基于武汉大东湖核心区污水传输系统的城市排水深隧项目总体规划探讨

（中建三局绿色产业投资有限公司，湖北 武汉 430000）

目前城市排水深隧系统在多个国家已经有了较成熟的应用，积累了一些经验。早在19世纪，巴黎就开始在地下50 m建设深隧工程，后续世界各地也陆陆续续建成了一批深隧系统工程。近年来国内城市多次遭遇暴雨内涝侵害，加速推进了排水深隧系统的研究及建设。武汉市于2014年4月通过专家论证，结合政府需求，为统筹解决区域污水处理、内涝防治和初雨控制等问题，决议采取深隧技术传输现有污水处理厂污水，同时利用另一根雨水深隧调蓄超标排涝雨水，提升城市环境品质。目前污水传输深隧已先启动建设，并预留雨水接口。

1 大东湖污水传输深隧项目

1.1 工程背景

为改善武汉市水环境生态状况，创建“两型”社会示范区，武汉市向国家提出了建设大东湖生态水网的方案，2009年5月国家发改委正式批复同意武汉市《大东湖生态水网构建总体方案》。作为大东湖水网工程的启动工程——楚河工程已经实施，滨渠商业街汉街雏形已经建成，东沙湖地区改造正在有序展开，地区品质得到较大提升。

武汉“大东湖生态水网”区域内规划有龙王嘴、沙湖、二郎庙、落步咀、北湖等12座污水处理厂，其中沙湖、二郎庙和落步咀3座污水处理厂位于“大东湖生态水网”的核心区内，另外还有一座白玉山污水处理厂正处于准备建设阶段。这三座污水处理厂都面临区域发展导致污水处理厂中心化的问题。同时，为满足国家、省政府对我市污水处理和污染物总量减排的要求，沙湖、二郎庙及落步咀厂都需要尽快完成提档升级，北湖污水处理厂亟须马上建设。为合理、有效解决这四座污水处理厂的污水处理问题，专家一致推荐“四厂合并和深隧传输的污水方案”，并最终实施该方案。该方案立足全面解决大东湖地区的水环境问题，满足各污水处理厂自身升级改造和环保要求，可优化基础设施布局，提升核心区城市功能，合理利用城市地下空间，满足国家中心城市发展需要。

1.2 工程概况

大东湖深隧项目是武汉市践行长江大保护的标杆工程、推进四水共治的排头工程、建设水生态文明的示范工程，总投资为30.29亿元，分为污水深隧系统和地表完善系统。

污水深隧系统包括一条17.5 km主隧和一条1.7 km支隧。污水主隧道起点为二郎庙预处理站，终点为北湖污水处理厂，主要转输沙湖、二郎庙、落步咀、武东地区污水至北湖污水处理厂进行处理。污水支线起点为落步咀污水处理厂，终点为主隧道（青化立交处），主要传输落步咀地区污水至污水主隧道。结合现状污水系统布局及沿线现状地形，污水主隧道起于二郎庙与处理厂，沿拟建沙湖大道和沙湖港敷设，至礼和路附近向南延伸至欢乐大道，再沿欢乐大道敷设至三环线，转至武鄂高速公路至武东明渠排口，再经严西湖和北湖公园内敷设至北湖污水处理厂。污水支线道起于落步咀预处理站，经三环线东侧绿化带敷设至三环线青化立交入污水主隧道。

地表完善系统主要包含4个污水预处理站，分别为沙湖污水提升泵站（1.0 m3/s）及配套管网、二郎庙预处理站（9.8 m3/s）及配套管网、落步咀预处理站（5.7 m3/s）及配套管网、武东预处理站（2.4 m3/s）及配套管网。

图1 大东湖深隧全景透视图

2 排水深隧系统解决方案

2.1 深隧系统的分类

根据控制目的及功能，隧道类型主要分为：污染控制隧道，收集合流制溢流污水、兼顾分流制雨水径流；洪涝控制隧道，收集、调蓄雨水径流及截流、接纳上游洪水；多功能雨洪隧道，同时实现洪涝控制、污染控制、交通等多种功能。

根据运行方式，隧道类型主要分为：雨洪排放隧道，为避免城市洪涝灾害而建设的排洪通道，隧道尾端设有大型排洪泵站；污水输送隧道，主要为收集输送城市污水的地下通道；合流调蓄隧道，控制合流制的溢流污染（CSO），对合流污水、初期雨水的收集、调蓄和输送，最终送达污水处理厂处理。

