般設有較多的連通室外的設施，在汛期時易成為外水回灌的入口。以上海市某全地下污水處理廠為例，其地下空間與室外地面之間共設置有4處出入口，31處安全逃生樓梯，4處設備吊裝孔，以及12處通風采光井。當汛期來臨時，出入口由于敞開空間較大，地勢低洼，與地下空間直接相連等特點，易成為雨水、洪水倒灌入口的風險性最高。而若地下空間上部頂板的泄水能力不足，則逃生樓梯處也易出現積水回灌。

此外，地下式污水處理廠的管廊空間中布置有大量的工藝管線，當地下式污水處理廠的工藝管線發生破損時，管道中的污水直接進入管廊中。由于泄漏發生于地下管廊，無法利用水池的超高進行調蓄，只能通過水泵強排，若滲漏量過大，容易造成管廊空間的內澇。

全流程地下式污水處理廠通常需要在地下空間中設置多級提升泵站，在運行過程中需要保持進水泵房、提升泵房以及出水泵房的流量匹配。當進水泵房輸送的水量超過提升泵房規模或提升泵房輸送的水量超過出水泵房規模時，均會導致泵房前端的構筑物冒溢。此外，提升泵本身的設備故障或聯動系統故障也會導致泵房前池的冒溢。采用濾池、膜、填料等工藝的污水處理廠，其工藝系統的老化、堵塞會導致處理構筑物水流受阻，憋高液位，淹溺地下空間。

目前，多數地下式污水處理廠均采用了綜合信息化設計，通過采用液位聯動報警，液位聯動水泵、閥門、閘門關停等自控設計達到地下廠防淹效果。這些自控設計大大加強了地下式污水處理廠的運行安全，但是一旦機械聯動或報警出現故障，同樣會導致對風險發現處理的不及時，進而導致地下空間內澇。

2 地下空間內澇故障樹（FTA）分析

故障樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）方法是一種分析系統如何失效的邏輯框架，描述了導致不希望故障狀態（即頂事件）發生的各因素（即中間和底事件）之間的邏輯關系[2]。

根據故障樹事件確定原則，以全地下式污水廠地下空間運營期間發生內澇為分析對象，構建污水處理廠地下空間內澇故障樹，分析污水處理廠地下空間內澇的內源風險。污水處理廠地下空間內澇為故障樹的頂事件（N），按內澇發生的操作因素及物質因素，將頂事件劃分為地下空間冒溢和防澇不及時兩個中間事件（M），并進一步將風險因素劃分至各底事件（X）。污水處理廠地下空間內澇故障樹構建如圖1所示，其中“·”表示“與”邏輯，“+”表示“或”邏輯。

圖1 污水處理廠地下空間內澇故障樹

根據故障樹計算地下空間內澇的最小割集，即能夠導致頂上事件發生的基本事件的集合，結果見表1。

由表1可知，共有14個導致地下空間內澇的可能途徑。其中，事件X0（機械設備聯動故障）的結構重要度最高，表明機械設備故障對內澇事故發生的影響水平最大。通過定期維護確保機械設備的良好聯動可以避免大部分地下空間淹溺事件的發生。其次是警報系統和地下廠運維，確保報警系統的正常運行和科學合理的管理配置，做到即便在機械設備聯動出現故障的前提下也能及時發現冒溢點并人工強制采取止水措施，有效減少地下空間污水冒溢風險。

表1 內澇風險FTA辨識結果

3 全地下式污水處理廠內澇防護措施探討

3.1 應對污水處理廠超量進水時的防汛措施

適當規模的調蓄池可以為超出污水處理廠處理規模部分的進水提供出路，以應對管網進水量突破污水處理廠規模、內部設備故障需緊急停運等情況。同時，調蓄池還具有減少合流制污水溢流污染和控制分流制初期雨水的功能。對于全地下式污水處理廠來說，調蓄池的設置可以極大增加污水處理廠運行的安全性，應在項目前期階段規劃和設計。用于防止污水處理廠溢流的調蓄池應設置在進水泵房前端，以暫存超過進水泵房能力的污水。調蓄池的控制應接入污水處理廠的自控系統，與進水泵房前池的水位聯動。

