环境敏感区环保清淤施工技术研究——以襄阳护城河清淤工程为例

薛 强，胡胜华，彭秀达，刘长奇，罗金学，彭冠平，闵红平

(1.中建三局绿色产业投资有限公司，湖北 武汉 430056；2.中建三局水务环保设计研究院，湖北 武汉 430014)

1 引言

清淤根据其目的，主要分为工程清淤和环保清淤，前者主要是为了扩容、扩充断面等，其多用于航道疏通、水库扩容等[1]；后者则主要是为了消除内源污染，多用于景观水体、河道、湖泊等的水环境治理[2]。

在环境敏感区水环境提升工程中，环保清淤是有效方法之一，也是前置工程之一。但由于环境敏感区在地理位置、功能属性、环境要求等方面的特殊性，环保清淤在其实施过程中，往往难度较大[3]。

本文针对环境敏感区的特殊情况，结合实际案例——襄阳市护城河清淤工程，研究了环境敏感区环保清淤施工技术，以期为类似项目提供借鉴和参考。

2 工程简介

襄阳市护城河清淤工程为襄阳市重点民生工程之一，为典型的环境敏感区河道内源治理项目。

襄阳市护城河位于襄阳市襄城区，其历史悠久，为襄阳重要风景区。襄阳市护城河长4700 m，平均宽度130 m，为亚洲最宽护城河，总水域面积达到61.1×104m2(图1)。

图1 护城河周边情况

本工程清淤范围为襄阳公园至南门桥(桩号0+000～2+266，即图2中B1和B2区域，B1和B2之间有桥梁)、民主路桥至夫人城(3+360～4+700，即图2中A1、A2和A3区域，A1和A2之间、A2和A3之间均有桥梁)，合计长度3606 m，淤泥厚度0.33～0.95 m，清淤面积547864 m2，总清淤量为35.48×104m3。本工程总工期120日历天，采取EPC模式实施。

图2 护城河清淤范围

3 工程实施难点分析

襄阳市护城河清淤工程由于涉及环境敏感区，且需在120 d内完成35.48×104m3的清淤、淤泥处理和消纳，其实施难度较大，经分析，其实施难点归结如下。

3.1 如何将清淤对周边的影响降至最低

襄阳市护城河内岸紧邻古城墙，对岸紧邻住宅、商铺等，北部则紧邻汉江，且周边休闲民众及游客众多，具有风景区和建成区双重属性，属典型环境敏感区域，因此，如何在大规模清淤施工时对周边的影响降至最低，为本工程难点之一。

3.2 工期紧，任务重，如何确保按时履约

本工程工期仅为120日历天，而需完成的工程内容众多，涵盖本工程的环评、勘察设计、淤泥处置中心的土建安装、35.48×104m2淤泥的清淤、淤泥的处理、淤泥的消纳、竣工验收等等，考虑到前期手续办理及临建约需45 d，实际施工时间仅约70 d，经计算，日清淤量和淤泥日处理量均高达5068水下自然方，加之护城河属环境敏感区域且周边施工用地缺乏，均不利于大规模施工的展开，因此，本工程的按时履约，为难点之二。

3.3 如何防治施工中的二次污染

本工程中，易造成二次污染之处主要有三：其一，在清淤过程中，由于大型机械作业，极易引起水体扰动，进而造成淤泥扩散；其二，护城河淤泥含水率高达70%，倘若处理不当，易二次泥化，造成二次污染；其三，淤泥处理过程中，会产生大量高SS尾水[4]。

3.4 淤泥的消纳

本工程淤泥疏挖量高达35.48×104m3，淤泥常规的消纳方式一般为填埋，然而由于护城河周边的填埋场容量均有限，无法受纳如此巨量的淤泥，因此，其最终的合理消纳为本项目的难点之一。

