城市密集构筑物区黑臭暗涵清淤技术分析

陈 勇，王青峰，方建国，许传贝，陶小飞，李东升

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310000；2.华北水利水电大学，河南 郑州 450000）

随着城市化进程的不断加速，宁德城区人口日益密集；由于宁德水资源时空分布不均，城区水环境承载力有限，加上城市基础设施建设进度相对滞后，宁德城区水环境问题日益突出，部分暗涵长期处于黑暗、密闭的状态下，污水排入暗涵后容易厌氧发臭，形成黑臭水体[1]，城区内河河网黑臭问题日益凸显。为改善宁德城区宜居环境，提升城市形象，宁德市开展了区水环境综合治理项目。

目前，有大量专家学者开展了对城市河道清淤技术的相关研究[2-3]。陈阿萍等人[4]在常州市武进区湖塘河清淤工程中采用环保绞吸为主、人工清淤为辅的方式。侯天栋[5]认为通过清淤疏浚，能明显降低黑臭水体的内源磷负荷。孙彦泽[6]以“截污、清淤、通水、引水、赋氧、生态建设”为黑臭河道整治的总体思路。王双等人[7]以南方某高密度建成区暗涵黑臭水体治理为例，通过内源控制、暗涵截污等措施，实现了暗涵的水质提升并消除黑臭。基于上述学者对相关清淤技术的研究，本文将基于黑臭暗涵淤泥的分布特征，联合清淤设备的对比分析、清淤方法的比选等，综合提出黑臭暗涵的清淤技术。

1 工程概况

1.1 工程简介

本次项目工程位于宁德市蕉城区和东侨经济技术开发区，包含了3个流域片区，分别是金涵片区、金港片区和铁基湾片区（如图1所示）。主要包括坪塔溪、后岗溪、古溪和后山溪等暗涵段以及东湖塘北港段等尚未彻底清淤的河道，暗涵总长约6 400 m，最长约2 000 m，最短约300 m。城市暗渠距离长、埋深大、覆盖物复杂、内部空间有限、缺少检查井及通风设施，难以准确定位、空气不易流通、照明困难及大量排水与封堵，实施难度较大。

图1 流域基本情况

由于中心城区城市用地紧张与建设用地需求之间的矛盾日益突出，部分河涌由明改暗，其中金溪流域内有8条河涌，存在不同长度的暗渠，总长约6.44 km，流经市区商业、居住等密集区域。中心城区暗渠段概况详见表1。

表1 中心城区暗渠段概况表

1.2 周边建筑条件

暗渠均位于老城区组团，主要为截流式合流制排水体制，长短不一，多数渠段上覆盖市政道路或房屋建筑，检查井分布较小，暗渠长期积水较深，受下游顶托影响，水体流动缓慢，清淤中面临着需要分段封堵与大量排水的问题。如南大塘排洪渠位于万达华城与泰禾红郡的两处暗渠中（即坪塔溪、后岗溪与古溪暗渠），明显可见有大量积水存在。

1.3 暗涵段清淤总体思路

依据暗渠是否存在检查井、标示物及其分布条件，结合实际资料、现场地质与管线分布交错情况，进行综合分析，合理采用水下潜望镜与雷达相结合的方法进行勘察定位。对于检查井分布较密或有明确标示的暗渠，可采用水下潜望镜定位；对于检查井分布稀少或无检查井、标示的暗渠，采用探地雷达对暗渠进行全方位探测定位，探明地下信息，主要分为地震波法、探地雷达法、示踪法以及管道机器人探测。对于全段封闭的暗渠更适用于用探地雷达法确定其位置、尺寸及埋深。在多条管渠并行或交错情况下，可部分现场开挖及利用钎探来探明。

清淤作业时对于长距离、全封闭的暗渠，分段实施，合理开挖布设工作井，工作井同时避让交通干道。采用开敞式进行持续通风，利用风机加快通风速率，在作业过程中对气体浓度实时监测，分析空间内气体浓度变化情况，合理安排单次短时作业时间。

