環境敏感區環保清淤施工技術研究
——以襄陽護城河清淤工程為例

薛 強，胡勝華，彭秀達，劉長奇，羅金學，彭冠平，閔紅平

(1.中建三局綠色產業投資有限公司，湖北 武漢 430056；2.中建三局水務環保設計研究院，湖北 武漢 430014)

1 引言

清淤根據其目的，主要分為工程清淤和環保清淤，前者主要是為了擴容、擴充斷面等，其多用于航道疏通、水庫擴容等[1]；后者則主要是為了消除內源污染，多用于景觀水體、河道、湖泊等的水環境治理[2]。

在環境敏感區水環境提升工程中，環保清淤是有效方法之一，也是前置工程之一。但由于環境敏感區在地理位置、功能屬性、環境要求等方面的特殊性，環保清淤在其實施過程中，往往難度較大[3]。

本文針對環境敏感區的特殊情況，結合實際案例——襄陽市護城河清淤工程，研究了環境敏感區環保清淤施工技術，以期為類似項目提供借鑒和參考。

2 工程簡介

襄陽市護城河清淤工程為襄陽市重點民生工程之一，為典型的環境敏感區河道內源治理項目。

襄陽市護城河位于襄陽市襄城區，其歷史悠久，為襄陽重要風景區。襄陽市護城河長4700 m，平均寬度130 m，為亞洲最寬護城河，總水域面積達到61.1×104m2(圖1)。

圖1 護城河周邊情況

本工程清淤范圍為襄陽公園至南門橋(樁號0+000～2+266，即圖2中B1和B2區域，B1和B2之間有橋梁)、民主路橋至夫人城(3+360～4+700，即圖2中A1、A2和A3區域，A1和A2之間、A2和A3之間均有橋梁)，合計長度3606 m，淤泥厚度0.33～0.95 m，清淤面積547864 m2，總清淤量為35.48×104m3。本工程總工期120日歷天，采取EPC模式實施。

圖2 護城河清淤范圍

3 工程實施難點分析

襄陽市護城河清淤工程由于涉及環境敏感區，且需在120 d內完成35.48×104m3的清淤、淤泥處理和消納，其實施難度較大，經分析，其實施難點歸結如下。

3.1 如何將清淤對周邊的影響降至最低

襄陽市護城河內岸緊鄰古城墻，對岸緊鄰住宅、商鋪等，北部則緊鄰漢江，且周邊休閑民眾及游客眾多，具有風景區和建成區雙重屬性，屬典型環境敏感區域，因此，如何在大規模清淤施工時對周邊的影響降至最低，為本工程難點之一。

3.2 工期緊，任務重，如何確保按時履約

本工程工期僅為120日歷天，而需完成的工程內容眾多，涵蓋本工程的環評、勘察設計、淤泥處置中心的土建安裝、35.48×104m2淤泥的清淤、淤泥的處理、淤泥的消納、竣工驗收等等，考慮到前期手續辦理及臨建約需45 d，實際施工時間僅約70 d，經計算，日清淤量和淤泥日處理量均高達5068水下自然方，加之護城河屬環境敏感區域且周邊施工用地缺乏，均不利于大規模施工的展開，因此，本工程的按時履約，為難點之二。

3.3 如何防治施工中的二次污染

本工程中，易造成二次污染之處主要有三：其一，在清淤過程中，由于大型機械作業，極易引起水體擾動，進而造成淤泥擴散；其二，護城河淤泥含水率高達70%，倘若處理不當，易二次泥化，造成二次污染；其三，淤泥處理過程中，會產生大量高SS尾水[4]。

3.4 淤泥的消納

本工程淤泥疏挖量高達35.48×104m3，淤泥常規的消納方式一般為填埋，然而由于護城河周邊的填埋場容量均有限，無法受納如此巨量的淤泥，因此，其最終的合理消納為本項目的難點之一。

