中國許多城市正在興建的污水深隧專案正是這樣的工程， 今天我們以目前規模最大的武漢深隧工程為例帶大家瞭解下。
（一）中國的汙水處理起步晚任務重， 問題多多
中國汙水處理產業發展起步較晚， 改革開放前， 汙水處理的需求主要以工業和國防尖端使用為主， 二十世紀九十年代後才進入快速發展期， 處理需求的增速也遠高於全球水準。
截至2014年， 中國城鎮汙水處理廠共3900餘座， 但治汙任務仍相當繁重。 而且隨著時間的推移， 不少問題開始暴露出來。
問題一：汙水處理廠用地與城市格局之間的矛盾
一般汙水處理廠在建廠之初， 選址用地均位於城市建設邊緣區， 與當時的城市佈局沒有矛盾， 但隨著城市的快速發展， 汙水處理廠往往會被新建的建築物所包圍。
如武漢的沙湖汙水處理廠， 現已成為武漢市內環內唯一一座汙水處理廠， 與周邊地區的功能格格不入， 影響地區發展， 同時使得廠區周邊地區土地資源的潛在價值得不到釋放。 隨著各大城市的不斷發展， 未來還會有更多的汙水處理廠將面臨這樣的問題。
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（沙湖汙水處理廠位置及周圍環境）
問題二：與環境保護要求的矛盾
2006年， 國家環境保護總局發佈的《城市排水工程規劃規範》（GB 50318-2017）中明確要求， 汙水處理廠應設置衛生防護用地， 對於新建廠區， 防護距離最少應為150米。
但實際上， 許多已完工的汙水處理廠並沒有足夠的安全防護距離， 有的汙水處理廠甚至沒有除臭設施， 周邊居民飽受臭氣和噪音干擾。 即使採取了完善的措施， 人們也可能因為心理因素等原因而對汙水處理廠產生厭惡情緒。
隨著國家對環境保護的重視力度不斷加大， 相信未來的污水排放標準將進一步完善和提高， 也將有更多的汙水處理廠需要進行提標改造。
問題三：廠區升級、擴建需求與用地限制
隨著城市人口的不斷增長， 部分汙水處理廠的處理能力已經達到甚至超過設計之初確定的容許值， 如對其進行擴建進而提升處理能力， 往往難以取得富餘用地， 即使解決了用地問題， 也難以從根本上解決汙水處理廠與地區發展、土地利用之間的矛盾。
（湖南一汙水處理廠因處理能力不足， 不得已將未處理污水排入湘江）
諸般問題下， 城市污水深隧系統或許是不錯的選擇。
（二）整體搬遷後的“巨無霸”， 日處理污水80萬噸
武漢的深隧工程是將現有的三個汙水處理廠和一個規劃中的汙水處理廠整體搬遷， 新址選在城市下游的化工區備用地內， 體量將特別龐大， 僅一期汙水處理規模就達到80萬噸/日。
建成後， 這一工程將為武漢市130平方公里範圍內近200萬人提供服務。
（三）如何馴服地下跨越17公里的水龍？讓污水有專門通道
汙水處理廠的問題解決了， 但另一個問題隨之而來， 那就是如何將以前汙水處理廠的水從城區輸送到新建廠區。 建設者們選擇了地下深層隧道傳輸的方式。
相信你對地下隧道並不陌生，我們每天乘坐的地鐵隧道就是地下隧道的一種。對地鐵來說，一般考慮修建難度、效率、經濟性等因素，地下20米左右是一個比較合理的深度。但深層隧道埋深更深，武漢污水深隧工程中隧道埋深達到30-50米。
這樣的埋深有幾方面的優勢，一是對地面及地下管線影響小；二是能預留地下空間資源；三是長期使用安全性更高，不會受到地面及淺層施工的影響。
（地下空間規劃示意圖）
