江蘇省某達標尾水排海工程設計與關鍵技術施工研究

程志剛，郭 磊*，周 月，王其倉

（江蘇方洋水務有限公司，江蘇 連云港）

我國沿海城市隨著經濟的快速發展，水污染及環境保護問題日漸突出，處理后的達標尾水如何排放就成為急需解決的問題[1-5]。許多沿海城市在污（廢）水滿足排放標準規定的水質要求前提下，選擇將達標尾水排放到深海，從而很好地解決水污染問題、更好地保護陸域水環境，符合建設節約型和環境友好型社會的宗旨[6-7]。

為了保護陸域水環境和更好地利用海洋的環境功能，達標尾水選擇了深海排放，該排海工程關鍵技術主要涉及陸域調壓泵站、陸域頂管、頂管工作井、管線路由比選、頂管接收井、海域管道敷設等內容，其工程實踐經驗可供類似工程借鑒。

1 工程概況

該達標尾水排海工程位于江蘇省東部，分陸域段和海域段，上游的廢水經廢水處理廠達標后進入人工濕地進一步凈化處理，然后進入調蓄池通過調壓泵站進行深海排放。達標尾水排海工程主要建設內容包括調壓泵站，陸域的排放管道長3.8 km，海域排放管道長2.2 km，包括穿越復堆河和海濱大道管線長720 m頂管（入海點至海上接收井），敷管船敷管長21 259 km 和擴散管300 m，如圖1 所示。

2 管線路由比選

根據《達標尾水排海工程排污口優化比選及環境容量研究報告》中分析結果，在原路由走向的基礎上，延伸三個不同長度，形成三個預選路由比選方案，如圖1 所示。自港區南部海堤入海后，先平行東防波堤外側鋪設8.608 km。后續具體走向和長度分別如下。

方案一：在東防波堤北端折轉向東北12.371 km，總長20.979 km，排污口水深14.6 m。

方案二：在東防波堤北端折轉向東北13.371 km，總長21.979 km，排污口水深15.4 m。

方案三：在東防波堤北端折轉向東北14.371 km，總長22.979 km，排污口水深16.1 m。

方案二工程地質條件較好、水文氣象條件一致，不改變海域自然屬性，符合所處海洋功能區劃的管理要求，且工程造價相對較低。因此最終確定方案二為路由線路。

3 陸域段設計與施工

陸域工程主要包括調壓泵站和陸域排放管道，污水處理廠尾水經人工濕地凈化處理后進入調壓泵站，由調壓泵站進入陸域排放管道，再連接至頂管工作井。調壓泵站主要建筑物為泵房及配電間和管理用房。陸域排放管道主要包括循環冷卻水管道、進水總管及出水總管。循環冷卻水管道管徑為DN1000、長約1.0 km；進水總管管徑為DN1400、長約1.0 km，位于道路西側綠化帶內；從排海泵站至入海點的管道管徑為DN1400、全長約1.8 km，擬沿河西岸敷設，自南向北接入頂管工作井，接排海壓力管，離開河道藍線10 m。

3.1 陸域管道

達標尾水排海工程陸域管道起點至頂管工作井總長約3.4 km，主要包含進水管路及出水管路，泵站進水管道管徑為DN1000，管長約1.8 km，管頂覆土不小于1.1 m，起點自污水處理廠用地紅線外1 m，接污水廠含鹽廢水排水管，沿道路敷設至調蓄池進口外1 m，接調蓄池進水管；再敷設2 根DN1000，單根長40 m 的泵站進水總管，自調蓄池出口外1 m，接調蓄池出水管，至排海泵站集水井。泵站出水壓力管管徑為DN1400，管長約1.6 km，管頂覆土不小于1.5 m，自排海泵站沿河西岸敷設至排海頂管工作井。

由于本工程地質為軟土地基，管道易產生不均勻沉降，根據各種管材的應用狀況反饋分析，在國內有較多鋼管應用于軟土地基的案例，且鋼管還具有安裝尺寸靈活、可設計性較強的特點，故本工程陸域管道均采用鋼管。

3.2 頂管工作井施工

根據工藝布置，頂管工作井凈尺寸8×12 m，底板埋深14.3 m（詳見圖2），考慮到工作井處于空曠的地方，可以采用沉井的方案開展施工，同時按照沉井的方案來施工，施工速度快，施工質量更容易達到，與明挖方案相比，不僅鋼筋混凝土用量很小，同時可以節省大量支撐，降低施工成本，綜上采用沉井法施工。

圖2 頂管工作井剖面

工作井分兩次制作，壁厚0.8 m。工作井結構要滿足施工階段，正常運行階段及檢修階段不同負荷情況下的結構受力要求，基于以上情況，該工作井采用常規的做法即現澆鋼筋混凝土沉井結構，起沉高程1.80 m，分二次下沉。第一次下沉高度根據設計是7 m，至高程-5.2 m，采用不排水的方式進行下沉；第二次的下沉高度根據設計是從-5.2 m 到-11.3 m，采用不排水的方式進行下沉，水下封底施工。為了增加該頂管工作井的允許頂力，對工作井后背土體采用高壓旋噴樁的方式進行加固措施，保證施工質量。

