技术交流 | 探寻深层调蓄隧道 ——泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）

 

 前言 

近年来不断爆发的城市内涝和黑臭河道等现象，使城市排水问题进入了社会和公众的视线，如何有效控制溢流污染、增强排水能力已成为当前排水工程领域内的热点议题。随着城市污水处理厂的深化普及与升级改造，以及对工业废水的严格控制，面源污染已日益成为制约城市水环境改善的主要因素。城市面源污染主要为初期雨水污染，是指城市降雨径流淋洗与冲刷大气和汇水面各种污染物引起受纳水体的污染。降雨排放污水中不仅含有大量污染严重的地表径流，还包括雨水冲刷起的管道沉积物，并且为短时间内集中式排放，对受纳水体的冲击负荷更加严重。当城市点源污染治理取得了一定的成效后，城市面源污染对水体污染的危害更加突出，已经成为城市发展亟待解决的问题。

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什么是深层隧道

为了治理合流制系统的溢流污染，保护和改善江河的水环境和水生态，多种雨水解决方案不断被提出，包括以低影响开发（LID）、可持续的城市排水系统（SUDS）和绿色基础设施等为代表的生态化的源头控制措施，以及大型调蓄池、深层调蓄隧道等调蓄设施。深层调蓄隧道系统作为大型的城市雨水调蓄系统，可以实现系统提标、内涝防治和面源污染控制三大目标，是一种可有效解决合流制系统的溢流污染问题的工程措施。欧美发达国家在城市溢流污染控制与排水防涝特别是大型地下调蓄隧道项目的设计和建设方面已经拥有了较多的实际工程，在工程技术、施工技术和设施运维方面具备丰富的经验。下面以泰晤士河隧道为例，对深层调蓄隧道系统做一个系统介绍。

城市深隧排水系统主要由主隧道、跌水竖井、浅层入流管道系统、提升泵房和末端处理厂组成。其中，主隧道用于对合流污水、初雨和暴雨的调蓄、输送；竖井作为合流污水或暴雨径流通过浅层管网管进入深隧的进水点；浅层入流管道系统用于收集各合流总管内的雨污混合水汇至主隧道；提升泵房主要用于转输、放空或排洪；末端处理厂主要用于处理深层隧道收集的雨污混合水，使其达标后排放。这五大部分相互配合，各司其职，使深隧系统发挥作用。

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泰晤士潮路隧道介绍

1、项目背景

泰晤士河被称为英国的“母亲河”，全长约346公里，年平均流量60立方米每秒，流经包括伦敦在内的10多个城市，流域面积达1.3万平方公里。从中世纪到维多利亚时代，伦敦数百年的发展历程，泰晤士河的感潮河网水系首先转换为公共开放式下水道，然后逐渐加盖成为直接排入泰晤士河的下水道。 1859年至1865年期间，伦敦大部分污水管网设施得到了更新和修复。然而，近150年间，随着伦敦人口倍增和城市建设导致混凝土硬化地面增加，大量雨水径流进入合流制排水管网系统。因此，在某些情况下，即使是少量的降雨也会导致伦敦过时的维多利亚时期排污系统故障超出负荷，并将未经处理的混有雨水的污水直接排放到泰晤士河。此类溢流污染事件平均每年发生50-60起，总共排放的溢流污水约3900万吨。在2013-14年，特殊的天气条件和洪水导致总共释放5500万吨。同时，释放的污水会随着潮汐泰晤士河的潮起潮落，并可能需要3天的时间才能从潮口流入河口。

2、工程概况

为了缓解和解决上述问题，提出了三个系列的改进措施。改进的前两个阶段是升级5个污水处理厂和建造6.9公里的Lee隧道（Lee Tunnel），这部分工程已于2016年1月28日正式投入运行，预计这些措施每年将减排40％（相当于每年减少1600万吨）溢流污水排放，溢流量可减少至每年约2300万吨。Lee 隧道耗时六年，埋深75-80米，总长6.9千米，直径7.2米，位于泰晤士潮路隧道的下游，连接泰晤士潮路隧道至末端的污水处理厂Beckton Sewage Treatment Works。第三阶段是由泰晤士战略研究（Thames Tideway Strategic Study）和泰晤士水务（Thames Water）提出的泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）项目，作为解决大部分剩余问题的有效解决方案，整个调蓄隧道长25公里。2014年9月12日，项目计划书获英国政府正式批准。

