摘 要：简述了污水厂尾水深海排放设计的主要设计思路，探讨了尾水管铺设与港区建设相结合的主要问题，研究了泥水平衡顶管工艺在排海管线建设中应用的可能。为沿海城市、工业区、港口的污水处理设计提供新思路。
关键词：尾水 深海排放 港口建设 泥水 平衡顶管
1.概况
本工程为广西某港区污水处理厂尾水排海管工程顶管工艺设计。排海管道设计流量124000m3/d，排海段管长为4333m，考虑到长距离顶管施工工艺要求，管材选用钢管DN2000（壁厚14mm），工程设计使用年限可达到50年。污水经管网收集后集中进入污水处理厂处理，污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准后通过深海排放口排入海域排污区。
2.路由设计'
关键词：尾水 深海排放 港口建设 泥水 平衡顶管
1.概况
本工程为广西某港区污水处理厂尾水排海管工程顶管工艺设计。排海管道设计流量124000m3/d，排海段管长为4333m，考虑到长距离顶管施工工艺要求，管材选用钢管DN2000（壁厚14mm），工程设计使用年限可达到50年。污水经管网收集后集中进入污水处理厂处理，污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准后通过深海排放口排入海域排污区。
2.路由设计'
2 . 1管线路由
排海自流管由深海排放井沿规划排水明渠南侧穿过内港港池及外港至B3排污口。尾水通过深海放流管和扩散管以浮射流形式排入海域。埋深较浅市政管道采用竖直槽开挖施工，深海段管线则采用泥水平衡顶管法施工。采用人工筑岛设置两个顶管工作沉井，由两个工作井向中间顶管，其中从第一个顶管工作井到港池前沿采用曲线顶管。再由第二个顶管工作井向B3排放点水平顶管，然后开挖安装扩散管段。
2 . 2管线深埋说明
由于管线在K1+336处穿越规划10万吨级码头港池岸线，这为本工程增加了很大的难度。该处管道管内底标高设计为-23.66m，此设计充分考虑了将来10万吨级港口建设和运营的要求。
按照2008年《海港总平面设计规范》（JIJ211-99）局部修订（设计船型尺度部分）10万吨级船型资料如表1。
海港10万吨级船型包括散货、油船、集装箱船及化学品船等，船型最大满载吃水14.9m，港池及回旋水域设计水深-18.36m。本次设计尾水排海管线基槽开挖至-24.66m，管线安装深度-23.66m，管线有块石及砂袋保护，完成面标高-19.66m，扩散器喷口标高-18.66m。管线埋深能满足10万吨级港口建设和运营的要求。
3.施工工艺论证
3 . 1陆域排放管施工工艺
第一段K0-K0+661，从深海排放井到第1个顶管工作井段，选用Φ2000钢管，管底标高H3.34～-3.27。这一段管线基础地质条件较差，连接深海排放井为避免造成较大的不均匀沉降，采用Φ400钢筋混凝土管桩管墩基础，K0+400处开挖深度约5m。管墩采用单根Φ400管桩，管墩间距8m，每隔32m设双桩管墩，双桩桩间距2m。
3 . 2海域排放管施工工艺
①第二段K0+661～K1+451，从第一个顶管工作井到港池前沿。此段采用顶管法施工，管底标高为H-16.60～-24.50m，此段为曲线顶管，坡度为0.01，管线长度为790m。
②第三段K1+451～K2+651，从港池前沿到第二个顶管工作井。此段采用顶管法施工，管底标高H为-24.50m，此段为直线水平顶管，管线长度为1200m。
③第四段K2+651～K4+333，从第二个顶管工作井到B3排放口。此段采用顶管法施工，管底标高H为-24.50m，扩散管段采用竖向顶管至泥面线下3-4m，采用开挖安装扩散头。
3 . 3泥水平衡顶管
