小编语：近年来出于解决城市内涝、建设雨污分流体系等目的，深层排水隧道工程项目在国内外很多城市上马。但随着深隧系统建设的开展，由于其特殊性，一些在设计施工方面独特的挑战也显露出来。在2017广州智慧城市隧道建设创新技术中德研讨会上，来自奥雅纳工程顾问公司的Andreas Raedle博士通过一些典型深隧工程的介绍，为我们分析了深隧建设面临的难点，以及在防腐蚀等方面的一些解决方案。
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Andreas Raedle
奥雅纳工程顾问公司
1、典型的深隧项目
国内外目前已经有许多深隧道工程项目建成或处于建设中，他们都有各自的特点和难点。
新加坡DTSS一期深隧项目
该项目是为了解决新加坡污水的收集、处理和排放的长期需求而建立的工程，一、二期工程长约100公里，埋深达到50米，地质条件复杂。
迪拜STEP工程
该项目由长40公里的主管和长50公里的支管组成，采用了重力式下水道系统。
武汉深隧系统
该隧道由长20公里的排水隧道组成，常规运营时为带压系统。污水隧道埋深将达到29.93～42米，将采取盾构法等施工工艺。
香港HATS工程
“净化海港计划（HATS）”为长44.6公里的污水输送管道，将九龙和香港岛北部地区的污水输送到附近的昂船洲污水处理厂进行处理。该工程采用了反虹吸原理，以减少总体的泵送成本。
2、深隧排水系统面临的一般挑战
深隧工程除了各自独有的特点外，还有一些共性的挑战，尤其是对隧道衬砌的防腐和耐久性的要求极高。
污水对隧道的腐蚀
深隧道系统中运输的废水中的硫化物在生物化学反应下可能生成硫酸，从而对管壁造成腐蚀。同时废水中的污泥质也会在管内产生沉积。
污水管道受到腐蚀的机理
污水管道内的腐蚀和沉积状况
混凝土耐久性的要求
由于深隧道系统设计寿命周期长达100~200年，且维护保养困难。因此所用混凝土材料必须有较高的强度和耐久性，一般通过调整配合比或采用钢纤维补强来实现。
深隧道系统入流井
流入口水力计算
深隧系统在水力学特性上与一般污水隧道不同。深隧道埋置深度大，因此污水下落冲击力也更大。对于深隧系统中的流入室、涡流发生器、跌落结构和除气室等，都要进行模型实验、建模计算等。
水力模型
3、衬砌防腐蚀解决方案
为了抵御隧道内污水的侵蚀，在隧道混凝土结构与污水之间必须设置一层防腐蚀层。防腐蚀衬砌一般而言可以分为两类：防腐蚀层与隧道衬砌独立（分两次安装）；防腐蚀层与隧道衬砌整合（一次安装的复合衬砌）。根据混凝土配合材料的不同，防腐蚀衬砌系统的厚度要求也不相同。
两次安装防蚀衬砌
两次安装防腐蚀衬砌通常外层衬砌为管片衬砌，内层再安装混凝土管、玻璃钢管、环氧树脂薄膜、钢纤维混凝土等类型的衬砌。
（1）传统两次安装衬砌
管片衬砌+混凝土管（内面PVC或聚乙烯）
▲典型工程：美国洛杉矶NIES工程
（2）带玻璃钢的两次安装衬砌
外层为管片衬砌，内层为玻璃钢（GFRP）管，中间采用注浆填充。
▲典型工程：墨尔本北部下水道工程
（3）粘性薄膜衬砌
管片衬砌+环氧树脂薄膜
▲典型工程：美国俄亥俄州哥伦布市BWARI工程
（4）两次安装锚固预埋衬砌
管片衬砌（混凝土/钢纤维混凝土）+高密度聚乙烯防蚀层+现浇防蚀层
▲典型工程：新加坡DTSS一期、迪拜STEP工程
（5）钢纤维混凝土-管片两次安装衬砌
管片衬砌+钢纤维混凝土牺牲层衬砌（无高密度聚乙烯层）
▲典型工程：伦敦Lee隧道、泰晤士Tideway隧道
工程案例：Lee隧道和泰晤士Tideway隧道东段C415
该隧道采用了二次安装（Two Pass）衬砌，但并没有使用高聚乙烯内衬。它的衬砌厚度为300mm，包括厚80mm的牺牲层，采用钢纤维混凝土补强，连接销为玻璃钢材质。为了提高耐久性，混凝土采用了微硅粉、低水灰比、高强度的配比。
一次安装防蚀衬砌
即工程只安装防腐蚀聚合物混凝土或将防蚀层预埋在管片衬砌。
（1）聚合物混凝土
聚合物混凝土
▲典型工程：德国奥芬巴赫、日本横滨
（2）预埋锚固焊接内衬层衬砌
内衬防蚀层预埋在管片衬砌中，并在接缝处采用焊接连接
▲典型工程：美国加州萨克拉门托UNWI一期及二期工程
（3）一次安装复合衬砌
防蚀层预埋在管片衬砌中，接触处无焊接
▲典型工程：加拿大西部污水干管、俄罗斯污水隧道工程
一次安装的混凝土管片难点主要在于物流方面，因为一般隧道内物流均采用带轨道的管片运输系统，因此内衬和轨道接触的部位就需要采取特别的保护措施，以防内衬被轨道压坏。
工程案例：加拿大西部排水干管（一次安装复合衬砌系统）
加拿大西部排水干管长3.8千米，内径3米，采用了钢纤维混凝土管片，防蚀层和预制钢纤维混凝土管片衬砌在浇筑时整合在一起，并一起安装。
管片浇筑时，先将pDCPD制成的厚度5mm的内衬层放在模板中，内衬层表面有锚固部件，使得混凝土管片和内衬层结合为一个整体。管片总厚度为203mm，宽度为1.2m。
内衬上的锚固件使得内衬与管片能够紧密结合。
4、深隧施工经验分享
随着深隧道系统建设的开展，在不同的工程项目中也积累了一些解决工程挑战的经验。
Lee隧道施工中的经验
由于深隧道系统埋深大，因此竖井往往深度达50m以上。在Lee隧道施工中，采用了1350吨的吊机来将870吨的盾构机机体放入深井。由于地质条件限制，盾构机采取无后部导洞分体始发。
英国普伦斯特德TTT C415隧道
在该工程中，盾构始发创新地省略反力支架，而采用拉索来提供盾构机前进的反力，使得盾构机的始发更加快捷。
5、其他新技术的展望
采用VSM垂直顶管机施工竖井
VSM垂直顶管顶具有减小施工风险、施工速度快、无需降低地下水位等优点，适用于小口径、地质情况单一的工程。
机器人在深隧系统运营养护中的应用
采用机器人车辆结合隧道成像技术，可以用于人类无法安全进入的区域。
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