公路穿越飲用水水源保護(hù)區(qū)的防護(hù)措施

田 壽

(中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050035)

0 引言

截至2019年底，我國(guó)公路總里程501.25萬(wàn)km，高速公路里程14.96萬(wàn)km，公路密度52.21 km/100(km)2[1]。隨著公路里程和路網(wǎng)密度的增加，公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響也逐漸顯現(xiàn)，對(duì)水源保護(hù)區(qū)水環(huán)境的影響也日益突出。為了保護(hù)和治理飲用水水源地環(huán)境、防范飲用水水源污染風(fēng)險(xiǎn)，保障飲用水安全，許多地方劃定了水源保護(hù)區(qū)。飲用水水源保護(hù)區(qū)分為一級(jí)保護(hù)區(qū)、二級(jí)保護(hù)區(qū)和準(zhǔn)保護(hù)區(qū)，有些保護(hù)區(qū)范圍較大，可能是整個(gè)流域分水嶺范圍或整條河流[2]。公路建設(shè)過(guò)程中很難繞避，因此需要在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中采取一定的防護(hù)措施。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)水污染防治法》(2017年6月27日修正)第六十五條，禁止在飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建與供水設(shè)施和保護(hù)水源無(wú)關(guān)的建設(shè)項(xiàng)目；第六十六條，禁止在飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)新建、改建、擴(kuò)建排放污染物的建設(shè)項(xiàng)目。因此在公路選線階段應(yīng)避免穿越飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)，盡量繞避二級(jí)保護(hù)區(qū)，確需穿越的需采取防護(hù)措施。

公路對(duì)水環(huán)境的影響主要包括施工期的影響和運(yùn)營(yíng)期的影響，施工期間的筑路材料被雨水沖刷進(jìn)入地表水體，以及施工人員生活污水不經(jīng)處理直接排放都會(huì)對(duì)水資源造成污染；公路運(yùn)營(yíng)期的路面雨水徑流中含有SS，COD，重金屬，P，N營(yíng)養(yǎng)物，油和脂及PAHs(多環(huán)芳羥)等[3]，如果不進(jìn)行收集處理，也會(huì)造成水資源污染。對(duì)水資源的保護(hù)貫穿公路工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程。

1 設(shè)計(jì)階段的防護(hù)方案

公路工程防護(hù)方案主要包括工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和排水設(shè)施設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

水源保護(hù)區(qū)內(nèi)路基段避免高填深挖，采用橋梁、隧道工程代替高路堤和深路塹，減少對(duì)原有地表的擾動(dòng)，避免水土流失。

橋梁結(jié)構(gòu)跨度根據(jù)跨越河流的水面寬度，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可接受范圍內(nèi)盡量選擇大跨徑橋梁，以減少水中橋墩的數(shù)量。結(jié)構(gòu)形式優(yōu)先選擇支架數(shù)量少、對(duì)水體影響小的結(jié)構(gòu)形式，如掛籃懸臂澆筑箱梁、鋼管拱橋、斜拉橋等橋梁結(jié)構(gòu)。

隧道設(shè)計(jì)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”原則，減少洞口邊坡和仰坡開(kāi)挖，特殊地段采取擋墻、接長(zhǎng)明洞等措施，降低對(duì)原地面的擾動(dòng)。

1.2 排水設(shè)施設(shè)計(jì)方案

路基段采取路面排水與路基排水分離的雙排水邊溝設(shè)計(jì)，路基排水邊溝按常規(guī)設(shè)置，路面排水邊溝在路基土路肩外設(shè)置，其尺寸根據(jù)降雨量分段計(jì)算后選取。路基水根據(jù)沿線地形就近排入溝渠中，路面水沿線收集后排入雨水處理站內(nèi)。

橋梁排水設(shè)施根據(jù)計(jì)算初期路面水量，分段設(shè)置縱向排水槽或排水管。當(dāng)徑流量較大時(shí)，采用縱向排水槽，其布置于橋梁兩側(cè)、架設(shè)于蓋梁端部；當(dāng)徑流量較小時(shí)，采用縱向排水管，吊裝于梁體翼板下方。橋梁排水槽或排水管與路基段路面邊溝相接，水流方向與主線縱坡一致。

隧道進(jìn)行專項(xiàng)排水設(shè)計(jì)，排堵結(jié)合，最大限度降低對(duì)地表水和地下水的影響。隧道內(nèi)設(shè)置雙排水系統(tǒng)，將隧道路面運(yùn)營(yíng)污水或事故消防污水排入路基段路面邊溝，流入雨水處理站。襯砌背后地下水和洞口邊坡截水溝雨水導(dǎo)入路基排水溝。