根据本工程的地质资料显示，顶管管道通过的地层主要处于淤泥、粉质粘土、细砂层，根据以上地质情况本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。 滩涂段主顶油缸选用6台200t（2000KN）级油缸，千斤顶总推力1200t。过港池段主顶油缸选用10台200t（2000KN）级油缸，千斤顶总推力2000t。由于顶进距离远，顶进过程中根据顶力增加情况需要设置中继环，
3 . 4沉井施工工艺
本工程由于管道穿越段埋置较深，地下水位较高，且受潮汐影响大，顶管的工作井和接受井设计均采用沉井。
3.4.1筑岛方案
本方案需要在管线沿路修筑工作井和顶管施工场地。由于地处海边滩涂地，且受潮汐影响，施工场地需进行筑岛围堰施工。滩涂区域筑岛可就地去河滩的河砂，除沉井范围外其他地方需混合片石、山渣石等做为混合料进行填筑。海域内筑岛填筑量非常大，对筑岛要求很高，拟在规划施工场地外围打设一排钢板桩，然后再在钢板桩内侧堆放砂包，场地内中填料采取吹填砂。
3.4.2沉井的施工工艺流程
（1）地基处理：对制作沉井的地基，应核实计算其承载力，当地基承载力不够时，采用砂、沙砾层或夯实等措施进行加固，以防止沉井在制作过程中发生不均匀沉降，导致井身倾斜甚至井壁开裂。
（2）钢筋砼施工：沉井工程的钢筋混凝土施工顺序一般为：支设置内模→绑扎钢筋→支设外模。沉井分4～5节预制，每节混凝土分二次浇筑，浇筑时采用分层铺法，浇筑混凝土达到初凝后进行养护。
3.4.3沉井下沉及助沉措施
当第一节沉井100%达到设计强度、第二节沉井达到设计强度的70%以上时，才允许下沉。沉井下沉根据地下水位的情况选取下沉方式，第一节采用排水下沉挖土法，第二节则依据开挖后的地质及地下水情况，适时采用排水或不排水挖土下沉。
用气幕压力大小控制沉井下沉速度，当速度过大时，将气幕压力降低，使井壁与土壁加大摩擦，减缓下沉速度，当下沉速度过缓时，增加气幕压力，使井壁与土壁隔离，加快下沉速度。当下沉系数小时出现下沉困难，也可采用泥浆减阻。
4.结语
顶管工法不需要开挖地层，不受地面环境限制，节省工时，对环境破坏影响也较小。相较于传统大开挖拖管的水上管线施工工法更环保更有效率，能有效保护水域环境，具有一定的推广意义。但施工难度大，具体技术实施细节需要在日后的工程中逐步验证。
参考文献：
[1]GB 50014-2006.室外排水设计规范[S].[2]JIJ211-99.海港总平面设计规范[S].
[3]田中荃，杨喜明给排水设计手册.[M].北京：中国建筑工业出版社.
排海自流管由深海排放井沿规划排水明渠南侧穿过内港港池及外港至B3排污口。尾水通过深海放流管和扩散管以浮射流形式排入海域。埋深较浅市政管道采用竖直槽开挖施工，深海段管线则采用泥水平衡顶管法施工。采用人工筑岛设置两个顶管工作沉井，由两个工作井向中间顶管，其中从第一个顶管工作井到港池前沿采用曲线顶管。再由第二个顶管工作井向B3排放点水平顶管，然后开挖安装扩散管段。
2 . 2管线深埋说明
由于管线在K1+336处穿越规划10万吨级码头港池岸线，这为本工程增加了很大的难度。该处管道管内底标高设计为-23.66m，此设计充分考虑了将来10万吨级港口建设和运营的要求。
按照2008年《海港总平面设计规范》（JIJ211-99）局部修订（设计船型尺度部分）10万吨级船型资料如表1。
海港10万吨级船型包括散货、油船、集装箱船及化学品船等，船型最大满载吃水14.9m，港池及回旋水域设计水深-18.36m。本次设计尾水排海管线基槽开挖至-24.66m，管线安装深度-23.66m，管线有块石及砂袋保护，完成面标高-19.66m，扩散器喷口标高-18.66m。管线埋深能满足10万吨级港口建设和运营的要求。
