湖底隧道工程施工期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究

賈 冰，張 巖

（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210093）

1 概述

隨著我國城市交通工程的快速發(fā)展，許多工程涉及水下隧道施工，鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法、明挖法是目前隧道施工中常用的施工方法[1]。明挖法是隧道施工中應(yīng)用最為廣泛的一種施工技術(shù)，在施工過程中由上向下開挖至基坑的底部，在基坑內(nèi)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工，待主體結(jié)構(gòu)完工后進(jìn)行土體的回填恢復(fù)原貌。這種施工方法能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件，造價低進(jìn)度快，但是對周邊環(huán)境造成的影響很大。圍堰法是水利工程中常用的技術(shù)方法，是一種圍擋技術(shù)，通過建設(shè)臨時的水壩來為工程創(chuàng)造一個相對穩(wěn)定的區(qū)域，保證工程順利施工[2-5]。圍堰明挖法是在水利工程中截流法的基礎(chǔ)上，結(jié)合明挖法發(fā)展起來的新工法，目前國內(nèi)主要應(yīng)用于穿越湖泊的水下隧道，具有工期短、受地質(zhì)影響小、結(jié)構(gòu)斷面布置靈活等優(yōu)點(diǎn)[6]。在湖底進(jìn)行圍堰明挖法施工，因湖泊水環(huán)境特點(diǎn)，決定了施工期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性和難點(diǎn)。本文以湖底隧道工程采用圍堰明挖法施工為例，分析圍堰明挖法施工的湖底隧道工程施工期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

2 工程概況

本文以某湖底隧道工程為例，該工程以隧道形式穿越湖體，采用一級公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，雙向六車道，隧道采用圍堰明挖法施工。由于隧道橫穿湖體，若臨時圍堰一次性連續(xù)貫通，將阻斷圍堰兩側(cè)湖水循環(huán)，防洪和環(huán)保隱患大，因此采取圍堰分階段實(shí)施，進(jìn)入湖中臨時圍堰采用分倉流水推進(jìn)的方式。隧道施工從岸邊向湖中推進(jìn)，采取逐段分倉流水作業(yè)模式，往復(fù)循環(huán)施工。

隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿隧道縱向各區(qū)段分別采用相應(yīng)的設(shè)計支護(hù)型式，降排水系統(tǒng)采用封閉式止水帷幕+疏干降水。基坑開挖必須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地基固化處理、降排水等工程達(dá)到設(shè)計要求后進(jìn)行，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求分層分區(qū)域?qū)ΨQ進(jìn)行。隧道主體施工包括隧道樁基施工、隧道結(jié)構(gòu)施工、隧道回填、預(yù)埋件施工。隧道采用鉆孔灌注樁，包含抗拔樁及工程樁，土方回填在洞外防水層及排水系統(tǒng)施作完成后進(jìn)行，回填至設(shè)計湖底標(biāo)高。

3 湖泊水環(huán)境影響分析

該湖區(qū)是半封閉型湖灣，湖底高程1.0-1.5m，湖盆大致呈碟狀，湖盆邊緣水淺湖心水深。湖區(qū)夏季盛行風(fēng)主要為東南風(fēng)（SE），冬季次盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)（WNW），平均風(fēng)速約3.0m/s。平均風(fēng)速狀態(tài)下，風(fēng)力驅(qū)動下在整個湖面常形成較穩(wěn)定的湖流。水流交換緩慢，換水周期長，水動力條件差。同時入湖河道多，沿湖工農(nóng)業(yè)和生活污染物經(jīng)入湖河流匯入湖體，導(dǎo)致湖體受污染較為嚴(yán)重。湖底有泥區(qū)平均泥深約1.8m，淤泥層主要集中于0.03-1.0m，表層呈浮、流泥態(tài)，極易為風(fēng)浪擾動再懸浮，地球化學(xué)作用復(fù)雜。該湖泊近年來富營養(yǎng)化嚴(yán)重，處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，湖區(qū)大部分水域包括工程所在位置，都是藍(lán)藻水華發(fā)生的主要區(qū)域。湖底表層淤泥所蓄積的營養(yǎng)鹽含量遠(yuǎn)高于上覆水體中營養(yǎng)鹽的濃度，淤泥層蓄積的營養(yǎng)鹽易于解析并通過濃度梯度向上覆水體釋放，從而加重湖水的營養(yǎng)狀態(tài)。

