深隧治水

徐姝靜

為解決城市“溢流污染”和“內(nèi)澇”排水難題，廣州市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司第一個(gè)吃螃蟹，創(chuàng)新實(shí)施的“東濠涌深層隧道試驗(yàn)段排水系統(tǒng)項(xiàng)目”，削減了流域雨季合流污水和初期雨水70%以上的污染，將流域內(nèi)排水標(biāo)準(zhǔn)提高到10年一遇。

定位“深隧功能”

廣州沿江而建，由于雨季頻頻出現(xiàn)“合流污水溢流”和“內(nèi)澇”，其淺層敷設(shè)的合流制排水系統(tǒng)在控制污染和緩解內(nèi)澇方面廣受熱議，“水患”問題日益突出。

2012年，廣州借鑒已建設(shè)“深層隧道排水系統(tǒng)”的美國(guó)芝加哥等國(guó)外城市先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，著手開展深層隧道排水系統(tǒng)方面的研究。廣州市凈水有限公司與廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司編制了《廣州市中心城區(qū)深層隧道排水系統(tǒng)對(duì)策研究》。

同年7月20日，包括來自美國(guó)、日本和國(guó)內(nèi)的9名知名專家，以及國(guó)家住建部、廣東省住建廳等各級(jí)部門對(duì)廣州市實(shí)施深層隧道的總體思路進(jìn)行了深入討論，一致認(rèn)為“深層隧道排水系統(tǒng)”是控制“溢流污染”和緩解“內(nèi)澇”等大城市排水問題的重要途徑和有效手段。

廣州市委、市政府作出批示“同意《關(guān)于我市建設(shè)深層隧道治水的建議及東濠涌深層隧道試點(diǎn)方案》”，廣州市東濠涌深層隧道試驗(yàn)段排水系統(tǒng)項(xiàng)目由此正式展開。

東濠涌深層排水隧道是對(duì)東濠涌淺層排水系統(tǒng)的補(bǔ)充和提升。雨季，它可作為東濠涌流域合流污水和初期雨水的調(diào)蓄隧道，在雨后通過尾端排空泵站提升到淺層排水系統(tǒng)送到獵德污水處理廠處理。

東濠涌深層排水隧道還可以提高全流域截污蓄污能力，減少東濠涌流域各支涌（或渠箱）開閘次數(shù)，削減雨季東濠涌流域70%以上的合流溢流污染。大型暴雨條件下，東濠涌深層排水隧道作為東濠涌的分洪通道，行使排澇功能，經(jīng)尾端排洪泵組提升后排至珠江，提高流域內(nèi)合流干渠的排水標(biāo)準(zhǔn)到P=10年一遇。

首創(chuàng)“深隧治水”

該項(xiàng)目是我國(guó)大陸首次進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用，因此進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)指引、運(yùn)行方式與運(yùn)行參數(shù)等都是空白。盡管國(guó)外也有較多深層隧道的成功工程案例，但其功能定位、基礎(chǔ)條件、運(yùn)行模式等均與廣州市深層隧道有所區(qū)別，不可盲目照搬。

為更好地建設(shè)、運(yùn)營(yíng)該工程，廣州市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司組織開展了深層隧道的相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新研究，主要開展了深隧與淺層排水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行、深隧三維可視化數(shù)字信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用、隧道和豎井的物理模型制作、隧道涌浪模型及泵站CFD模型等多個(gè)專題研究，并在后期成功應(yīng)用于深層隧道建設(shè)過程中。

在深層隧道排水系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面，公司建立深隧服務(wù)范圍內(nèi)的降雨徑流水力模型，合理確定深隧豎井位置、并利用水力模型計(jì)算深隧規(guī)模、各豎井人流量末梢排澇泵及排污泵規(guī)模，計(jì)算深隧實(shí)施后淺層管渠排水系統(tǒng)排水標(biāo)準(zhǔn)及河涌排澇標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算深隧實(shí)施后合流污水截取率及雨天溢流污染削減率;建立浪涌模型和CFD模型對(duì)深隧末端泵站流態(tài)進(jìn)行仿真模擬，分析不同工況下隧道浪涌過程和泵站內(nèi)水流狀態(tài)，提早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的不足及安全隱患等，為深隧工程設(shè)計(jì)提供決策支持。