3.3 頂管施工

頂管工程主管道為管徑DN1800，內襯DN1400排放管。頂管工程地質情況復雜，陸域管線部分下穿橋和海濱大道，下穿施工較深，地質復雜多變，施工難度較大，頂管施工過程控制難度較大。采取的主要措施如下：做好施工過程中測量復核工作，確保施工人員做到“按時測量、按時糾偏”，避免造成糾偏致使大角度。在頂進過程中不同于粗暴單純的管道頂進，而是根據原定計劃按時保量地加入符合技術標準的可以用于潤滑的支承介質，從而達到填充管道外圍的環形空隙。在施工工程中快結束時，及時根據原定計劃按時保量用水泥或者粉煤灰等材料用于完成置換潤滑泥漿。確保能夠嚴格地控制管道接口能密封住并保障密封的質量，從而防止管道滲漏。

頂管工程單次頂進距離較長，單次頂進1 120 m，屬長距離頂管施工，長距離頂進施工糾偏、頂力控制、中繼間設置、鋼管管材承受頂力等各方面要求較高。如何確保單次頂進按規貫通，此項為難點。采取的主要措施如下：根據地質水文條件，做好頂管機選型、刀具配置；強確保管道線性和坡度；設置試驗段根據實際地層優化減阻注漿配比，確保減阻效果；合理布設中繼間，確保管材受力合理，不發生變形。

4 海域工程設計與施工

海域工程范圍以陸上頂管工作井為界，施工過程中頂管根據計劃穿越海堤后，管道先平行防波堤鋪設，后沿著防波堤折轉，最后確保鋪向排放口，全長約2.7 km。

4.1 海域管道施工

本工程海上埋管的管材為鋼管，海域段排放管全長約2.7 km，海域鋪管工程主要包括六個方面，分別為頂管接收井、海域管道的敷設及海域管道的試壓、海域管道的挖溝、海上海砂及海中碎石的回填及保護、海上擴散段的擴散器安裝及保護和海域管道施工后期的附屬設施及配套施工。

其中管道鋪設比較關鍵，管道敷設時鋪管船連續作業，所有施工人員均兩班倒休，根據設計的做法即對海域管線末端開展推球式注入海水，從而保持鋪管作業中有足夠的內防涂層干燥空間。施工單位需要在管線的端部安裝一個類似可用于發球的球類發射裝置。同時根據原定方案通過法蘭將上述的管線端部的發球裝置連接在海上管道的端部。推動泡沫球注入海管內。根據流量計算，當管線內液柱長度達到200 m左右時，關閉前截止閥，向b 腔內注水，推動后端聚氨酯泡沫球注入海管內。隨著海上管線的鋪設，海上管線每根據施工方案鋪設往前推進12 m，則繼續向海管內按方案注入海水約18.1 m3。

4.2 頂管接收井

本工程采用頂管接收井實現頂管與開槽埋管的連接，接收井設計如圖3 和圖4 所示。頂管接收井內管道連接施工流程為頂管施工（管道施工完成包括頂管內鋼管施工）、海上沉管施工至接收井外→水上接收井施工→頂管穿越接收井進入接收井內→接收井內土方開挖→吊運機頭、管道水下連接→接收井拆除→與接收井外管道連接。

圖3 接收井設計平面

頂管接收井位于海內，圍堰防滲漏難度大，采用雙層鋼板樁圍堰+中間鋼板樁加固和回填土施工。頂管工程施工期間海水正常狀態，存在海水滲漏和倒灌等情況發生，因此鋼板樁圍堰防滲漏是工程的重點。采取的主要措施如下：圍堰內及圍堰間高壓旋噴樁采用試樁工藝，合理調整水泥漿液配合比、旋噴樁轉速、提升速度和壓力，確保成樁效果，做好止水；嚴控進場鋼板樁質量，鋼板樁打設前逐根檢查鋼板樁鎖扣質量，嚴禁采用變形嚴重、鎖扣質量不佳的鋼板樁；嚴控中間驗收制度，確保鋼板樁施工過程中的垂直度，以保證鋼板樁下部鎖扣緊密。

5 結論與展望

該達標尾水排海工程已于2020 年完工投產，目前運行良好。該工程的順利實施，可以得到以下結論。

（1） 利用海洋水體的稀釋擴散作用，將處理達標后的污水通過壓力管道向深海排放是合理、可行的。

（2） 排海管道設計應選擇合適的管材及接口，鋼管能適應各種地質條件、具有安裝尺寸靈活、可設計性較強的特點，選用鋼管應用排海工程具有可行性。