                                               

Thames Tideway Tunnel和Lee Tunnel走向示意图

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）大部分位于泰晤士河的感潮河网区域，并穿过伦敦市中心，这些隧道将收集、储存和输送几乎所有未经处理的污水和雨水，防止其溢流至泰晤士河。

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）总体布局

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）项目共分为西部、中部和东部三个合同包，2015年2月，三个合同分别授予不同的承包商。西部的范围从Ealing至Hammersmith，投资4.16亿英镑，由BAM Nuttall、Morgan Sindall和Balfour Beatty成立的合资企业建设，中部范围从Hammersmith 至Tower Bridge，投资7.46亿英镑，由Ferrovial Agroman和Laing O'Rourke成立的合资企业建设，东部从Tower Bridge至Stratford and Greenwich，投资6.05亿英镑，由Costain、Vinci Construction Grands Projets和Bachy Soletanche成立的合资企业建设。

2015年8月，新成立的Bazalgette隧道有限公司（Bazalgette Tunnel Limited，BTL）从Ofwat获得了监管公用事业业务的许可证，与泰晤士水务分开，负责泰晤士潮路隧道项目的出资、建设、维护和运营。BTL是由Allianz、Amber Infrastructure、Dalmore Capital和DIF组成的投资财团，BTL被公众称为“Tideway”，项目建设投资约42亿英镑。2015年11月3日，BTL收到了Ofwat的运营许可证，确保项目开始。

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）项目于2016年开工建设，计划2023年竣工，2024年全面投入运行。建成后主隧道的内径将为7.2米，从伦敦西部阿克顿（Acton）的地下30米处直至伦敦东部阿比米尔斯地下70米，总长超过25km。它将通过隧道截流污染最严重的34个合流溢流口，并且计划在调试阶段，每个溢流口的每年溢流次数不超过4次。隧道收集的污水输送至贝克顿污水处理厂进行处理，处理后排放至泰晤士河。工程建成后泰晤士河的溢流次数将由目前每年60次减少到4次，大幅提高污水收集能力，有效减少合流制溢流带来的污染，有效地改善泰晤士河水体环境。

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）系统包括截流井（Interception chamber）、连接管（Connection culvert）、跌水竖井（Drop shaft）、连接隧道（Connection tunnel）和主隧（Main tunnel）。

3、建设情况

泰晤士潮路隧道系统沿线共有23处设施，其中17处具有截流和入流功能，设计流量基于1/15年一遇的120min设计降雨确定，设计流量考虑了1.5倍的高峰系数。主隧总长约25km，内径7.2m，设计坡度1/790，深度从西至东由地下30m递增至地下68m，期间穿过伦敦黏土、Lambeth Group、Thanets和沙质土等不同的地质条件。主隧采用管片和内衬混凝土两层设计。泰晤士潮路隧道项目主要设施的设计寿命120年，混凝土等建筑施工材料已经考虑了H2S等腐蚀性气体或水力条件的影响，并且严格控制裂缝，确保使用寿命。

在运行管理方面，根据泰晤士潮路隧道项目计算，管道内的沉积物可通过每年暴雨期间的水流得到冲刷，人工清淤的周期最长不超过10年，人工清淤通过起吊专用车辆至主隧内部进行清淤。在除臭方面，泰晤士潮路隧道采用活性炭吸附作为除臭工艺，处理风量根据自然排气量确定。

总结

泰晤士潮路隧道（Thames Tideway Tunnel）作为英国水务行业有史以来最大的基础设施项目，将彻底地对原有排水设施进行升级，提高泰晤士河流域水生态及水环境，可为伦敦提供未来100年内可依赖的排水系统。发达国家的先进技术理念和丰富的经验可为国内排水治理相关问题的解决提供全新的思路，可为同类工程提供借鉴与指导，也可为相关课题研究和工程设计提供技术支撑。

文字采编 / 水娴

编图排版 / 许云骅

校对审核 / 高原 胡龙