暗渠清淤作业宜选择非汛期，分段做好导流排水及应急排水措施。按照排水管道封堵技术要求，对于需要清淤的暗渠采用橡皮管塞或砖墙临时封堵，封堵遵循先上游后下游的封堵方式，必要时还需对沿线排水支管进行临时封堵，水泵将封堵范围内管道内部的积水临时排至下游管网内。清淤完成后，及时拆除封堵，保持水流通畅。

2 城市暗涵清淤方式简介

2.1 机器人清淤

水下爬行机器人能适应各种工作环境，可以在暗涵内部进行水下连续作业，操作非常方便（如图2所示）。相对于人工操作检测判断淤泥堆积情况来说，机器人的利用在精度和准确度上都有较大提高，利用摄像探头，可以直观地观测到箱涵内底部淤泥堆积情况，避免了人为凭经验判断可能出现的偏差。机器人在水下清淤疏浚过程中不引起环境的二次污染，无需大面积破路施工，带水作业，施工期不影响暗涵正常排水，具有安全性高、高效、节能等优点[8]。但清淤机器人受限于暗涵尺寸大小，淤泥较薄段采用机器人清淤综合投入较高。

图2 机器人清淤

2.2 装载机清淤

装载机清淤施工效率较高，每台装载机1 h的清淤量约为20 m2（如图3所示）。一般小型装载机仅适用于暗涵尺寸较大的位置，施工时要求暗涵内通风良好，小型机械及施工人员进入暗涵内施工，除此之外，还需采用临时围堰，保证干地施工条件。清淤作业过程中采用小型装载机推铲集中淤泥，再用挖掘机开挖和装车，淤泥装入运泥车运至指定底泥固化场集中处理。

图3 装载机清淤

2.3 移动式吸泥泵清淤

移动式吸泥泵可悬浮于底泥上，配合高压水枪施工，可在狭窄的空间内施工作业，操作方便，但施工效率相对较低，且输送距离有限（如图4所示）。主要用于城镇污水处理厂、企业污水处理厂、硬底河道、养鱼池、人工景观湖、喷泉池底和游泳池底等清理底泥。

图4 移动式吸泥泵清淤

2.4 水力冲洗清淤

水力冲洗是指采用高压射水清理暗涵的疏通方法（如图5所示），其效率高、疏通质量好，近20年来已经在我国许多城市逐步采用。主要使用高压喷射车，装备有大型水罐、机动卷管器等。操作时由汽车引擎驱动高压泵，将水加压后送入射水喷嘴。靠射水产生的反作用力，使射水喷头和胶管一起向相反方向，同时也清洗暗涵内壁。当喷头到达一定的距离时，机动绞车将软管卷回，此时射水喷头继续喷射水流。但水力清洗只能小范围冲洗底泥，且无法输送底泥，需结合人工将暗涵内残留的沉积物输送至下游检查井，然后由吸泥车将其吸走。

图5 水力冲洗清淤

2.5 人工清淤

在施工场地限制较多，施工机械无法到达的情况下，可采用人工清淤，此清淤方式可操作性强，施工方便、灵活，清淤不受场地限制，施工成本低，但作业效率相对较低，作业工期长，人工资源投入量大（如图6所示），人工清淤同时配合水力冲洗等机械可以显著提高作业效率，达到最佳作业效果。各种暗涵清淤方式优缺点对比见表2。

图6 人工清淤

表2 各种暗涵清淤方式优缺点对比表

3 各暗涵段清淤方式选择

3.1 坪塔溪清淤方式

坪塔溪河道主要为：上游鹤峰路至蕉城路段，中游蕉城路至宁川路段，下游宁川路至南大塘排洪渠段。三段均为暗涵。其中上游段底坡陡，基本无底泥淤积；中游段底坡趋于平缓，渠壁多为浆砌块石，渠底已硬化，底泥从中段开始向下游淤积；下游段为钢筋混凝土箱涵。本次清淤坪塔溪上游段作业空间有限，拟采用高压水枪进行冲洗，将河道底部少量淤积物冲向下游，在下游集中清理。中、下游拟以200 m为一段，自上游向下游分段逐级进行清淤作业，每隔100 m设置通气孔，采用干塘式清淤作业，每段作业时在上、下游填筑围堰，使用导流管导流，围堰内降水后开展清淤作业。中游段平均渠宽约3 m，机械开展作业空间有限，采用人工清淤，下游箱涵段宽度为6 m，采用装载机清淤。坪塔溪现状河底均已硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质底。