4 环保清淤施工技术研究

4.1 低影响清淤施工技术

为将施工对周边的影响降至最低，本工程主要采取以下措施。

4.1.1 带水清淤作业

为保障护城河正常景观功能及周边居民游客正常游玩休闲，本工程采取环保绞吸的带水清淤作业方式，相对于传统干挖清淤，带水环保绞吸清淤无排水后淤泥裸露及恶臭现象，也无施工机械频繁出入造成的扬尘、噪音及交通管制等影响，同时，不会受天气因素的制约(图3)。

图3 环保绞吸船清淤

本工程分别在A区配置1台流量800 m3/h的环保绞吸船，在B区配置一台流量1500 m3/h和一台流量2000 m3/h的环保绞吸船，并严格践行6:00～22:00的作业时间规定，其实际稳定的日产能可达6000水下方淤泥，考虑到清淤船转移、停工检修及其它突发情况，考虑10 d的自由时间，即可在70 d内完成所有清淤作业。

4.1.2 淤泥异位处置

考虑到护城河延线无淤泥处置用地也无实施条件，本工程采取密闭管线将淤泥输送至图2所示红色区域(淤泥处置中心)(图4)进行集中处理及外运。该区域占地约16000 m2，离护城河直线距离约500 m，为拆迁空地，且四周均为待拆迁区。

图4 淤泥处置中心

另外，在铺设输泥管线时，采取沉管加浮管的形式，且浮管尽量靠近岸边，最大限度减少管线对于河面游船的干扰；输泥管道在穿越人行道路时，则架设斜坡架(图5)并张贴警示标语图，保证正常交通，完工后修复。

图5 斜坡架

4.1.3 强化构筑物保护

在构筑物附近进行绞吸施工时，护城河两岸已护砌部分下边缘、两侧栈道及其他构筑物均预留2 m安全距离(根据实际情况确定下边缘)，然后以1∶3的边坡与河底清淤控制高程衔接，并采取掏挖成坡法；同时，采取管理人员旁站监督，并密切巡检以确保构筑物的安全稳定，同时，安排专人利用全站仪进行观测和分析，以了解构筑物变形情况，并及时预警；实际施工时，对于按图施工存在极大破坏构筑物稳定的风险区域，及时提请监理和设计单位到场予以解决。

4.2 淤泥高效处理处置施工技术

本工程通过建设淤泥处置中心(图4)来实现淤泥的高效处理处置，所采取的工艺为国家级工法——河湖淤泥脱水固结一体化处理工艺(图6)，该工艺能实现淤泥处理的工厂化作业，能将含水率90%以上的淤泥浆处理为含水率40%以下的泥饼，并可根据需要完成对重金属、微生物、细菌等有害物质的消毒、钝化或固结，是一套可与常用清淤船(尤其是环保绞吸式船)直接对接的淤泥处理系统，特别适合于施工场地小、周边土地资源稀缺的城市景观水体的生态修复工程中对淤泥的处理[5]。

图6 河湖淤泥脱水固结一体化处理工艺

根据生产工艺，淤泥处置中心共设置四大系统。

4.2.1 预处理系统

预处理系统主要包含沉淀池和泥浆池两个单元(图7)。

图7 沉淀池(a)和泥浆池(b)

沉淀池设计为为钢混结构平流式沉淀池，尺寸为长×宽×高=23.6 m×7 m×2 m，其主要功能是消能除杂(泥团、石块、砖瓦等)。沉淀池末端设有回转式机械格栅两台，栅条间距10 mm，平面尺寸为6 m×3.6 m，主要对泥浆中的生活垃圾、蚌壳等进行拦截。

考虑到泥浆池区域地面以下2 m为回填杂土，2～5 m为淤泥质土，土质较差，且地下水位较高，为确保泥浆池库容和围堰结构安全，泥浆池采用拉森钢板桩加土围堰的方式。本工程泥浆储存池设计占地面积约为7230 m2，设计深度为4.5 m，设计总库容32535 m3，有效库容28920 m3。绞吸泥浆在泥浆池内初步沉淀后，浓度可达到约20%(原始浓度约5%)。

