武汉东湖通道湖底淤泥处理工程设计 曾祥英，李尔，张杞蓉，何培弘，伍军 (武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430015)

武汉东湖通道湖底淤泥处理工程设计

曾祥英，李尔，张杞蓉，何培弘，伍军

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉430015)

摘要：武汉东湖通道湖底淤泥工程主要处理东湖通道围堰区域内的东湖湖底表层淤泥。工程设计首先确定了本工程处理后的淤泥消纳单位和处理后的淤泥泥质及尾水标准，然后在综合分析各种淤泥处理方法的基础上，结合本项目的实际，确定对围堰1~3区和围堰4~5区的淤泥分别采用压滤脱水固结法和原位固结法进行处理，并介绍了这两种淤泥处理方法的工艺流程、主要构筑物及配套设备。实际处理效果表明其达到了设计要求且淤泥总量大幅减少。

 

1 工程概况

武汉东湖通道工程北起于红庙立交桥，南止于喻家山北路(见图1)，全长约10.63 km，其中下穿东湖湖底的隧道段长约6.88 km，是中国最长的城中湖下穿隧道。东湖通道湖底淤泥工程主要处理东湖通道围堰区域内的湖底表层淤泥,本项目下穿东湖湖底的隧道段采用围堰明挖法施工。考虑到围堰区内施工总体平面布置和基坑安全等因素，整个围堰区域分为5个区(见图2)，面积分别为：围堰1区3.3×10⁴ m²，围堰2区11.7×10⁴ m²，围堰3区15×10⁴ m²，围堰4区9.4×10⁴ m²，围堰5区15.6×10⁴ m²，总面积为55.0×10⁴ m²。施工将挖出大量表层淤泥，这部分淤泥不仅污染物含量较高（研究表明东湖底泥中约95%以上的污染物均集中在表层淤泥中）且体积较大，如直接弃置或堆放将对环境造成严重危害,故需对其进行专门处理。

图1 东湖通道平面示意

图2 施工围堰区布局示意

2 围堰区域内的淤泥现状

整个围堰区域内湖底表层淤泥泥质及相关标准见表1。可见，湖底表层淤泥含水率较高，重金属总体含量不高，肥分较低，力学性质较差。

表1 整个围堰区域内湖底表层淤泥泥质与相关标准比较

整个东湖通道围堰区域开挖深度为东湖湖底以下12~15 m，经过前期土质勘察，该部分湖底底泥土层分布从上至下依次是淤泥层（厚度为0.3~6 m）、粉质粘土层（厚度为0.6~9.2 m）及粘土层（厚度为0.5~8 m）。整个围堰区域内的湖底表层淤泥厚度分布不均，其中围堰1~3区表层淤泥厚度为0.4~6 m，平均为1.2 m；围堰4~5区表层淤泥厚度为0.3~1.7 m，平均为0.8 m。

3 处理后的淤泥消纳单位

根据国内外相关经验，考虑到整个围堰区域内的湖底表层淤泥泥质特点，结合本项目周边淤泥消纳单位的实际情况，在与这些单位协商沟通后，最终明确了本项目处理后的淤泥采用以下两种消纳方式。

① 武汉化工新城场平填方

武汉化工新城位于武汉市主城区东北部的青山区内，其核心区与本项目所在地的平均距离约17 km，化工新城以核心项目80×10⁴ t/a乙烯为主导产业园，配套下游产品加工园、新港物流园以及生产性服务中心区等园区，整个化工新城占地面积为71.64 km²，其中建设用地面积为30.5 km²。该区域整体地势较低且正处于大建设时期，需要大量的绿化带及绿化广场场平填方用土，经估算约需410×10⁴ m³填土。

② 武汉未来科技城场平填方

武汉未来科技城位于武汉主城区东南部的东湖国家自主创新示范区内，其核心区与本项目所在地的平均距离约19 km，未来科技城包括光电子信息产业园、生物医药产业园、能源环保产业园、现代装备制造产业园和高科技农业产业园等五大核心产业园，整个未来科技城占地面积为66.8 km²，其中建设用地面积为18.5 km²。目前各园区需大量的景观工程及人行道路场平填方用土，经估算约需220×10⁴ m³填土。