不同風(fēng)況條件下，湖泊湖流和水體遷移規(guī)律不同，污染及懸移物質(zhì)會隨水體遷移，對湖泊水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。該湖泊四季盛行風(fēng)主要為東南風(fēng)，冬季的次盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)。在東南風(fēng)作用下，拆除圍堰和抽排水作業(yè)時，瞬時源強(qiáng)釋放的懸浮物迅速開始擴(kuò)散，東側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿西岸往施工工程西側(cè)圍堰運(yùn)動；西側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物則直接沿西南岸輸移；抽排水源強(qiáng)排放的懸浮物在施工工程的西南方匯合，逐漸輸移擴(kuò)散至整個大湖區(qū)。在西北偏西風(fēng)作用下，拆除圍堰和抽排水作業(yè)時西側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿東岸往施工工程東側(cè)圍堰運(yùn)動，東側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物則直接沿東岸輸移，抽排水源強(qiáng)排放的懸浮物在施工工程的中間地帶匯合，也逐漸往東岸輸移。由于施工所在位置是湖區(qū)營養(yǎng)鹽濃度和藍(lán)藻生物量較高、溶解氧濃度較低的水域，在隧道建設(shè)中期，西側(cè)圍堰周邊容易成為水華堆積區(qū)；在施工后期，圍堰的北側(cè)與西側(cè)容易成為水華堆積區(qū)。

4 湖泊水域施工期水環(huán)境保護(hù)方案

4.1 圍堰工程施工環(huán)保方案

隧道采用明挖法施工，水域施工嚴(yán)格按照設(shè)計的圍堰施工法，將施工區(qū)域和水域隔離。圍堰用以維護(hù)永久性水工建筑物的施工，使之在不受水流影響的條件下進(jìn)行施工，同時也防止施工污染物進(jìn)入水體。作為臨時性建筑，圍堰要在隧道修建完成后拆除[7]。圍堰開挖需分段進(jìn)行，逐倉向湖心推進(jìn)，合理進(jìn)行施工期的湖流導(dǎo)流，減少對湖體水環(huán)流的影響。

圍堰施工抽排水在堰內(nèi)受擾動水體經(jīng)過一定時間靜沉后進(jìn)行，確保抽排水時抽出堰內(nèi)水體肉眼無明顯渾濁，減少圍堰抽排水的懸浮物濃度。圍堰排水時可通過控制排水點(diǎn)高度、基坑排水等方式減少對圍堰內(nèi)淤泥的擾動，減少對圍堰外水體水質(zhì)的影響。排水時全部從水面進(jìn)行排水，嚴(yán)格控制每天排水點(diǎn)下降高度。

施工結(jié)束拆除圍堰時，應(yīng)對圍堰施工區(qū)內(nèi)部進(jìn)行清理后再實(shí)施圍堰拆除。施工拆除時先挖除堰體內(nèi)填土，再拆除圍堰外側(cè)鋼板，將圍堰拆除影響盡量控制在圍堰范圍內(nèi)，減少對圍堰范圍外湖水水質(zhì)的影響。

4.2 基坑工程環(huán)保方案

基坑開挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，隧道挖方可以利用已施工完的隧道行車道作為土方運(yùn)輸通道，采用輸送帶自動化運(yùn)輸設(shè)備，將外運(yùn)土方從隧道基坑運(yùn)輸至已施工完畢的隧道行車道上的自卸汽車，送至棄土場。

隧道棄渣必然要占用土地，棄渣如果處置不當(dāng)，隨意亂棄將占用和損壞土地資源，盡量占用荒地，嚴(yán)格控制侵占良田。隧道開挖土方應(yīng)最大程度地利用，以減少棄渣堆放數(shù)量并少占土地。[8-10]隧道開挖土方首先保證本項(xiàng)目的圍堰工程、隧道回填等土方需求，多余土方可與沿線地方建設(shè)單位溝通協(xié)調(diào)就近用于周邊建設(shè)項(xiàng)目、魚塘復(fù)墾、本項(xiàng)目臨時用地復(fù)墾等用途。施工過程中應(yīng)加強(qiáng)臨時棄方的監(jiān)控和管理，確保臨時棄方進(jìn)入指定棄土場，堅持“先擋后棄”的原則，防范水土流失對環(huán)境造成破壞，設(shè)置排、截水溝，上覆植被，降低對生態(tài)環(huán)境的影響[8-9]。