在深層盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，以廣州市東濠涌深隧試驗(yàn)段盾構(gòu)隧道為工程背景，項(xiàng)目考慮深隧襯砌結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境、受力特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征等，進(jìn)行多項(xiàng)研究;同時(shí)針對(duì)深層排水盾構(gòu)隧道特點(diǎn)、防水技術(shù)和接頭耐久性要求，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)三向加載盾構(gòu)隧道管片接縫彈性密封墊耐水壓試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了接縫密封墊防水能力數(shù)值模擬與選型優(yōu)化分析研究、接縫彈性密封墊裝配應(yīng)力分析與實(shí)驗(yàn)研究等。通過上述研究保障污水環(huán)境下的隧道使用性能和壽命。

在深層隧道排水系統(tǒng)運(yùn)行管理創(chuàng)新方面，公司開展深層隧道運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化研究，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算模擬閘、閥、泵等執(zhí)行設(shè)備的開關(guān)、運(yùn)行與停止，得出不同工況下的東濠涌排水區(qū)域深層隧道與淺層管渠排水系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度策略，并編制軟件，以此建立優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。“優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行研究”相關(guān)技術(shù)成果在東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠保障深隧排水系統(tǒng)最大化發(fā)揮其減少內(nèi)澇和溢流污染的效能，提高深隧運(yùn)維單位對(duì)深隧排水系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平，本次項(xiàng)目實(shí)踐也為其它復(fù)雜排水系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行提供了借鑒和參考。

得益“數(shù)字深隧”

技術(shù)問題解決了，團(tuán)隊(duì)又面臨新的挑戰(zhàn)：如何對(duì)這套復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行管理，從而確保系統(tǒng)百年無虞？

公司引進(jìn)BIM（建筑信息模型）技術(shù)應(yīng)用，試圖在深層隧道排水系統(tǒng)全壽命周期管理方面有所突破。這套模型能夠以完善的信息系統(tǒng)貫穿工程全生命周期，實(shí)現(xiàn)深層隧道的數(shù)字化應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)方面，基于BIM技術(shù)建立的三維信息模型，精確模擬深層隧道與豎井、泵站之間的相對(duì)關(guān)系，通過有效地瀏覽碰撞，找出設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。在施工方面，BIM技術(shù)可對(duì)深層隧道排水系統(tǒng)進(jìn)行三維仿真施工模擬，從而指導(dǎo)施工下料，檢視工作空間，合理布置以及避免租賃浪費(fèi);在運(yùn)營(yíng)管理與維護(hù)方面，BIM信息系統(tǒng)和模型能夠以可視化模型極大地簡(jiǎn)化了管理程序，降低了管理難度。

相對(duì)于中心城區(qū)淺層管網(wǎng)改造所需地面開挖量較大或需征用城區(qū)土地（拆遷費(fèi)用非常高）的現(xiàn)狀，深隧排水系統(tǒng)可建設(shè)在40m的地下深處，拆遷工作量小，可避免巨額的拆遷費(fèi)用。此外，利用深隧排水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)蓄溢流污水，可減少流域內(nèi)各支涌（或渠箱）開閘次數(shù)，降低了閘站運(yùn)行成本，削減流域內(nèi)雨季合流污水和初期雨水70%以上的污染，減少了治理黑臭水體的費(fèi)用。

利用“廣州市東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用”的相關(guān)技術(shù)成果，建設(shè)東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)試驗(yàn)段工程，使東濠涌深隧最大限度地發(fā)揮控制溢流污染和緩解內(nèi)澇的效能。雨季可作為東濠涌流域合流污水和初期雨水的調(diào)蓄隧道用，雨后通過尾端排空泵站提升到淺層管渠排水系統(tǒng)送到獵德污水處理廠處理，減少了溢流污染和初雨污染，減少了流域內(nèi)黑臭水體的出現(xiàn)，提高了東濠涌流域的水環(huán)境質(zhì)量，具有重大的環(huán)境效益。

東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)試驗(yàn)段工程的建成，是廣州市凈水有限公司這場(chǎng)“隧道”戰(zhàn)的勝利果實(shí)，更是各方團(tuán)結(jié)協(xié)作，各種資源有效結(jié)合的結(jié)果。東濠涌深層隧道排水系統(tǒng)試驗(yàn)段工程有效減少內(nèi)澇發(fā)生的范圍與區(qū)域，在暴風(fēng)雨中捍衛(wèi)了城市安全，保障市民的人身財(cái)產(chǎn)安全，為廣大市民提供了宜居的生活環(huán)境，促進(jìn)人與水環(huán)境之間的和諧，成為廣州市民的守護(hù)衛(wèi)士！

編輯/晨風(fēng)