水源保護區(qū)長大隧道施工水污染防治與處理

張開騰

中交一公局廈門工程有限公司

1 引言

隧道項目在施工建設(shè)的過程中，需要有針對性地開展區(qū)域水體應(yīng)對、防范等相關(guān)方面的工作。從過往經(jīng)驗來看，隧道施工與水體環(huán)境應(yīng)對之間存在著較為密切的聯(lián)系，基于這種內(nèi)在的關(guān)聯(lián)性，施工人員應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變思路，認真做好施工方案的設(shè)立與調(diào)整工作。例如，在水源保護區(qū)內(nèi)進行隧道施工的過程中，如果沒有采取恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)手段，勢必引發(fā)環(huán)境污染等問題，產(chǎn)生污染物。有些甚至帶有重金屬等污染成分未經(jīng)處理，在地表下滲過程中若地層過濾凈化性能不足，導(dǎo)致污水滲入下游地表水徑流，將嚴(yán)重影響城市水源取水點的水質(zhì)，給生態(tài)及人們生產(chǎn)生活環(huán)境帶來嚴(yán)重負面影響。

2 項目背景

2.1 工程簡介

三明莆炎高速YA17合同段文筆山2號隧道為分離式特長隧道，左洞起訖樁號為ZK223+394~ZK228+180，全長4786m，最大埋深660m，右洞起訖樁號為YK223+375~YK228+135，全長4760m，最大埋深670m。隧道進、出口分別位于東牙溪、薯沙溪飲用水二級水源保護區(qū)；隧道進口左、右幅線間距約為20.9m，隧道出口左、右幅線間距約為31.5m。隧道左、右幅縱坡為-1.86%。

2.2 水文及地質(zhì)

文筆山2號隧道位于東牙溪、薯沙溪二級水源保護區(qū)內(nèi)，在三明市沙溪河最上游，東牙溪水庫是三明市區(qū)30萬居民的重要生活飲用水源地，每天向市區(qū)輸送生活用水大約2.8萬噸。東牙溪主河道全長30余公里，全流域面積188km2，水源地保護區(qū)面積184km2，保護區(qū)內(nèi)涉及16個行政村，總戶數(shù)2692戶，總?cè)丝?1500人，有耕地面積1252畝，果園450公頃，林地面積11787公頃。

3 水環(huán)境污染的污染源分析

3.1 洞外場地水污染的特點及污染源分析

洞外場地水主要包括洞頂截水溝排水、洞口段臨建場地匯集水以及施工便道排水，洞外場地的污染主要是前期進場隧道施工場地建設(shè)以及施工階段場地徑流雨水的污染，常常會伴隨粉塵以及場地油漬污染等，其存在以下特點：污染強度低、水質(zhì)變化不大、隨著降雨量的增多以及場地污染數(shù)量的減少，其對環(huán)境的污染程度會大大減少，而影響場地污染強度的主要因素有天氣狀況、場地的清掃和維護狀況。

3.2 洞內(nèi)水污染的特點及污染源分析

隧道項目施工過程中，在鉆孔施工環(huán)節(jié)，會生產(chǎn)大量的巖土泥漿，這些泥漿的如果沒有得到科學(xué)處理，將會產(chǎn)生一定的量的廢水，這些廢水對于環(huán)境產(chǎn)生較大的破壞作用。其存在以下特點：污染強度高、水質(zhì)變化大、存在的突發(fā)性和不確定性危害大，若洞內(nèi)在施工過程中泄露了大量的油污而又沒得到及時的清理，油污會伴隨隧道涌水以及施工用水一起排出洞外，如果沒能及時處理，將會對水源保護區(qū)造成很大的危害，因此控制難度大。

4 水污染防止措施

4.1 施工場地及施工便道污染控制措施

（1）涉水源保護區(qū)施工人員依托水源保護區(qū)內(nèi)居民生活設(shè)施，若有需要則對現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)進行升級改造。