1.3 雨水處理站設(shè)計(jì)方案

結(jié)合路線縱坡和構(gòu)造物設(shè)置情況，在道路沿線設(shè)置雨水處理站，用以處理收集的路面及橋面匯水。雨水處理站分為進(jìn)水渠、配水井、事故應(yīng)急池及水生物濾池四個(gè)部分，見(jiàn)圖1。在進(jìn)水渠處設(shè)置格柵，去除較大漂浮物。在配水井處調(diào)配水的流向，其中，初期降水流入水生物濾池處理，經(jīng)沉淀、生物吸收氧化、砂層過(guò)濾，滿足要求后可排離處理站；后期雨水經(jīng)過(guò)配水井進(jìn)入排水管，直接排離處理站；在突發(fā)事故發(fā)生后，油污、危化品和重度污染的消防水、雨水流至應(yīng)急池暫時(shí)存儲(chǔ)，事故處理完成后，將應(yīng)急池中污水抽出運(yùn)往污水處理廠處理。

1.4 排水設(shè)施水文計(jì)算方法

1)設(shè)計(jì)流量計(jì)算。

依據(jù)《公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)徑流量按如下公式計(jì)算：

Q=16.67ψqp.tF。

其中，Q為設(shè)計(jì)徑流量,m3/s;ψ為徑流系數(shù);qp.t為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度,mm/min;F為匯水面積,km2。

2)設(shè)計(jì)流速計(jì)算。

依據(jù)排水規(guī)范，溝或管內(nèi)的平均流速v可按下式計(jì)算：

v=1/n×R2/3I1/2。

其中，n為溝壁或管壁的粗糙系數(shù);R為水力半徑，R=A/ρ，ρ為過(guò)水?dāng)嗝鏉裰埽籌為水力坡度，無(wú)旁側(cè)入流的明溝，水力坡度可采用溝的底坡;有旁側(cè)入流的明溝，水力坡度可采用溝段的平均水面坡降。

3)集水池容積計(jì)算。

集水池容積計(jì)算目前尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定。由于道路雨水徑流時(shí)，初期雨水含污量較高，而后期雨水較為清潔[4]，因此，只需將初期雨水產(chǎn)生的徑流進(jìn)行調(diào)控，即可除去大部分污染物，而后較為干凈的雨水則可直接排出。初期雨水量的確定，按照相關(guān)的研究資料[4,5]或規(guī)范[6,7]主要從降雨深度或降雨歷時(shí)兩個(gè)方面確定，研究結(jié)論為15 mm～30 mm降雨深度的集水量或降雨初期5 min～30 min的集水量。降雨量多、初期降雨強(qiáng)度大的地區(qū)選用低值，反之選用高值。

1.5 其他方面防護(hù)設(shè)計(jì)

1)提高水源保護(hù)區(qū)道路橋梁的護(hù)欄防護(hù)等級(jí)，以防止事故車輛沖出道路，造成油污、危化品泄露在路基、橋梁以外。

2)在跨越水源保護(hù)區(qū)的橋梁兩側(cè)設(shè)置防落物網(wǎng)，避免車輛裝載的貨物落入河道。

3)在路線位于水源保護(hù)區(qū)路段設(shè)置飲用水水源地保護(hù)區(qū)標(biāo)志、限速標(biāo)志。在臨河、橋梁或其他敏感路段設(shè)置事故應(yīng)急聯(lián)系告示牌，注明相應(yīng)公路管理部門、消防部門和環(huán)保部門的聯(lián)系電話。

2 施工階段的防護(hù)措施

2.1 施工組織

1)施工場(chǎng)地，包括施工營(yíng)地、堆料場(chǎng)、拌合站、預(yù)制梁場(chǎng)等不得設(shè)在飲用水源保護(hù)區(qū)內(nèi)。瀝青、涂料等有毒有害物資不得存放在保護(hù)區(qū)內(nèi)。

2)施工盡量選擇在旱季、枯水期進(jìn)行。同時(shí)做好防水、排水等防雨措施，以避免雨水沖刷建筑材料，產(chǎn)生污水。

3)科學(xué)合理進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)，減少施工作業(yè)面。采用先進(jìn)的施工工藝和機(jī)械設(shè)備，縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，降低出現(xiàn)跑冒滴漏的幾率。

2.2 施工防護(hù)方案

1)橋梁樁基鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生的泥漿、鉆渣不得流入河流，泥漿池應(yīng)有防滲設(shè)施。

2)混凝土澆筑施工，模板需牢固可靠，避免跑模致使混凝土泄漏。混凝土養(yǎng)護(hù)水、沖洗水等施工廢水需收集至污水池進(jìn)行處理，不可直接排放。

3)隧道施工過(guò)程中，采取超前探水和防堵水措施，防止地下水流失。

4)隧道出渣應(yīng)隨出、隨運(yùn)，嚴(yán)禁在保護(hù)區(qū)內(nèi)隧道進(jìn)出口附近堆放。隧道棄渣盡量利用，以減少棄渣量，一般可作為路基填料使用，對(duì)強(qiáng)度滿足混凝土粗骨料要求的出渣，進(jìn)行粉碎篩分后作為混凝土骨料使用。