4 淤泥处理方案

4.1 设计出泥泥质和尾水水质

根据整个围堰区域内湖底表层淤泥泥质情况，按照环保的要求，结合各淤泥消纳单位及尾水接纳单位（尾水排入市政污水管网）对处理后的淤泥泥质和尾水水质的要求，确定了本项目设计出泥泥质和尾水水质标准。

具体出泥泥质和尾水水质标准见表2。

表2 设计出泥泥质和尾水水质标准

4.2 处理方法的确定

常用的淤泥处理方法主要有抛泥法、吹填法、自然晾晒法、化学固结法等，根据本项目进出泥泥质情况、处理规模、用地、东湖通道整体施工方式、工序和工期等因素，确定采用化学固结法。目前应用较多的化学固结法主要有：

① 原位固结法

该法采用干塘法施工，即先将围堰区内湖水排空，其后对湖底表层淤泥进行初次晾晒滤水，再向淤泥中投加固结剂，并通过搅拌混合、二次晾晒滤水、养护碾压密实等工序进行处理。该法所有工序均在围堰沟槽内进行，多用于厚度相对较浅的湖底表层淤泥处理。

② 土工管袋脱水法

该法采用不干塘法施工，即围堰区内不干塘带水作业，采用吸泥船将湖底表层淤泥和湖水一并抽吸，在此过程中将絮凝剂和稳定剂投入到吸泥管内并与其中的泥浆充分混合后由吸泥船上的泥浆泵输送至湖岸上的淤泥处理场的土工管袋（由高分子材料制成具有过滤结构的管状土工袋）内，在淤泥处理场内各土工管袋层层叠加堆放,通过重力静压对管袋内含有絮凝剂和稳定剂的泥浆进行挤压脱水。该法所有处理工序均在湖岸上的淤泥处理场内进行，多用于厚度相对较深的湖底表层淤泥处理。

③ 压滤脱水固结法

该法采用不干塘法施工，即围堰区内不干塘带水作业，采用吸泥船将湖底表层淤泥和湖水一并抽吸并泵送至位于湖岸上的淤泥处理场，依次经过沉淀池、格栅间、调节池后进入均化池，在均化池中投加固结剂，泥浆与固化剂在该池中经充分混合均匀后由泵送至板框压滤脱水机房进行泥水分离，形成泥饼。该法的所有处理工序均在湖岸上的淤泥处理场内进行，多用于厚度相对较深的湖底表层淤泥的处理。

上述几种化学固结法的具体综合比较如表3所示。

表3 不同化学固结法综合比较

根据前期方案论证，综合考虑湖底表层淤泥泥质及厚度、东湖通道整体施工工序及工期安排、环保要求、可用的处理场地、投资及运行费用等因素，确定对淤泥层厚度相对较深、淤泥处理量相对较大且主体结构施工工期要求相对较紧的围堰1～3区采用压滤脱水固结法处理，对淤泥层厚度相对较浅、淤泥处理量相对较小且主体结构施工工期要求相对较松的围堰4～5区采用原位固结法处理。

5 主要构筑物及配套设备

5.1 压滤脱水固结

① 工艺流程

压滤脱水固结法工艺流程如图3所示。

图3 压滤脱水固结法工艺流程

② 处理规模

压滤脱水固结法主要处理围堰1～3区的湖底表层淤泥，总淤泥处理量约36×10⁴ m³，工期为50 d，即日处理量约为7 200 m³，经核算，日排放尾水量约9 000 m³。

③ 处理场场址

压滤脱水固结处理场选址原则如下：a.尽可能离围堰区域较近，以减少吸泥船的泵送扬程,节省运行费用；b.有满足处理工艺要求的用地且满足环保防护距离的要求；c.对东湖景观的影响较小；d.便于处理后的淤泥运输出泥和尾水就近排入污水管网。根据上述原则，压滤脱水固结处理场选址于东湖岸边的华侨城苗圃预留空地。