（2）施工場地周邊設(shè)置臨時圍擋，施工場地外圍設(shè)置截水溝，施工便道設(shè)置邊溝。截水溝匯集的地表水是沒經(jīng)過污染的天然水，可以通過邊溝直接排至河道里面，施工場地及邊溝的初期雨水通過排水溝集中收集后排入回用水池，經(jīng)沉淀后回用于曬水降塵、植被綠化等。

（3）施工材料堆放采取遮蓋和圍擋等防雨水沖刷措施；施工場地外圍裸露地表及時綠化或用彩條布遮蓋，減少水土流失。

4.2 隧道涌水防止與收集

根據(jù)地勘資料，文筆山2#隧道可能發(fā)生涌水的段落主要位于斷層破碎帶、侵入接觸帶和隧道淺埋段，主要補給源一是地表徑流水，二是地下承壓水。隧道施工時，隧道涌水中主要為清凈地下水，因接觸巖屑、粉塵等污染物，經(jīng)人工擾動，變成污水。治理原則“以堵為主”。開挖前，采取超前預(yù)注漿措施加固地層并堵水；二次襯砌環(huán)向施工縫采用背貼式+中埋式，縱向采用中埋橡膠止水帶，隧道防水充分利用混凝土襯砌結(jié)構(gòu)自防水能力，減少隧道涌水。具體處理措施如下。

（1）隧道內(nèi)通過設(shè)置環(huán)向或者縱向盲管等結(jié)構(gòu)，對施工區(qū)域的地下水進行匯總處理，將地下水疏導(dǎo)到側(cè)向排水溝內(nèi)。排水溝內(nèi)與隧道掌子面連接，借助水泵等排水設(shè)備，將污水快速排出，經(jīng)處理達標(biāo)后排放。

洞內(nèi)污水采用分級抽排的方式，即沿側(cè)式排水溝每150m設(shè)置一處中間集水池，相鄰集水池通過污水管道連接，匯集在掌子面附近的污水通過污水管道、中間集水池利用水泵分級提升至洞外，經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理達標(biāo)后排放。

（2）隧道掌子面的股狀涌水，見圖1。在隧道出現(xiàn)集中涌水初期未能及時封堵時，設(shè)管道直接收集該股狀集中涌水，納入清水管道后，外排至洞外清水沉淀池，沉淀后排入周邊水體。該股狀集中涌水因設(shè)管道收集，未經(jīng)過掌子面施工的影響，為干凈地下水。當(dāng)涌水穩(wěn)定后采取封堵措施，降低掌子面污水量。

圖1 污水抽排示意圖

5 水污染處理

目前我國對施工生產(chǎn)廢水的處理做過一些嘗試性研究，發(fā)現(xiàn)施工廢水的主要特點是：固體懸浮物濃度高、pH值較大以及含有油性物質(zhì)，且此類廢水通常采用混凝沉淀的處理方法。本項目采用“五級沉砂集水池-一體化高效污水處理設(shè)備-中間水池-多介質(zhì)過濾器-超濾膜過濾器-清水池”處理工藝，處理后涌水穩(wěn)定達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中的II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后，回用于施工車輛輪胎清洗、場地及道路灑水降塵、周邊林地及農(nóng)田灌溉等。

5.1 隧道內(nèi)涌水處理工藝流程

隧道施工涌水自流（順坡情況下）或通過水泵提升（反坡情況下）排至洞口段，在洞口段至五級沉淀池這一段采用暗溝（混凝土硬化、圓管暗涵或者PVC管道）的形式進入五級沉砂集水池，以免對洞口段土壤及場地造成二次污染，通過自然沉淀作用去除水中砂?；蚱渌戎剌^大的無機顆粒，同時通過隔油去除水中部分石油類污染物；末端集水池出水經(jīng)水泵提升至一體化高效污水處理器，通過草酸調(diào)整pH并投加PAC和PAM完成絮凝沉淀反應(yīng)去除水中大部分的COD、懸浮物和石油類等污染物；出水進入中間水池，經(jīng)水泵提升進入多介質(zhì)過濾器，進一步去除水中有機物和懸浮物后，進入超濾膜過濾裝置，涌水中含有的微細膠體污染物被截留在膜絲外表面，出水自流進入清水池，達到GB 3838II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后回用。產(chǎn)生的污泥排入污泥池，濃縮后污泥定期使用罐車外運處置。