2.2 排水深隧的系统组成

以武汉大东湖污水传输深隧为例，污水深隧组成部分有地表预处理衔接系统、主隧系统、污水处理厂系统。地表预处理衔接系统主要包括浅层排水系统和预处理站，通过浅层排水系统将污水输送至预处理站进行预处理，以避免污水淤积于隧道，并控制进入隧道内污水流量和水位，将处理后的污水通过入流竖井汇入主隧系统，主隧系统连接并汇总各污水厂及预处理站的污水后，由主隧系统输送至提升泵站，在远城区污水处理厂系统进行集中处理。

2.3 排水深隧的优缺点

深隧系统由于其工程特殊性，优点较为明显，主要表现在：可避免路面开挖，将对交通和环境的破坏最小化。同时避免与现有的浅层地下公用设施和基础设施产生冲突。可有效避开桩基础等，线路较优，不受现有路网影响；节约土地资源，释放城市土地资源；深隧系统可提高排水管网系统截留倍数，实现实初期雨水处理、控制面源污染，灵活调度污水处理厂运行。

由于深隧系统在国内应用工程实例少，技术还不够成熟，主要存在以下缺点：相比浅层地表管道系统，深隧系统初期工程费用投资较大，且由于将污水集中运输到远城区处理，需配置大容量的污水提升泵站；污水隧道一般距离较长，容易在隧道产生淤积，需寻找合理有效的解决方案；深隧系统相比浅层系统而言，其运营维护成本较高。

3 国内外污水深隧工程案例

深隧根据其运行方式、控制目的等细分种类较多，基于大东湖污水深隧项目经验，以下主要介绍污水输送隧道工程实例。

3.1 新加坡污水隧道（DTSS）

新加坡地处马六甲海峡，总面积仅为714.3 km2，年平均降水量为2 400 mm左右，新加坡是全球少数几个采用雨污分流系统的国家之一。新加坡共计有6个污水处理厂，年污水处理量约5 亿m3左右。为了节省土地和扩大污水处理厂处理规模，新加坡政府提出，未来的污水收集和处理体系采用深层隧道系统（DTSS）。支线排水管道从现有排水系统收集污水，现有的6座污水处理厂采用深层隧道系统连接起来，以重力流的方式将污水送至计划在比较偏远的位置新建的“樟宜”和“大氏”两个污水处理厂。污水处理达到排海标准后，由排海口向深海排放。

3.2 美国芝加哥隧道及水库计划（TRAP）

美国城市芝加哥位于湿润性大陆季风气候区，年平均降水量约为965 mm，主要集中在夏季。由于雨季内涝频繁发生，初雨和溢流污染严重，对其饮用水源地——密歇根湖造成严重污染。原有的截污管线截留倍数低，大暴雨时仍有污水进入河道，溢流污染发生的概率大约为每年100次，对河道造成严重污染。因此，芝加哥投资建设深隧系统，旨在减少因污水溢流对水体造成的污染。

一期工程包括长度为176 km的2.5～10 m圆形隧道，位于地下45.7～106.7 m，提供870 万m3的调蓄容积。深隧主要采用盾构法施工，部分隧道连接处采用钻爆法施工。二期工程包括Majewski、McCook和Thornton三个水库，将增加系统调蓄容积0.66 亿m3的调蓄容积

4 结语

武汉大东湖污水传输深隧系统工程即将完工并投入使用，这是国内第一条正式建造并将投入运营的长距离深层污水传输隧道。可以预见的是，其在解决武汉市部分地区初雨污染和溢流污染问题、缓解城市内涝、释放城市中心土地资源等方面将发挥重要作用。但同时排水深隧系统也存在一些问题亟待解决，如污水酸化腐蚀隧道结构、产生淤积后的清理工作、智慧深隧系统的搭建等，虽然这些问题比较棘手，但可以确信的是这些问题将在深隧建设运营周期内，通过理论结合实践逐一解决，并积累相关经验，为国内后续类似工程提供经验支撑。

目前国内已知正在建设或有计划建设深隧的城市有广州、深圳、上海、武汉、北京、成都等，由于工程背景、实施条件等情况不同，建设进展、建设内容也不尽相同。广州将修建“一主八副”8条分支隧道，东濠涌试验段已建设完成；深圳前海-南山深隧系统工程总投资约24.1亿元，目前已启动建设；上海苏州河调蓄系统于2017年底启动建设，试验段已经实施完成；北京已经着手准备在城市东、西两侧，各开挖一条从地铁线下方纵穿的深隧道，用于保证暴雨或洪水来袭时的城市安全；成都市提出“两环四射”的中心城深隧排水系统总体规划方案，提出Y型布局的近期实施方案。

总的来看，排水深隧系统工程建设，是比较符合中国多数一二线城市的发展需求的。一二线城市存在人口密度大、浅层排水设施陈旧、中心地带用地紧张、环保标准提高等问题，而深隧系统是目前解决排水等问题较优的选择，相信在武汉大东湖污水传输项目建成之后，会有更多的类似项目投入建设中来。