4.2.2 调理改性系统

调理改性系统主要由材料添加系统和均化池两个单元组成(图8)。

图8 材料添加系统(a)和均化池(b)

本工程设置材料添加系统一套，包括80 m3立式储料罐2台、卧式泥浆搅拌机2台(一用一备)、制药系统2套(一用一备)及材料仓库一座。泥浆池泥浆经泥浆池内的小型绞吸船绞吸后输送至卧式搅拌机内，同时，制药系统将制备好的调理药剂溶液同步泵入泥浆搅拌机中，两者混合均匀后自流进入均化池，在均化池内进行充分反应，完成调理过程。本工程均化池设计为钢混结构，尺寸为长×宽×高= 35 m×16 m×2.5 m。

本工程所用调理药剂主要包含SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三种(图9)，A剂主要可使淤泥浆中胶体克服粒子间的斥力，促使颗粒絮凝成团而沉淀，实现去稳定化的效果，进而改善淤泥的沉降脱水性能；B剂主要可破坏淤泥絮体的结构，使更多毛细结合水和表面黏附水转换为自由水；C剂主要可增强絮体骨架，形成更多出水通道[6]。

图9 调理药剂SWHB-A(a)、SWHB-B(b)和SWHB-C(c)

4.2.3 机械脱水系统

本工程主要配置8台800平隔膜式板框压滤机进行淤泥脱水作业，8台压滤机分两列并排布置在脱水厂房内，整个厂房尺寸为长×宽×高= 79.6 m×15.2 m×9.6 m(图10)。

图10 隔膜式板框压滤机

调理后泥浆由8台90kW进料泵分别泵送至各个压滤机，进料压力约0.8MPa，然后经过压榨、泄压、反吹、卸料等系列工序，最终形成含水率40%以下的硬塑状泥饼(泥饼质量见表1)，压滤余水则经管道自流进入泥浆池内。

表1 泥饼质量检测结果

本工程每个压滤循环稳定时长约70 min，脱水车间可实现24h连续运行，8台800型板框压滤机的满负荷产能可达可达7000 m3水下方淤泥每天，最终可生产出泥饼约2200 m3，即该淤泥处置中心完全可匹配水上清淤作业的进度，可在70 d内完成35.48×104m3淤泥的处理。

4.2.4 尾水处理系统

尾水处理系统详见4.3小节。

4.3 环保清淤二次污染防治技术

针对本工程潜在的二次污染风险点，本工程主要采取以下措施予以防治。

4.3.1 清淤时淤泥扩散防治

首先，本工程三条清淤船配备的均为环保绞吸刀头(图11)，该刀头外面有一坚固的钢质防护罩，在绞吸作业时，绞刀在罩内旋转切割底泥，仅引起罩内泥水的扰动，且罩内泥水可及时被泥泵吸走，从而减少了淤泥的扩散。

图11 环保绞吸刀头

另外，进行绞吸作业时，对表层浮泥“只吸不搅”，下层底泥则“搅吸并用”，最大限度的减小绞吸过程造成的二次污染及逃淤损失。

4.3.2 淤泥二次泥化防治

本工程在淤泥处理时，采取SWHB-A、SWHB-B和SWHB-C三种调理药剂联用对其进行调理改性，淤泥性质已发生根本性改变，另外，改性后淤泥经板框压滤后，其含水率已低至40%以下，呈硬塑状泥饼，具有较好的水稳定性和强度，余水不会二次泥化，可保障淤泥在填埋或者综合利用时的安全性。

4.3.3 尾水净化处理

本工程尾水主要是泥浆池末端的表层溢流水，结合本工程的出水要求，在泥浆池末端设置尾水处理区，共配置2台10000 m3/d的超磁分离一体化设备，占地面积约1500 m3。本工程采用提升泵将尾水打入超磁分离系统内，通过投加PAC、PAM药剂等经过混合搅拌，形成微磁絮团，自流进入超磁分离机，经过超磁机打捞后，SS去除率达90%～95%，藻类去除率≥95%，TP去除率80%～90%，COD去除率40%～60%，达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中规定的一级排放标准，尾水最终则进入市政污水管网，尾水处理后质量见表2。