3.施工工艺论证
3 . 1陆域排放管施工工艺
第一段K0-K0+661，从深海排放井到第1个顶管工作井段，选用Φ2000钢管，管底标高H3.34～-3.27。这一段管线基础地质条件较差，连接深海排放井为避免造成较大的不均匀沉降，采用Φ400钢筋混凝土管桩管墩基础，K0+400处开挖深度约5m。管墩采用单根Φ400管桩，管墩间距8m，每隔32m设双桩管墩，双桩桩间距2m。
3 . 2海域排放管施工工艺
①第二段K0+661～K1+451，从第一个顶管工作井到港池前沿。此段采用顶管法施工，管底标高为H-16.60～-24.50m，此段为曲线顶管，坡度为0.01，管线长度为790m。
②第三段K1+451～K2+651，从港池前沿到第二个顶管工作井。此段采用顶管法施工，管底标高H为-24.50m，此段为直线水平顶管，管线长度为1200m。
③第四段K2+651～K4+333，从第二个顶管工作井到B3排放口。此段采用顶管法施工，管底标高H为-24.50m，扩散管段采用竖向顶管至泥面线下3-4m，采用开挖安装扩散头。
3 . 3泥水平衡顶管
根据本工程的地质资料显示，顶管管道通过的地层主要处于淤泥、粉质粘土、细砂层，根据以上地质情况本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。 滩涂段主顶油缸选用6台200t（2000KN）级油缸，千斤顶总推力1200t。过港池段主顶油缸选用10台200t（2000KN）级油缸，千斤顶总推力2000t。由于顶进距离远，顶进过程中根据顶力增加情况需要设置中继环，
3 . 4沉井施工工艺
本工程由于管道穿越段埋置较深，地下水位较高，且受潮汐影响大，顶管的工作井和接受井设计均采用沉井。
3.4.1筑岛方案
本方案需要在管线沿路修筑工作井和顶管施工场地。由于地处海边滩涂地，且受潮汐影响，施工场地需进行筑岛围堰施工。滩涂区域筑岛可就地去河滩的河砂，除沉井范围外其他地方需混合片石、山渣石等做为混合料进行填筑。海域内筑岛填筑量非常大，对筑岛要求很高，拟在规划施工场地外围打设一排钢板桩，然后再在钢板桩内侧堆放砂包，场地内中填料采取吹填砂。
3.4.2沉井的施工工艺流程
（1）地基处理：对制作沉井的地基，应核实计算其承载力，当地基承载力不够时，采用砂、沙砾层或夯实等措施进行加固，以防止沉井在制作过程中发生不均匀沉降，导致井身倾斜甚至井壁开裂。
（2）钢筋砼施工：沉井工程的钢筋混凝土施工顺序一般为：支设置内模→绑扎钢筋→支设外模。沉井分4～5节预制，每节混凝土分二次浇筑，浇筑时采用分层铺法，浇筑混凝土达到初凝后进行养护。
3.4.3沉井下沉及助沉措施
当第一节沉井100%达到设计强度、第二节沉井达到设计强度的70%以上时，才允许下沉。沉井下沉根据地下水位的情况选取下沉方式，第一节采用排水下沉挖土法，第二节则依据开挖后的地质及地下水情况，适时采用排水或不排水挖土下沉。
用气幕压力大小控制沉井下沉速度，当速度过大时，将气幕压力降低，使井壁与土壁加大摩擦，减缓下沉速度，当下沉速度过缓时，增加气幕压力，使井壁与土壁隔离，加快下沉速度。当下沉系数小时出现下沉困难，也可采用泥浆减阻。
4.结语
顶管工法不需要开挖地层，不受地面环境限制，节省工时，对环境破坏影响也较小。相较于传统大开挖拖管的水上管线施工工法更环保更有效率，能有效保护水域环境，具有一定的推广意义。但施工难度大，具体技术实施细节需要在日后的工程中逐步验证。
参考文献：
[1]GB 50014-2006.室外排水设计规范[S].[2]JIJ211-99.海港总平面设计规范[S].
[3]田中荃，杨喜明给排水设计手册.[M].北京：中国建筑工业出版社.