3.2 后岗溪清淤方式

后岗溪河道主要为：上游鹤峰路至蕉城路段，中游蕉城路至宁川路段，下游宁川路至南大塘排洪渠段。中、下游段为暗涵。本次清淤拟以200 m为一段，自上游向下游分段逐级进行清淤作业，每隔100 m设置通气孔，采用干塘式清淤作业，每段作业时在上、下游填筑围堰，使用导流管导流，围堰内降水后开展清淤作业。暗涵平均渠宽3 m，机械开展作业空间有限，采用人工清淤。后岗溪现状河底均已硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质底。

3.3 古溪溪清淤方式

古溪溪河道主要为：上游源头至蕉城路段，中游蕉城路至宁川路段，下游宁川路至南大塘排洪渠段。其中上游段底坡陡，基本无底泥淤积；中游段底坡趋于平缓，渠壁多为浆砌块石，渠底已硬化，底泥从中段开始向下游淤积；下游段为钢筋混凝土箱涵。中、下游拟以200 m为一段，自上游向下游分段逐级进行清淤作业，每隔100 m设置通气孔，采用干塘式清淤作业，每段作业时在上、下游填筑围堰，使用导流管导流，围堰内降水后开展清淤作业。采用机械清淤及人工清淤结合的方式进行清淤作业。古溪溪现状河底均已硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质底。

3.4 后山溪清淤方式

后山溪中、下游明渠、暗涵交错分布。本次清淤拟以200 m为一段，自上游向下游分段逐级进行清淤作业，每段作业时在上、下游填筑围堰，使用导流管导流，围堰内降水后开展清淤作业。采用机械清淤及人工清淤相结合的方式进行清淤作业。后山溪现状河底均已硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质底。

3.5 南大塘排洪渠清淤方式

南大塘排洪渠本次清淤段河道中心线全长3 000 m，分为明渠清淤和暗涵清淤。本次南大塘排洪渠清淤采用排干式清淤，每段作业时在上、下游填筑围堰，使用水泵导流，围堰内降水后开展清淤作业。渠底已采用混凝土硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质渠底。

3.6 南际溪下游段清淤方式

南际溪下游段（东湖排涝站至东湖塘北港），分为明渠及桥涵，现状河道两岸均为硬质挡墙，河底已采用混凝土硬化，故本次清淤设计标高以现状硬质渠底高程为准，清淤至硬质河底。本次设计采用人工清淤。

4 结论

暗渠清淤根据疏通方式，分为射水疏通、绞车疏通、水力疏通与人工疏通等方法。射水疏通采用高压射水清通，效率高、疏通质量好；人工疏通效果好，但存在安全隐患。水力疏通采用提高渠内上下游水位差，加大流速来疏通暗渠的方法，要求水力流速达到0.7 m/s左右，因现状暗渠受顶托影响及来水条件限制，难以达到较大流速的要求，因此本次暗渠清淤主要采用射水疏通、绞车疏通与人工疏通相组合的方式。对于坪塔溪、后岗溪，暗渠尺寸较大（H＞800 mm），选择“射水+绞车+人工”疏通方式，对于古溪、后山溪，暗渠尺寸较小（H＜800 mm），选择“射水+绞车”疏通方式。对暗河段合理开孔强制通风，气体检测合格后进入河道清淤。在交通要道位置选择夜间施工，对交通分流、导流，减少对市民出行的影响。清淤方法为干挖清淤、高压水力冲挖清淤和抽吸式清淤3种。