表2 尾水质量检测结果

4.4 淤泥的综合利用技术

4.4.1 就近利用

由于护城河周边渣土场容量均有限，而本工程泥饼量高达15×104m3左右(水下方淤泥方量∶泥饼方量≈3∶1)，泥饼的出路为制约本工程实施的一大难题。经前期摸排，发现护城河距离鱼梁洲较近，而且交通便利，且鱼梁洲正在建设的中央公园需要大量的土地改良用土，而据表1中的泥饼分析结果可知，护城河淤泥无毒无害，且其含水率和有机质等指标均可达到土地改良用标准，因此处理后的泥饼具备作为土地改良用的基本条件，经多方协调，本工程最终将部分脱水后的泥饼运至鱼梁洲作为土地改良用土使用。

4.4.2 资源化利用

淤泥难消纳可以说是环保清淤工程的共性问题，尤其对于环境敏感区，周边弃渣场少，且容量有限，随着土地资源日趋紧张，弃渣场数量将被逐步压缩，使得淤泥难消纳的问题将被逐步放大。要解决这一共性问题，开发淤泥的多途径综合利用技术为其唯一解。

为探索淤泥多途径综合利用方式，也为推动淤泥综合利用处置技术的规范化和标准化，本工程进行了淤泥资源化中试试验。本中试利用前期小试试验成果，以护城河清淤泥浆脱水泥饼为原料，通过对泥饼的改性，分别生产出了合格的园林种植土和工程土。中试设计生产规模为100 t/d，中试工期3个月，主要配置1台1 m3混凝土搅拌机和一套配料皮带秤等设备。

本中试试验中，淤泥制工程土主要是通过掺加无机细骨料和少量胶凝材料，经分散、搅拌、养护等工序后，可生产出符合设计要求的工程土。脱水泥饼掺加量可达85%～95%，制备的工程土无二次污染，可用于道路路基、堤防、洼地、建筑工程基坑回填，出路广，具备良好经济价值[7]。

本中试利用泥饼生产的工程土进行了路基填筑试验，经测试，路基压实度可达94%(图12)。

图12 淤泥制备的工程土(a)、路基填筑试验(b)及压实度检测(c)

淤泥制备园林用土主要是利用淤泥中存在的氮、磷和有机质等营养元素，通过加入秸秆、微生物菌剂等，并经搅拌、养护等工序，可制得性能优良的园林用土，其相关技术指标完全达到标准《城镇污水处理厂污泥处置-园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009)中的相关要求。

本中试利用泥饼生产的园林用土进行了种植验证试验，经过历时半年的观察，发现所种植物均长势良好，说明本工艺制备的园林用土是可行的(图13)。

图13 淤泥制备的园林绿化土(a)及其用于种植栀子花(b)和月季(c)

5 结论

本工程属典型的环境敏感区环保清淤工程，在施工作业过程中，受制于作业环境、工期等因素，工程实施难度大，主要体现在施工影响的控制、按期履约、二次污染的防治以及淤泥的消纳4个方面。针对这四大难题，本工程一是通过针对性措施，将工程施工影响降至最低限度；二是通过日均6000 m3水下方的绞吸清淤加工厂化模式的淤泥处置，于70 d内完成了主体工程施工，实现按期履约；三是通过环保绞吸头的运用、超磁分离一体化设备的运用及专业化淤泥调理药剂的运用，分别防治了淤泥扩散、尾水污染及淤泥二次泥化这三大潜在的二次污染风险；四是通过泥饼外运作土壤改良土和外运填埋并用，成功解决本工程淤泥消纳难题，同时也通过淤泥资源化中试试验，开发出了泥饼生产工程土和园林绿化土两大工艺产品，为淤泥的多途径综合利用打下坚实基础。

本工程的实施经验，可为其他类似环境敏感区环保清淤工程的设计、施工提供参考和借鉴。