但這樣的深度也意味著隧道將從下方穿過許多重要的建築物，比如地鐵隧道、高鐵線路等。不僅如此，隧道還將穿越一個湖泊，湖下還有許多的溶洞。雖然問題很多，但建設者們的辦法更多。
針對下穿鐵路的問題，工程師首先對隧道下穿鐵路區域採用MJS深層旋噴樁進行加固，即通過注漿管，將水泥漿液注入地下，對地下土體進行加固。
在盾構掘進通過時，在洞內進行二次注漿加固，雙重保障將隧道穿越對鐵路的影響降到最低。同時在地表沿隧道路由設置沉降觀測點，在施工全過程進行監控，做到資訊化動態施工管理。
（MJS工法示意圖）
針對湖底隧道穿越區域溶洞的問題，建設者們在湖上沿著隧道修建了一道鋼棧橋，在橋上採用鑽孔加CT掃描的方式探明需處理溶洞的範圍和大小，再對溶洞採取投石或灌漿的方式進行處理，消除溶洞對隧道挖掘的影響。
以上解決了隧道建設的問題，確保了污水有行走的通道，但污水怎麼從地表來到地下幾十米深的隧道呢？污水可不是做自由落體運動飛流直下的，那樣形成的小瀑布足以將隧道底板擊潰，進而危及整個工程的安全。
設計師採用板折消能的方式，水流通過折板通道進入深層排水隧道的過程中，在每層折板間發生一次跌水消能。如果你覺得專業術語難以理解，那只要想像成跳樓和下樓梯的區別就行了，水流通過一道道混凝土板做成的“樓梯”來到隧道底，在過程中消耗掉水流的動能和重力勢能，使它能“安靜”的流走。
（水流下落過程中的流速變化示意圖）
到了隧道末端，隧道內的水需要提升到位於地面的汙水處理廠進行處理，污水提升的成本也是必須考慮的。與地表排水類似，深隧輸送方式也分為壓力流和重力流。
重力流流態相對穩定，對各入流點流量變化適應性較強，但重力流隧道埋深末端泵站揚程相對較高，對通風除臭要求也高。
壓力流與重力流相反，其末端泵站揚程相對較低，通風除臭相對簡單，但對各入流點流量變化適應性相對較弱，系統流態變化相對較大。通俗一點可以直接理解為壓力流下最終水流需要提升的距離縮短，所需的成本也相對較低。
另外，重力流要求的埋深比壓力流深10米左右，考慮到建設投資、運營成本等因素，工程最終選擇了壓力流的方式。
（壓力流與重力流對比示意圖，其中左為壓力流，右為重力流）
（四）百年工程如何做到“免維護”？清淤除臭防水一個也不能少
攻克重重困難，建設者終於把污水從四面八方收集起來並成功輸送到了汙水處理廠進行處理，但工作尚未結束，整個工程要在一百年的運營期內做到少維護甚至免維護，還需要考慮更多。
最主要的，是確保深隧在運營時自身達到不堵塞，儘量不需要人工下井維護和設備清淤。為此，建設者們在原汙水處理廠位置設置了污水預處理站，對進入深隧系統大於0.2毫米的無機顆粒進行攔截。
污水預處理站主要包括過濾裝置和除臭設施，且均位於地下，地表以上僅為管理人員辦公區域，因此所需用地比以前少得多。預處理站除了占地少這個優勢外，最大的優勢還是隱蔽，即使你從它的門口經過，也絕不會發現它到底是幹嘛的。
（預處理站效果圖，從外觀上根本看不到傳統汙水處理廠所需要的設施）
除了對污水進行過濾外，設計人員前期通過實際採樣分析進水水質特點和粒徑分佈，結合理論計算和水力模型確定了深隧最小運行流速要求，最後通過物理實驗驗證流速效果。保證深隧系統內僅靠水流流速就可以將未能及時過濾的顆粒物帶走。
建設者們選擇了地下深層隧道傳輸的方式。相信你對地下隧道並不陌生，我們每天乘坐的地鐵隧道就是地下隧道的一種。對地鐵來說，一般考慮修建難度、效率、經濟性等因素，地下20米左右是一個比較合理的深度。但深層隧道埋深更深，武漢污水深隧工程中隧道埋深達到30-50米。