排放口設(shè)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，并建設(shè)智能監(jiān)管平臺，使環(huán)境主管部門及利益相關(guān)方可通過手機、電腦等實時監(jiān)控項目外排涌水水質(zhì)情況。

5.2 環(huán)保信息在線監(jiān)控：污水站pH自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)建設(shè)

因項目五級沉淀池前兩級泥沙明顯，對pH計電極使用壽命影響較大，故選擇在相對清的第四個池進行加藥調(diào)節(jié)。隧道滲漏水經(jīng)過3級沉淀后通過pH檢測儀控制自動加藥系統(tǒng)在中和反應(yīng)池中進行酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)池廢水通過pH檢測儀控制自動加藥系統(tǒng)進行酸堿中和反應(yīng)至pH為6~9范圍內(nèi)時，排放至清水池，再經(jīng)清水池排放至周邊環(huán)境中。在清水池排水口安裝pH檢測儀，監(jiān)測總排水口廢水pH值，如清水池監(jiān)測的pH不達標(biāo)則利用潛水泵回流至二級沉淀池，若第二沉淀池的水位達到最大上限時，將未達標(biāo)的廢水暫時排至應(yīng)急池做應(yīng)急處理，最后再轉(zhuǎn)至二級沉淀池重新開始處理，直至處理達標(biāo)后排放。在項目施工過程中因生產(chǎn)污水排放口高度差、水質(zhì)含油量高、污水池改擴建及現(xiàn)場網(wǎng)線安裝困難等原因先后增補了一臺7.5kW的攪拌機，一臺2.2kW的污泥泵，一套隔油設(shè)施，3對網(wǎng)橋設(shè)施（含揚塵站的2對），經(jīng)過工程調(diào)試，污水站可以通過控制柜按鍵實現(xiàn)自動加藥在線監(jiān)測功能。

5.3 隧道內(nèi)涌水處理平面布置

文筆山2號隧道巖體地質(zhì)條件較好，根據(jù)隧道涌水量計算結(jié)果，隧道出口側(cè)廢水涌水量為520m3/d~1560m3/d，為加強對水源保護區(qū)的水質(zhì)安全的保護，防止隧道突水、突泥可能對水源保護區(qū)產(chǎn)生的影響，隧道涌水處理系統(tǒng)1用1備，處理規(guī)模按最大涌水量取值為1600m3/d。

綜合考慮施工場地平面布置以及地形條件，文筆山2號隧道出口于隧道左右洞正前面位置設(shè)置污水處理系統(tǒng)，于地表徑流下游、施工場地低洼處預(yù)留場地作為備用涌水系統(tǒng)處理用地

6 應(yīng)用效果

一體化高效污水處理設(shè)備和環(huán)保信息在線監(jiān)控系統(tǒng)的同步應(yīng)用，徹底解決了水源保護區(qū)水污染處理的通病問題。目前已正常運行了一年多時間，從各方面監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的情況來看，運行效果良好，排放水質(zhì)經(jīng)多次檢測全部達標(biāo)，得到了當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的一致認可。

7 結(jié)論及建議

整個水污染處理系統(tǒng)包括一體化高效污水處理設(shè)備和環(huán)保信息在線監(jiān)控系統(tǒng)，采用“五級沉淀池-一體化高效污水處理器-清水池”處理工藝，保障廢水得到有效處理，處理后達到一級標(biāo)準(zhǔn)，清水池出水可部分回用至施工區(qū)灑水和沖洗。通過環(huán)保信息在線監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器將pH自動處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入到現(xiàn)場顯示屏上實時展示；線上數(shù)據(jù)展示通過網(wǎng)絡(luò)在手機APP上和電腦上顯示pH值的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。此類污水處理方法，可以為水源保護區(qū)類似工程提供借鑒。