江苏省某达标尾水排海工程设计与关键技术施工研究

程志刚，郭 磊*，周 月，王其仓

（江苏方洋水务有限公司，江苏 连云港）

我国沿海城市随着经济的快速发展，水污染及环境保护问题日渐突出，处理后的达标尾水如何排放就成为急需解决的问题[1-5]。许多沿海城市在污（废）水满足排放标准规定的水质要求前提下，选择将达标尾水排放到深海，从而很好地解决水污染问题、更好地保护陆域水环境，符合建设节约型和环境友好型社会的宗旨[6-7]。

为了保护陆域水环境和更好地利用海洋的环境功能，达标尾水选择了深海排放，该排海工程关键技术主要涉及陆域调压泵站、陆域顶管、顶管工作井、管线路由比选、顶管接收井、海域管道敷设等内容，其工程实践经验可供类似工程借鉴。

1 工程概况

该达标尾水排海工程位于江苏省东部，分陆域段和海域段，上游的废水经废水处理厂达标后进入人工湿地进一步净化处理，然后进入调蓄池通过调压泵站进行深海排放。达标尾水排海工程主要建设内容包括调压泵站，陆域的排放管道长3.8 km，海域排放管道长2.2 km，包括穿越复堆河和海滨大道管线长720 m顶管（入海点至海上接收井），敷管船敷管长21 259 km 和扩散管300 m，如图1 所示。

2 管线路由比选

根据《达标尾水排海工程排污口优化比选及环境容量研究报告》中分析结果，在原路由走向的基础上，延伸三个不同长度，形成三个预选路由比选方案，如图1 所示。自港区南部海堤入海后，先平行东防波堤外侧铺设8.608 km。后续具体走向和长度分别如下。

方案一：在东防波堤北端折转向东北12.371 km，总长20.979 km，排污口水深14.6 m。

方案二：在东防波堤北端折转向东北13.371 km，总长21.979 km，排污口水深15.4 m。

方案三：在东防波堤北端折转向东北14.371 km，总长22.979 km，排污口水深16.1 m。

方案二工程地质条件较好、水文气象条件一致，不改变海域自然属性，符合所处海洋功能区划的管理要求，且工程造价相对较低。因此最终确定方案二为路由线路。

3 陆域段设计与施工

陆域工程主要包括调压泵站和陆域排放管道，污水处理厂尾水经人工湿地净化处理后进入调压泵站，由调压泵站进入陆域排放管道，再连接至顶管工作井。调压泵站主要建筑物为泵房及配电间和管理用房。陆域排放管道主要包括循环冷却水管道、进水总管及出水总管。循环冷却水管道管径为DN1000、长约1.0 km；进水总管管径为DN1400、长约1.0 km，位于道路西侧绿化带内；从排海泵站至入海点的管道管径为DN1400、全长约1.8 km，拟沿河西岸敷设，自南向北接入顶管工作井，接排海压力管，离开河道蓝线10 m。

3.1 陆域管道

达标尾水排海工程陆域管道起点至顶管工作井总长约3.4 km，主要包含进水管路及出水管路，泵站进水管道管径为DN1000，管长约1.8 km，管顶覆土不小于1.1 m，起点自污水处理厂用地红线外1 m，接污水厂含盐废水排水管，沿道路敷设至调蓄池进口外1 m，接调蓄池进水管；再敷设2 根DN1000，单根长40 m 的泵站进水总管，自调蓄池出口外1 m，接调蓄池出水管，至排海泵站集水井。泵站出水压力管管径为DN1400，管长约1.6 km，管顶覆土不小于1.5 m，自排海泵站沿河西岸敷设至排海顶管工作井。

由于本工程地质为软土地基，管道易产生不均匀沉降，根据各种管材的应用状况反馈分析，在国内有较多钢管应用于软土地基的案例，且钢管还具有安装尺寸灵活、可设计性较强的特点，故本工程陆域管道均采用钢管。

3.2 顶管工作井施工

根据工艺布置，顶管工作井净尺寸8×12 m，底板埋深14.3 m（详见图2），考虑到工作井处于空旷的地方，可以采用沉井的方案开展施工，同时按照沉井的方案来施工，施工速度快，施工质量更容易达到，与明挖方案相比，不仅钢筋混凝土用量很小，同时可以节省大量支撑，降低施工成本，综上采用沉井法施工。

图2 顶管工作井剖面

工作井分两次制作，壁厚0.8 m。工作井结构要满足施工阶段，正常运行阶段及检修阶段不同负荷情况下的结构受力要求，基于以上情况，该工作井采用常规的做法即现浇钢筋混凝土沉井结构，起沉高程1.80 m，分二次下沉。第一次下沉高度根据设计是7 m，至高程-5.2 m，采用不排水的方式进行下沉；第二次的下沉高度根据设计是从-5.2 m 到-11.3 m，采用不排水的方式进行下沉，水下封底施工。为了增加该顶管工作井的允许顶力，对工作井后背土体采用高压旋喷桩的方式进行加固措施，保证施工质量。