這樣的埋深有幾方面的優勢，一是對地面及地下管線影響小；二是能預留地下空間資源；三是長期使用安全性更高，不會受到地面及淺層施工的影響。
（地下空間規劃示意圖）
但這樣的深度也意味著隧道將從下方穿過許多重要的建築物，比如地鐵隧道、高鐵線路等。不僅如此，隧道還將穿越一個湖泊，湖下還有許多的溶洞。雖然問題很多，但建設者們的辦法更多。
針對下穿鐵路的問題，工程師首先對隧道下穿鐵路區域採用MJS深層旋噴樁進行加固，即通過注漿管，將水泥漿液注入地下，對地下土體進行加固。
在盾構掘進通過時，在洞內進行二次注漿加固，雙重保障將隧道穿越對鐵路的影響降到最低。同時在地表沿隧道路由設置沉降觀測點，在施工全過程進行監控，做到資訊化動態施工管理。
（MJS工法示意圖）
針對湖底隧道穿越區域溶洞的問題，建設者們在湖上沿著隧道修建了一道鋼棧橋，在橋上採用鑽孔加CT掃描的方式探明需處理溶洞的範圍和大小，再對溶洞採取投石或灌漿的方式進行處理，消除溶洞對隧道挖掘的影響。
以上解決了隧道建設的問題，確保了污水有行走的通道，但污水怎麼從地表來到地下幾十米深的隧道呢？污水可不是做自由落體運動飛流直下的，那樣形成的小瀑布足以將隧道底板擊潰，進而危及整個工程的安全。
設計師採用板折消能的方式，水流通過折板通道進入深層排水隧道的過程中，在每層折板間發生一次跌水消能。如果你覺得專業術語難以理解，那只要想像成跳樓和下樓梯的區別就行了，水流通過一道道混凝土板做成的“樓梯”來到隧道底，在過程中消耗掉水流的動能和重力勢能，使它能“安靜”的流走。
（水流下落過程中的流速變化示意圖）
到了隧道末端，隧道內的水需要提升到位於地面的汙水處理廠進行處理，污水提升的成本也是必須考慮的。與地表排水類似，深隧輸送方式也分為壓力流和重力流。
重力流流態相對穩定，對各入流點流量變化適應性較強，但重力流隧道埋深末端泵站揚程相對較高，對通風除臭要求也高。
壓力流與重力流相反，其末端泵站揚程相對較低，通風除臭相對簡單，但對各入流點流量變化適應性相對較弱，系統流態變化相對較大。通俗一點可以直接理解為壓力流下最終水流需要提升的距離縮短，所需的成本也相對較低。
另外，重力流要求的埋深比壓力流深10米左右，考慮到建設投資、運營成本等因素，工程最終選擇了壓力流的方式。
（壓力流與重力流對比示意圖，其中左為壓力流，右為重力流）
（四）百年工程如何做到“免維護”？清淤除臭防水一個也不能少
攻克重重困難，建設者終於把污水從四面八方收集起來並成功輸送到了汙水處理廠進行處理，但工作尚未結束，整個工程要在一百年的運營期內做到少維護甚至免維護，還需要考慮更多。
最主要的，是確保深隧在運營時自身達到不堵塞，儘量不需要人工下井維護和設備清淤。為此，建設者們在原汙水處理廠位置設置了污水預處理站，對進入深隧系統大於0.2毫米的無機顆粒進行攔截。
污水預處理站主要包括過濾裝置和除臭設施，且均位於地下，地表以上僅為管理人員辦公區域，因此所需用地比以前少得多。預處理站除了占地少這個優勢外，最大的優勢還是隱蔽，即使你從它的門口經過，也絕不會發現它到底是幹嘛的。
（預處理站效果圖，從外觀上根本看不到傳統汙水處理廠所需要的設施）
除了對污水進行過濾外，設計人員前期通過實際採樣分析進水水質特點和粒徑分佈，結合理論計算和水力模型確定了深隧最小運行流速要求，最後通過物理實驗驗證流速效果。保證深隧系統內僅靠水流流速就可以將未能及時過濾的顆粒物帶走。