鉆孔灌注樁等維護(hù)結(jié)構(gòu)施工中產(chǎn)生泥漿由運(yùn)輸船舶直接運(yùn)送至干化場，干化場配備泥漿沉淀池用于泥漿和淤泥自然干化處理，淤泥干化后及時運(yùn)至指定的建筑垃圾處理場進(jìn)行處理，沉淀后的上清水回用于施工場地灑水。

4.3 淤泥處理處置環(huán)境保護(hù)方案

隧道施工時需對河底淤泥進(jìn)行開挖，可采用就地固化處理技術(shù)，免去開挖、清淤等操作，直接進(jìn)行原位處理。另外該技術(shù)臨時占地少，固化淤泥的二次污染遠(yuǎn)小于未處理淤泥，具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在湖泊疏浚土治理中已多處采用了淤泥固化法處理。

淤泥采用原位固化技術(shù)處理，使用水泥作為固化劑。土由于添加水泥有一定的弱堿性，對氮、磷釋放基本沒有作用，回填會對水體產(chǎn)生影響，因此淤泥固化土不得用于隧道回填，清理上岸后運(yùn)至指定的建筑垃圾處理場進(jìn)行集中處理。

4.4 施工期生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案

施工期懸浮泥沙可能影響浮游生物的生長，占用底棲生物和魚類的棲息地，對魚類的生長繁殖產(chǎn)生影響，尤其是魚卵、仔魚等對懸浮泥沙濃度變化較為敏感，施工期會暫時性地降低影響范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。隧道施工會臨時占用湖面，需嚴(yán)格控制施工工期，隧道施工逐步向湖心推進(jìn)，施工結(jié)束即使恢復(fù)水面，隧道施工不會截斷水源。施工時應(yīng)盡量減少在底棲生物、魚類的產(chǎn)卵期、浮游動物的快速生長期及魚卵、仔魚、幼魚的高密度季節(jié)進(jìn)行作業(yè)。同時，應(yīng)對整個施工進(jìn)行合理規(guī)劃，盡量縮短工期，以減輕施工可能帶來的水生生態(tài)環(huán)境影響。水域施工采取嚴(yán)密的圍堰進(jìn)行施工圍擋，防止施工導(dǎo)致懸浮物擴(kuò)散、水體渾濁，從而干擾水體中水生植被和魚類的生長活動。施工期可同時結(jié)合退圩還湖方案在湖區(qū)種植挺水治污，構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)。

藍(lán)藻水華具有重大危害，但目前還缺少有效的治理手段。藍(lán)藻水華的暴發(fā)主要集中在每年4～11 月，特別是在6～9月高溫期，而施工圍擋導(dǎo)致的局部區(qū)域水流交換不暢會造成藍(lán)藻水華的堆積，同時底泥擾動帶來的總氮、總磷濃度增加，也有利于藻類的繁殖。高溫、少雨的天氣條件下，藍(lán)藻水華大量死亡造成湖水發(fā)黑、發(fā)臭。因此，盡量避開夏季施工可減小藍(lán)藻水華帶來的不利影響。無法避開夏季施工時，夏季施工期間應(yīng)在圍堰外側(cè)設(shè)置導(dǎo)流帶（既可預(yù)防可能污染物擴(kuò)散，又能攔截匯聚藍(lán)藻），安排打撈船對藍(lán)藻進(jìn)行定期打撈，除此之外安排施工人員對施工水域進(jìn)行巡查并做好觀測記錄，結(jié)合施工水域附近自動監(jiān)測站對水華進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控；依托地方政府配備的藻水分離車、藍(lán)藻機(jī)械化自動打撈船、人工打撈船對區(qū)域藍(lán)藻進(jìn)行打撈無害化處理，同時結(jié)合水域施工進(jìn)行生態(tài)清淤。

5 結(jié)束語

湖泊水體一般水深較淺，隧道埋深不大，圍堰明挖法是常用的隧道施工方法。圍堰明挖法施工對湖體水生態(tài)環(huán)境影響較大，主要有兩方面，一方面是圍堰施工時的懸浮物影響，一方面是對水體生態(tài)環(huán)境和水生物的影響。懸浮物影響主要是由于圍堰施工對湖底淤泥層攪動和圍堰抽排水造成，對水生態(tài)和水生物的影響主要是施工期圍堰對水體的阻隔破壞水生動物棲息環(huán)境和懸浮物干擾水體生物生長。因此，湖底隧道工程施工前應(yīng)結(jié)合工程施工方案和湖泊生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)制定相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，施工期采取相應(yīng)的措施，盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的影響。