4 環保清淤施工技術研究

4.1 低影響清淤施工技術

為將施工對周邊的影響降至最低，本工程主要采取以下措施。

4.1.1 帶水清淤作業

為保障護城河正常景觀功能及周邊居民游客正常游玩休閑，本工程采取環保絞吸的帶水清淤作業方式，相對于傳統干挖清淤，帶水環保絞吸清淤無排水后淤泥裸露及惡臭現象，也無施工機械頻繁出入造成的揚塵、噪音及交通管制等影響，同時，不會受天氣因素的制約(圖3)。

圖3 環保絞吸船清淤

本工程分別在A區配置1臺流量800 m3/h的環保絞吸船，在B區配置一臺流量1500 m3/h和一臺流量2000 m3/h的環保絞吸船，并嚴格踐行6:00～22:00的作業時間規定，其實際穩定的日產能可達6000水下方淤泥，考慮到清淤船轉移、停工檢修及其它突發情況，考慮10 d的自由時間，即可在70 d內完成所有清淤作業。

4.1.2 淤泥異位處置

考慮到護城河延線無淤泥處置用地也無實施條件，本工程采取密閉管線將淤泥輸送至圖2所示紅色區域(淤泥處置中心)(圖4)進行集中處理及外運。該區域占地約16000 m2，離護城河直線距離約500 m，為拆遷空地，且四周均為待拆遷區。

圖4 淤泥處置中心

另外，在鋪設輸泥管線時，采取沉管加浮管的形式，且浮管盡量靠近岸邊，最大限度減少管線對于河面游船的干擾；輸泥管道在穿越人行道路時，則架設斜坡架(圖5)并張貼警示標語圖，保證正常交通，完工后修復。

圖5 斜坡架

4.1.3 強化構筑物保護

在構筑物附近進行絞吸施工時，護城河兩岸已護砌部分下邊緣、兩側棧道及其他構筑物均預留2 m安全距離(根據實際情況確定下邊緣)，然后以1∶3的邊坡與河底清淤控制高程銜接，并采取掏挖成坡法；同時，采取管理人員旁站監督，并密切巡檢以確保構筑物的安全穩定，同時，安排專人利用全站儀進行觀測和分析，以了解構筑物變形情況，并及時預警；實際施工時，對于按圖施工存在極大破壞構筑物穩定的風險區域，及時提請監理和設計單位到場予以解決。

4.2 淤泥高效處理處置施工技術

本工程通過建設淤泥處置中心(圖4)來實現淤泥的高效處理處置，所采取的工藝為國家級工法——河湖淤泥脫水固結一體化處理工藝(圖6)，該工藝能實現淤泥處理的工廠化作業，能將含水率90%以上的淤泥漿處理為含水率40%以下的泥餅，并可根據需要完成對重金屬、微生物、細菌等有害物質的消毒、鈍化或固結，是一套可與常用清淤船(尤其是環保絞吸式船)直接對接的淤泥處理系統，特別適合于施工場地小、周邊土地資源稀缺的城市景觀水體的生態修復工程中對淤泥的處理[5]。

圖6 河湖淤泥脫水固結一體化處理工藝

根據生產工藝，淤泥處置中心共設置四大系統。

4.2.1 預處理系統

預處理系統主要包含沉淀池和泥漿池兩個單元(圖7)。

圖7 沉淀池(a)和泥漿池(b)

沉淀池設計為為鋼混結構平流式沉淀池，尺寸為長×寬×高=23.6 m×7 m×2 m，其主要功能是消能除雜(泥團、石塊、磚瓦等)。沉淀池末端設有回轉式機械格柵兩臺，柵條間距10 mm，平面尺寸為6 m×3.6 m，主要對泥漿中的生活垃圾、蚌殼等進行攔截。

考慮到泥漿池區域地面以下2 m為回填雜土，2～5 m為淤泥質土，土質較差，且地下水位較高，為確保泥漿池庫容和圍堰結構安全，泥漿池采用拉森鋼板樁加土圍堰的方式。本工程泥漿儲存池設計占地面積約為7230 m2，設計深度為4.5 m，設計總庫容32535 m3，有效庫容28920 m3。絞吸泥漿在泥漿池內初步沉淀后，濃度可達到約20%(原始濃度約5%)。