極端情況下，污水處理廠進水量可能會超過調蓄設施的能力，此時需要通過切斷進水來保證地下空間的防汛安全，因此，建議在進水泵房前端設置閘門井，增強污水處理廠對水量變化的應對能力。閘門井推薦采用速閉閘門，此類閘門即使在失電的情況下，也可依靠門板重力快速將閘門關閉。

目前，國內污水處理廠收水系統管網規劃與污水處理廠的結合相對較少，但鑒于地下式污水處理廠的特殊性，有條件的地區，其收水管網的走向、標高及收水管網內泵站的設施應與污水處理廠的建設緊密結合。片區管網應應盡可能保持低水位運行，暴雨來臨時，管道和收水井內大的空間可起到較好的錯峰調蓄作用，減小污水處理廠的瞬時壓力，減緩污水處理廠前池內液面的上漲速度。當污水處理廠進水由外圍泵站壓力管進入，如果外圍泵站的管理與污水處理廠的運行分屬不同部門，則尤其要加強兩部分之間的交流溝通，防止污水處理廠進水水位較高而外圍泵站仍持續工作帶來的安全隱患。

3.2 污水處理廠內設備故障及地下水入滲引起污水冒溢的防范措施

污水處理廠在設計和運行過程中應采取措施規避由內部故障引起的池體冒溢風險，如加強設備自動控制、加強排澇設計、加強運行管理、提高工程建設質量等。通過自控系統進行聯動調控，設置構筑物的報警水位，事故情況下超過報警水位則依次關停水泵或閘門，避免濾池、膜池或格柵等設施堵塞而造成的水池液位憋高。運行過程中液位容易不受控的構筑物應設置溢流，常見的如MBR池、濾池的廢水池、中間提升泵房的前池等，溢流污水可通過廠區污水泵房收集。全地下式污水處理廠的污水泵房位于地下空間低點，可兼具地下空間排澇泵房功能，在設計時應考慮充足的前池容量，并配置備用水泵。地下空間中應設計排水溝、排水管道將溢流或滲入的水流輸送至污水泵房或排澇泵房中，避免局部區域淹溺。

項目建設過程中，應對可能出現滲漏水的主要部位，包括施工縫、止水螺桿、穿墻管及施工過程中振搗混凝土不密實部位和情況進行分析討論，并制定了相應的防范措施[3]。在工程進行調試運行前應按規范要求進行滿水試驗，及時對漏點進行修補，并應在工程建成后保持觀察。

3.3 針對降雨的防淹措施

全地下式污水處理廠位于地面的出入口、逃生樓梯、送排風井、天井等設置是外部雨水或洪水進入地下空間的主要通道，可進行相應的設計處理，如將入口處道路做成逆坡并設截水溝，排氣塔采用防雨百葉，出入口標高抬高、增加頂棚等。此外，還應注重頂板的排水設計，避免頂板積水。

地鐵車站、地下商業街等常規大、中型地下綜合體常在出入口設置防汛板，進一步切斷外水進入地下空間的路徑，起到極端降水情況下的內澇預防。由于全地下式污水處理廠存在車輛通行需求，出入口較大，往往不適合防汛擋板的長期固定，建議可作為防汛物資儲備，根據需要使用。

4 結論與建議

內澇防護對保障全地下式污水處理廠的安全運行具有重要意義，需要在設計、建設和運行中采取合適的防護措施，規避地下空間內澇風險。適合于全地下式污水處理廠的內澇防護措施有進水泵房前設置調蓄池、進水端設置閘門井、設置排澇泵房、強化液位報警、強化設備聯動、強化防雨、強化結構防水等，均需結合工程實際進行使用，因地制宜，確保廠區防汛安全。