3.3 顶管施工

顶管工程主管道为管径DN1800，内衬DN1400排放管。顶管工程地质情况复杂，陆域管线部分下穿桥和海滨大道，下穿施工较深，地质复杂多变，施工难度较大，顶管施工过程控制难度较大。采取的主要措施如下：做好施工过程中测量复核工作，确保施工人员做到“按时测量、按时纠偏”，避免造成纠偏致使大角度。在顶进过程中不同于粗暴单纯的管道顶进，而是根据原定计划按时保量地加入符合技术标准的可以用于润滑的支承介质，从而达到填充管道外围的环形空隙。在施工工程中快结束时，及时根据原定计划按时保量用水泥或者粉煤灰等材料用于完成置换润滑泥浆。确保能够严格地控制管道接口能密封住并保障密封的质量，从而防止管道渗漏。

顶管工程单次顶进距离较长，单次顶进1 120 m，属长距离顶管施工，长距离顶进施工纠偏、顶力控制、中继间设置、钢管管材承受顶力等各方面要求较高。如何确保单次顶进按规贯通，此项为难点。采取的主要措施如下：根据地质水文条件，做好顶管机选型、刀具配置；强确保管道线性和坡度；设置试验段根据实际地层优化减阻注浆配比，确保减阻效果；合理布设中继间，确保管材受力合理，不发生变形。

4 海域工程设计与施工

海域工程范围以陆上顶管工作井为界，施工过程中顶管根据计划穿越海堤后，管道先平行防波堤铺设，后沿着防波堤折转，最后确保铺向排放口，全长约2.7 km。

4.1 海域管道施工

本工程海上埋管的管材为钢管，海域段排放管全长约2.7 km，海域铺管工程主要包括六个方面，分别为顶管接收井、海域管道的敷设及海域管道的试压、海域管道的挖沟、海上海砂及海中碎石的回填及保护、海上扩散段的扩散器安装及保护和海域管道施工后期的附属设施及配套施工。

其中管道铺设比较关键，管道敷设时铺管船连续作业，所有施工人员均两班倒休，根据设计的做法即对海域管线末端开展推球式注入海水，从而保持铺管作业中有足够的内防涂层干燥空间。施工单位需要在管线的端部安装一个类似可用于发球的球类发射装置。同时根据原定方案通过法兰将上述的管线端部的发球装置连接在海上管道的端部。推动泡沫球注入海管内。根据流量计算，当管线内液柱长度达到200 m左右时，关闭前截止阀，向b 腔内注水，推动后端聚氨酯泡沫球注入海管内。随着海上管线的铺设，海上管线每根据施工方案铺设往前推进12 m，则继续向海管内按方案注入海水约18.1 m3。

4.2 顶管接收井

本工程采用顶管接收井实现顶管与开槽埋管的连接，接收井设计如图3 和图4 所示。顶管接收井内管道连接施工流程为顶管施工（管道施工完成包括顶管内钢管施工）、海上沉管施工至接收井外→水上接收井施工→顶管穿越接收井进入接收井内→接收井内土方开挖→吊运机头、管道水下连接→接收井拆除→与接收井外管道连接。

图3 接收井设计平面

顶管接收井位于海内，围堰防渗漏难度大，采用双层钢板桩围堰+中间钢板桩加固和回填土施工。顶管工程施工期间海水正常状态，存在海水渗漏和倒灌等情况发生，因此钢板桩围堰防渗漏是工程的重点。采取的主要措施如下：围堰内及围堰间高压旋喷桩采用试桩工艺，合理调整水泥浆液配合比、旋喷桩转速、提升速度和压力，确保成桩效果，做好止水；严控进场钢板桩质量，钢板桩打设前逐根检查钢板桩锁扣质量，严禁采用变形严重、锁扣质量不佳的钢板桩；严控中间验收制度，确保钢板桩施工过程中的垂直度，以保证钢板桩下部锁扣紧密。

5 结论与展望

该达标尾水排海工程已于2020 年完工投产，目前运行良好。该工程的顺利实施，可以得到以下结论。

（1） 利用海洋水体的稀释扩散作用，将处理达标后的污水通过压力管道向深海排放是合理、可行的。

（2） 排海管道设计应选择合适的管材及接口，钢管能适应各种地质条件、具有安装尺寸灵活、可设计性较强的特点，选用钢管应用排海工程具有可行性。