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北运河河道清淤及淤泥处理技术

  摘要:北运河为北京重要的排洪通道,承担着城区80%的污水排放及90%的雨洪排泄任务。北运河河道淤积严重制约着河道的蓄水及排洪功能,且淤泥清运、消纳过程中会对环境产生二次污染。随着北京城市发展,北运河对于保持城市生态平衡、调节城区气候、塑造城市景观、营造宜人的滨水空间等方面的作用越来越明显。以前清淤方式不再适合现在的北运河情况,为保证北运河的河道运行标准、保持河道整洁及旁边的环境不受干扰,选择适宜的清淤方法显得很重要。

  本文研究了常见的河道开挖法、绞吸式挖泥船法、斗轮式挖泥船法、泥浆泵法,四种清淤方法的方案和技术要点,分析每种方案在北运河上清淤的适用性和可行性,得出北运河适合采用绞吸式挖泥船和泥浆泵法结合的方法。

  北运河水系发源于燕山北部军都山脉南麓昌平、延庆、海淀一带,沿途经香河、武清至天津入海河,全长142.7km,总流域面积6166km2。北京境内主河道长89.4km,流域面积4348km2,其中山区面积1000km2,平原面积3348km2。

  北运河现状河道局部淤积严重,河道底部整体被抬高,根据检验测试有的河底淤积1m高处可达2m,局部淤积已露出水面,已严重影响到了行洪,且引起水流形态改变,对岸边冲刷造成堤防出现险工险段。因此,北运河清淤工作变得尤为重要

  而北运河以往的清淤方式,多以开挖河道方法。北运河是北京市唯一一条常年有水的河道,且通州区新城规划中心在北运河,对于水环境以及保护旁边的环境要求比较高,所以不能再沿用以前断流式的粗犷式治理方法。

  随着科学技术的持续不断的发展,我国疏浚行业也发生了翻天覆地的变化,尤其是近十几年来,国外先进疏浚设备及国外疏浚理念的引入,使得国内疏浚设备得到了长足的发展。

  对于流量小、水深不大的小河流,通过施工围堰分期导流方式,将河道内河水基本排干,采用反铲或长臂反铲机械或人工在河床上直接挖掘,并用自卸汽车将清出的河道底泥运送到已选定的场址倾倒。这种清淤方法,可用于沙石类和泥土类底质的河床。

  河流大、水深、流量大的河流,一般会用水下清淤法。它是在保持河道中水位的情况下,可通过抓斗式挖泥船及长臂反铲开挖河道底泥,并通过泥泵或自卸汽车运输开挖料;也能够使用底泥疏动装置和吸泥泵的操作配合,泵吸河道底泥,清出的底泥以泥浆的形式用输泥管直接输送,装船外运,不在工地设转运场。

  开挖河道清淤法是北运河以前清淤工程常用的方法,实施方案:采用推土机进入河底进行河道清淤,将河底淤泥推到河边,由挖掘机装车将淤泥运送至存土区暂存。

  用开挖河道清淤法施工对北运河河道治理中是较实用的一种方法,施工工艺简单,施工所需设备简单。

  同时采用开挖河道清淤法施工又存在一些问题,此方法只适合在非汛期实施;对周围环境影响较大,近些年来北运河不仅是排洪河道而且逐步向景观河道发展,以北运河为中心建立起很多公园、住宅区,所以这种影响景观且对周围环境有干扰的施工方法越来越不适合北运河现状;河道清出底泥容易对周围环境产生污染。

  河道开挖法施工是一种敞开式的施工方法,对污染物的密封性不好,容易污染周围环境;机械开挖不容易控制开挖深度,容易干扰到底槽土壤结构。

  绞吸挖泥船能够将挖掘、输送、排出和处理泥浆等疏浚工序一次性完成,连续作业、生产效率高、成本低。

  绞吸式挖泥船用于北运河清淤,由于其布置方式灵活不仅适合短排距泥浆输送,对于超过额定排距的疏浚,还可加设接力泵站,进行长距离泥浆输送,可选择在不影响河道景观及标志性建筑物的地点来排泄淤泥,有助于保持北运河河道景观。绞吸式挖泥船挖掘工作面平整,开挖边坡深度易控制,实施工程质量好。

  绞吸式挖泥船清淤在北运河河道上使用存在一些问题,设备一次性投资较大;清淤时对水体扰动较大,使淤泥污染水体。

  斗轮式挖泥船是由绞吸式挖泥船发展演变而来的,它不仅仅具备绞吸式挖泥船的挖运排一体、连续作业、实施工程质量好、生产效率高、成本低的优点,而且进一步提升了挖泥船的切割和挖掘能力,能够挖掘硬质土,并且挖掘的工作面比较平整,实施工程质量好,但对薄层清淤能力较差。

  采用斗轮式挖泥船在北运河上清淤,存在一些问题,对水体扰动大,会使底泥污染北运河水体;开挖淤泥层厚度控制精度较差。

  采用泥浆泵对北运河清淤,能够使实施工程质量较好;实施工程的成本低;北运河面积较大,泥浆泵设备小方便调遣;泥浆泵能做到挖运吹一体化施工,北运河水环境及旁边的环境污染少。

  泥浆泵在北运河上清淤存在一些问题,泥浆泵受排距影响较大,超过设备额定排距须增设集浆池及接力泵,成本提高,在北运河上施工此问题会干扰施工的实施,由于设备较好移动可优先考虑多设几个施工点,能够解决此问题;泥浆泵清淤还会受垃圾等障碍物的影响。

  综上所述,根据北运河河道特殊情况,拟选用绞吸式挖泥船法和泥浆泵两种清淤方法,能解决北运河常年有水,需水下施工的问题,又对旁边的环境干扰小保证了河道周边景观和标志性建筑不受破坏。

  现场脱水系统由泥浆池,泥浆预处理系统,药剂投加系统,脱水机,尾水澄清系统组成,其核心设备为脱水机。现场脱水系统工艺流程如图所示。

  改进型带式脱水系统由预处理系统、加药系统、脱水系统、水处理系统等组成。预处理系统由杂物分离筛、泥浆集中池、初沉池等组成。改进型带式脱水机是由上下两条张紧的滤带夹杂污泥层,从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过,依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力,把污泥层中的毛细水挤压出来,获得含固量较多的泥饼,实现污泥脱水。采用改进型带式脱水机进行脱水产生的泥饼的含水率能控制在40%-60%。

  北运河河道清淤主要考虑几方面内容:清淤对河道水环境干扰少;清淤效果好;清淤工作对河道两岸景观及居民、单位的干扰少。具上述比较得出北运河河道能够正常的使用绞吸式挖泥船法清淤和泥浆泵法施工,并对淤泥进行脱水处理后清运出场地进行淤泥消纳。

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