4.2.2 調理改性系統

調理改性系統主要由材料添加系統和均化池兩個單元組成(圖8)。

圖8 材料添加系統(a)和均化池(b)

本工程設置材料添加系統一套，包括80 m3立式儲料罐2臺、臥式泥漿攪拌機2臺(一用一備)、制藥系統2套(一用一備)及材料倉庫一座。泥漿池泥漿經泥漿池內的小型絞吸船絞吸后輸送至臥式攪拌機內，同時，制藥系統將制備好的調理藥劑溶液同步泵入泥漿攪拌機中，兩者混合均勻后自流進入均化池，在均化池內進行充分反應，完成調理過程。本工程均化池設計為鋼混結構，尺寸為長×寬×高= 35 m×16 m×2.5 m。

本工程所用調理藥劑主要包含SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三種(圖9)，A劑主要可使淤泥漿中膠體克服粒子間的斥力，促使顆粒絮凝成團而沉淀，實現去穩定化的效果，進而改善淤泥的沉降脫水性能；B劑主要可破壞淤泥絮體的結構，使更多毛細結合水和表面黏附水轉換為自由水；C劑主要可增強絮體骨架，形成更多出水通道[6]。

圖9 調理藥劑SWHB-A(a)、SWHB-B(b)和SWHB-C(c)

4.2.3 機械脫水系統

本工程主要配置8臺800平隔膜式板框壓濾機進行淤泥脫水作業，8臺壓濾機分兩列并排布置在脫水廠房內，整個廠房尺寸為長×寬×高= 79.6 m×15.2 m×9.6 m(圖10)。

圖10 隔膜式板框壓濾機

調理后泥漿由8臺90kW進料泵分別泵送至各個壓濾機，進料壓力約0.8MPa，然后經過壓榨、泄壓、反吹、卸料等系列工序，最終形成含水率40%以下的硬塑狀泥餅(泥餅質量見表1)，壓濾余水則經管道自流進入泥漿池內。

表1 泥餅質量檢測結果

本工程每個壓濾循環穩定時長約70 min，脫水車間可實現24h連續運行，8臺800型板框壓濾機的滿負荷產能可達可達7000 m3水下方淤泥每天，最終可生產出泥餅約2200 m3，即該淤泥處置中心完全可匹配水上清淤作業的進度，可在70 d內完成35.48×104m3淤泥的處理。

4.2.4 尾水處理系統

尾水處理系統詳見4.3小節。

4.3 環保清淤二次污染防治技術

針對本工程潛在的二次污染風險點，本工程主要采取以下措施予以防治。

4.3.1 清淤時淤泥擴散防治

首先，本工程三條清淤船配備的均為環保絞吸刀頭(圖11)，該刀頭外面有一堅固的鋼質防護罩，在絞吸作業時，絞刀在罩內旋轉切割底泥，僅引起罩內泥水的擾動，且罩內泥水可及時被泥泵吸走，從而減少了淤泥的擴散。

圖11 環保絞吸刀頭

另外，進行絞吸作業時，對表層浮泥“只吸不攪”，下層底泥則“攪吸并用”，最大限度的減小絞吸過程造成的二次污染及逃淤損失。

4.3.2 淤泥二次泥化防治

本工程在淤泥處理時，采取SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三種調理藥劑聯用對其進行調理改性，淤泥性質已發生根本性改變，另外，改性后淤泥經板框壓濾后，其含水率已低至40%以下，呈硬塑狀泥餅，具有較好的水穩定性和強度，余水不會二次泥化，可保障淤泥在填埋或者綜合利用時的安全性。

4.3.3 尾水凈化處理

本工程尾水主要是泥漿池末端的表層溢流水，結合本工程的出水要求，在泥漿池末端設置尾水處理區，共配置2臺10000 m3/d的超磁分離一體化設備，占地面積約1500 m3。本工程采用提升泵將尾水打入超磁分離系統內，通過投加PAC、PAM藥劑等經過混合攪拌，形成微磁絮團，自流進入超磁分離機，經過超磁機打撈后，SS去除率達90%～95%，藻類去除率≥95%，TP去除率80%～90%，COD去除率40%～60%，達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中規定的一級排放標準，尾水最終則進入市政污水管網，尾水處理后質量見表2。