④ 处理场平面布置图

压滤脱水固结处理场平面布置见图4，占地面积为17 100 m²。

图4 压滤脱水固结处理场平面布置

⑤ 主要构筑物及配套设备

a.淤泥输送系统

主要设备：绞吸式挖泥船（环保型）4艘。单艘主要参数：最大挖深为6.5 m，最大挖宽为35 m，每艘船装有1台泥浆泵（Q=225 m³/h，H=900 kPa，N=110 kW）。

b.淤泥处理系统

沉淀池1座，平面尺寸为22 m×7.8 m。

格栅间1座，平面尺寸为10 m×2.4 m；设回转式格栅除污机2台，栅条净距为20 mm。

调节池1座，平面尺寸为71.5 m×61.5 m；设泥浆泵4台（Q=225 m3/h，H=350 kPa，N=45 kW）。

固结剂投加系统：加药间1座，面积为93.3 m²；固结剂料仓6座，单座直径为2.8 m，高度为11.6 m；螺旋输料机6台（单台输送量Q=25 t/h），卸料器6台（单台出料量Q=25 t/h），空压机1台（Q=50 m³/h，P=0.8 MPa，N=30 kW），自动泡药机1台（容量为10 m³），隔膜计量泵2台（单台Q=27 m³/h，H=350 kPa，N=4.5 kW）。

均化池1座，平面尺寸为30.5 m×22 m；搅拌机3台（单台叶轮直径为400 mm，转速为85 r/min），泥浆泵6台（单台Q=150 m³/h，H=600 kPa，N=55 kW）。

板框脱水机房1座，平面尺寸为62 m×13 m；板框压滤机6台（单台滤板尺寸为2 m×2 m，滤板86块），空压机2台（单台Q=25 m³/h，P=0.8 MPa，N=22 kW）。

泥饼堆棚1座，平面尺寸为62 m×28 m，泥饼最大堆放高度为2 m；履带式铲车4辆（单辆斗容为1 m³，N=110 kW），履带式推土机2辆（单辆功率为142 kW）。

尾水反应沉淀池1座，平面尺寸为60.5 m×41 m；潜水排污泵2台（Q=600 m³/h，H=350 kPa，N=110 kW）；快速搅拌机2台（单台叶轮直径为980 mm，转速为65 r/min），慢速搅拌机4台（单台叶轮直径为2 500 mm，转速为21 r/min）。尾水处理达标后泵入距压滤脱水固结处理场约1 km的欢乐大道现状d1 000 mm的市政污水管道，并最终进入二郎庙污水处理厂（现状规模为24×10⁴ m³/d）处理。

5.2 原位固结

① 工艺流程

原位固结法工艺流程如图5所示。

图5 原位固结法工艺流程

② 处理规模

原位固结法主要处理围堰4～5区的湖底表层淤泥，总淤泥处理量约20×10⁴ m³，工期为70 d，即日处理量约为2 860 m³，经核算，日排放尾水量约1 710 m³。

③ 主要构筑物及配套设备

淤泥处理系统：固结剂料仓4座，单座直径为3.2 m，高度为12 m；螺旋输料机5台，单台Q=25 t/h；空压机5台，单台Q=70 m³/h，P=0.8 MPa，N=45 kW；履带式铲车10辆，单辆斗容为1 m³，N=110 kW；喷淋水泵15台，单台Q=400 m³/h，H=400 kPa，N=90 kW。

尾水反应沉淀池1座，平面尺寸为40 m×25 m；设潜水排污泵2台（单台Q=120 m3/h，H=250 kPa，N=22 kW）；快速搅拌机1台（叶轮直径为980 mm，转速为65 r/min），慢速搅拌机2台（叶轮直径为2 500 mm，转速为21 r/min）。尾水处理达标后泵入距围堰5区约300 m的东湖东路现状d600 mm的市政污水管道，并最终进入龙王嘴污水处理厂（现状规模为30×10⁴ m³/d）处理。

6 实际处理效果

本淤泥处理工程已完成，实际处理后的淤泥泥质及尾水水质情况如表4所示。

表4 实际处理后淤泥泥质和尾水水质指标

对比表4和表2可知，实际处理后的淤泥泥质及尾水水质指标均稳定达到设计要求，处理后的淤泥总量大幅减少。

本项目处理后的淤泥已分两部分分别运往淤泥消纳单位进行消纳，其中26×10⁴ m³淤泥运往武汉化工新城进行绿化带和绿化广场场平填方，另外13×10⁴ m³淤泥送至武汉未来科技城进行景观工程及人行道路场平填方。

7 结论

针对东湖通道各围堰区的湖底表层淤泥不同情况，分别采用压滤脱水固结法和原位固结法进行处理，实际处理后的淤泥泥质及尾水水质均满足设计要求,且对淤泥进行了减量，本工程可为其他类似工程提供参考。

（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第16期“设计经验”栏目）