5)運(yùn)輸建筑材料、渣土、廢棄物的車輛采用密閉運(yùn)輸，嚴(yán)禁超速、超載，避免泄漏、遺撒、揚(yáng)塵。

6)施工完成后，將施工材料和廢棄物清理干凈，施工場(chǎng)地恢復(fù)原貌。

2.3 施工污水處理方法

施工廢水收集至污水池集中處理，處理過(guò)程包括沉淀、除油、過(guò)濾、化學(xué)處理等工序。處理后的廢水可重復(fù)使用，達(dá)標(biāo)后可排放。廢油和被油污染的土壤應(yīng)由有資質(zhì)的單位進(jìn)行處理。

3 運(yùn)營(yíng)階段的防護(hù)管理

1)制定科學(xué)合理、切實(shí)可行的水源保護(hù)區(qū)內(nèi)公路運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品事故的應(yīng)急預(yù)案，設(shè)立應(yīng)急處治小組，定期進(jìn)行人員應(yīng)急培訓(xùn)和演練，配備吸油氈、圍油欄、滅火器、消防沙等應(yīng)急物資。

2)加強(qiáng)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)公路路段的巡查養(yǎng)護(hù)工作，在臨河路段、橋梁位置設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)專人值守。

3)對(duì)經(jīng)過(guò)水源保護(hù)區(qū)的運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品車輛采取限制性通行措施，特殊情況可采取專車陪同押送。押送車輛配備應(yīng)急物資，一旦反生事故，可以及時(shí)處治。

4)做好應(yīng)急設(shè)備和雨水處理站的日常維護(hù)、管理、保養(yǎng)工作，確保設(shè)備、器材時(shí)刻處于完好有效狀態(tài)，一旦發(fā)生事故，能及時(shí)發(fā)揮作用。

5)加大水源保護(hù)區(qū)內(nèi)公路路段清掃頻率，降低初期雨水污染程度。定期清理路面邊溝，保證邊溝排水通暢。

4 工程實(shí)例

貴州某二級(jí)公路跨越打邦河，河流為飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)，不通航。主橋上部結(jié)構(gòu)采用1-120 m下承式鋼管混凝土系桿拱橋，主橋墩采用空心矩形墩，位于河道水面以外，上部結(jié)構(gòu)采用無(wú)支架纜索吊裝施工方案。該方案能夠保證橋梁施工過(guò)程中河道水體不受污染。在飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)路段設(shè)置雨水徑流收集系統(tǒng)和雨水處理站，護(hù)欄防撞等級(jí)采用SS級(jí)，橋梁設(shè)置防落物網(wǎng)。

1)設(shè)計(jì)徑流量及排水設(shè)施。

通過(guò)設(shè)置路面排水溝，將路面徑流和橋面徑流合并處治。飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)路段長(zhǎng)度1 540 m，路基寬度12 m，瀝青混凝土路面，橋梁位于下坡路段，按照規(guī)范要求的3年暴雨重現(xiàn)期，5 min降雨強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，可得保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)徑流量。路面邊溝采用漿砌片石矩形邊溝，橋梁段采用架設(shè)于蓋梁端部的混凝土縱向排水槽。設(shè)計(jì)徑流量及排水設(shè)施尺寸計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)區(qū)路段設(shè)計(jì)徑流量和排水設(shè)施表

2)雨水處理站。

根據(jù)路線縱斷和沿線地形，在縱斷低處設(shè)置1座雨水處理站。其集水池容積分別按照初期降雨降水歷時(shí)5 min和降雨深度15 mm的集水量進(jìn)行計(jì)算，水生物濾池容積取二者計(jì)算結(jié)果較高值并考慮生物吸收氧化富余量，應(yīng)急池容積取運(yùn)輸危險(xiǎn)品車輛在暴雨天氣下發(fā)生翻車泄露的極端情況下，應(yīng)急池需收集污染物與雨水的混合液體的總體積，并參照現(xiàn)行《矩形鋼筋混凝土蓄水池》圖集(05S804)中所列標(biāo)準(zhǔn)蓄水池尺寸確定。設(shè)計(jì)容積計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 雨水處理站設(shè)置一覽表

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在公路工程跨越飲用水水源保護(hù)區(qū)的情況越來(lái)越多，在公路工程施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)水源保護(hù)區(qū)的防護(hù)非常重要，需要從設(shè)計(jì)方案開(kāi)始采取全過(guò)程的防護(hù)措施，包括公路排水設(shè)施的設(shè)計(jì)，以及防護(hù)措施在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的落實(shí)。本文采取的設(shè)計(jì)方案可為同類項(xiàng)目的建設(shè)提供參考。