表2 尾水質量檢測結果

4.4 淤泥的綜合利用技術

4.4.1 就近利用

由于護城河周邊渣土場容量均有限，而本工程泥餅量高達15×104m3左右(水下方淤泥方量∶泥餅方量≈3∶1)，泥餅的出路為制約本工程實施的一大難題。經前期摸排，發現護城河距離魚梁洲較近，而且交通便利，且魚梁洲正在建設的中央公園需要大量的土地改良用土，而據表1中的泥餅分析結果可知，護城河淤泥無毒無害，且其含水率和有機質等指標均可達到土地改良用標準，因此處理后的泥餅具備作為土地改良用的基本條件，經多方協調，本工程最終將部分脫水后的泥餅運至魚梁洲作為土地改良用土使用。

4.4.2 資源化利用

淤泥難消納可以說是環保清淤工程的共性問題，尤其對于環境敏感區，周邊棄渣場少，且容量有限，隨著土地資源日趨緊張，棄渣場數量將被逐步壓縮，使得淤泥難消納的問題將被逐步放大。要解決這一共性問題，開發淤泥的多途徑綜合利用技術為其唯一解。

為探索淤泥多途徑綜合利用方式，也為推動淤泥綜合利用處置技術的規范化和標準化，本工程進行了淤泥資源化中試試驗。本中試利用前期小試試驗成果，以護城河清淤泥漿脫水泥餅為原料，通過對泥餅的改性，分別生產出了合格的園林種植土和工程土。中試設計生產規模為100 t/d，中試工期3個月，主要配置1臺1 m3混凝土攪拌機和一套配料皮帶秤等設備。

本中試試驗中，淤泥制工程土主要是通過摻加無機細骨料和少量膠凝材料，經分散、攪拌、養護等工序后，可生產出符合設計要求的工程土。脫水泥餅摻加量可達85%～95%，制備的工程土無二次污染，可用于道路路基、堤防、洼地、建筑工程基坑回填，出路廣，具備良好經濟價值[7]。

本中試利用泥餅生產的工程土進行了路基填筑試驗，經測試，路基壓實度可達94%(圖12)。

圖12 淤泥制備的工程土(a)、路基填筑試驗(b)及壓實度檢測(c)

淤泥制備園林用土主要是利用淤泥中存在的氮、磷和有機質等營養元素，通過加入秸稈、微生物菌劑等，并經攪拌、養護等工序，可制得性能優良的園林用土，其相關技術指標完全達到標準《城鎮污水處理廠污泥處置-園林綠化用泥質》(GB/T 23486-2009)中的相關要求。

本中試利用泥餅生產的園林用土進行了種植驗證試驗，經過歷時半年的觀察，發現所種植物均長勢良好，說明本工藝制備的園林用土是可行的(圖13)。

圖13 淤泥制備的園林綠化土(a)及其用于種植梔子花(b)和月季(c)

5 結論

本工程屬典型的環境敏感區環保清淤工程，在施工作業過程中，受制于作業環境、工期等因素，工程實施難度大，主要體現在施工影響的控制、按期履約、二次污染的防治以及淤泥的消納4個方面。針對這四大難題，本工程一是通過針對性措施，將工程施工影響降至最低限度；二是通過日均6000 m3水下方的絞吸清淤加工廠化模式的淤泥處置，于70 d內完成了主體工程施工，實現按期履約；三是通過環保絞吸頭的運用、超磁分離一體化設備的運用及專業化淤泥調理藥劑的運用，分別防治了淤泥擴散、尾水污染及淤泥二次泥化這三大潛在的二次污染風險；四是通過泥餅外運作土壤改良土和外運填埋并用，成功解決本工程淤泥消納難題，同時也通過淤泥資源化中試試驗，開發出了泥餅生產工程土和園林綠化土兩大工藝產品，為淤泥的多途徑綜合利用打下堅實基礎。

本工程的實施經驗，可為其他類似環境敏感區環保清淤工程的設計、施工提供參考和借鑒。