黄土沟壑区铁路隧道施工废水采样分析及处理对策

桂浩尧,颜　瑾

(1.西安铁路局，陕西 西安　710054；2.西安市长安区环保局监测站，陕西 西安　710100)



黄土沟壑区铁路隧道施工废水采样分析及处理对策

桂浩尧1,颜瑾2

(1.西安铁路局，陕西 西安710054；2.西安市长安区环保局监测站，陕西 西安710100)

摘要：为解决黄土沟壑区隧道施工引起水源地污染导致工程停工的问题，通过对某铁路隧道工程中施工废水的沿途采样分析，提出黄土沟壑区隧道施工废水主要超标指标为浊度和色度，主要污染途径为施工废水在排放过程中携带了径路上的泥沙等胶体悬浮物，并据此优化了原有的沉淀池处理方案，采用混凝沉淀对该黄土沟壑区铁路隧道施工废水进行了处理，并取得了良好的处理效果。

关键词：铁路隧道；施工废水；处理

“十二五”期间，我国的铁路建设取得了长足的发展，路网规模和质量都有了很大的提高。全国铁路网规模持续扩大，营业里程已达12．1万km，其中高速铁路超过1．9万km，“四纵四横”高速主骨架基本建成[1]。在下一个五年中，党的十八届五中全会《决议》[2]中提出了要坚持绿色发展的理念，要求铁路建设更加注重生态环境保护工作，形成人与自然和谐发展的格局。在铁路建设中，铁路隧道穿越崇山峻岭把大山两边的世界联系起来。在带来交通便捷的同时，如何妥善处理好铁路隧道施工与水源保护区、森林公园等环境敏感点的保护成为一个亟待解决的问题。如何通过工程措施有效控制施工中污染物的排放，对于推进铁路建设科学、可持续发展，构建和谐的人与自然环境有很强的现实意义。

本文对某黄土沟壑区铁路工程中如意隧道进行研究。该隧道位于黄土台塬区，根据地勘资料隧道围岩多为砂岩、泥岩等，围岩级别以Ⅳ级为主。隧道为双线隧道，全长9 808 m，是全线的控制性工程。施工过程中设4座斜井作为辅助坑道，进、出口及斜井共同掘进，Ⅳ级围岩采用台阶法或短台阶法施工，Ⅴ级围岩采用三台阶七部开挖法或三台阶临时仰拱法施工。以该隧道施工废水为控制对象，以物理化学法为主要技术手段，以达标排放和经济合理为处理原则，对山区铁路隧道施工废水处理方法进行了研究，优化了处理方案。

1现场问题及来源分析

施工过程中施工单位在1#斜井出口设置了2座300 m3沉淀池，施工废水经沉淀后沿沟谷自流排放。排放的施工废水流经徐水沟上游流入当地第二饮用水源地红旗水库引起部分水域水面颜色变为红色，群众多次向当地环保部门投诉。经环保部门现场核实、调查、取证，两次致函现场项目管理机构，要求如意隧道1#斜井停止施工并采取有效措施处理施工废水。

隧道施工废水来源主要有三类：一是施工过程中各工序产生的废水；二是伴随施工过程的隧道涌水和围岩渗水；三是施工人员产生的生活污水[3]。

2水质采样分析

2.1采样点选择

共选择5个采样点，采样点1～5分别为：1#斜井正洞掌子面、1#斜井洞口、桥头河村村头108国道桥下、徐水沟汇入红旗水库处、红旗水库下游大坝附近取水口(图1)。

图1　采样点位示意图

2.2水质分析

按照文献[4]进行检测，选择色度、浊度、pH值、Ca2++Mg2+、CODMn作为评价指标。

(1) 色度和浊度(表1)。

表1　隧道施工废水色度和浊度随径流变化的比较

1号采样点水样的色度和浊度与5号采样点一致，明显优于2至4号采样点。说明掌子面水样的色度和浊度指标优于沿途其他采样点。2号、3号采样点浊度值大于1 000，而4号采样点虽然浊度较低但呈乳白色，说明水样中细微悬浮物或胶体物较多。

(2) pH值。5个采样点的pH值均在8.05至9.04之间，呈弱碱性。变化幅度较小(图2)。

图2　隧道施工废水pH值随径流变化的比较

(3) Ca2++Mg2+。水的硬度在掌子面和流入水库后较大，在径流的过程中较小(图3)。

图3　隧道施工废水硬度随径流变化的比较

(4) CODMn。CODMn在1.01mg/L-1至1.93 mg/L之间变化幅度较小，并符合I类水体要求。同时随着排水径流长度的增加呈显著上升趋势(图4)。

图4　隧道施工废水CODMn随径流变化的比较

2.3污染物的来源

(1) 浊度。主要是钻爆法施工中，机具钻眼及爆破产生的微小颗粒物及粉尘与隧道出水混合，加之散落的石块在作业过程中受碾压破碎进入隧道排水造成。

(2) pH值。主要是混凝土施工引起排水的酸碱度的变化，

(3) Ca2++Mg2+。主要是来自隧道围岩经爆破、碾压进入水体。

(4) CODMn。施工过程中施工机械以及突发的设备漏油产生油污以及工人在施工作业的过程中产生的有机污染物。其中油类是化学污染物的主要成分，其排放浓度与施工管理及机械养护关系密切[5]。

3处理方案

3.1工艺选择

鉴于施工现场场地狭窄，施工便道运输条件较差，根据水质分析结果和蒋红梅等人的研究，以及祝捷[6]、陈培帅[7]、靳李平[8]等人对处理工艺的探索选择物理化学处理工艺进行处理，同时对处理后的出水进行有组织排放。

3.2工艺流程

废水处理工艺流程见图5所示。

图5　废水处理工艺流程

根据现场排水量监测数据，采用地下水动力学法计算，如意隧道1#斜井施工正常涌水量估算为6 300 m3/d，设计处理能力按Q=300 m3/h计算，每日24 h连续运行。斜井洞口至废水处理站采用铸铁排水管排水，在坡度较大段落及管道转弯处设置混凝土抗滑支墩。隧道施工废水进入处理站后经平流式沉砂池去除较重的无机颗粒后，经混合池加药絮凝搅拌，流入隔油沉淀池，混凝沉淀后的废水经过砂滤罐、活性炭滤罐深度处理达到文献[9]的一级标准后进入回用水池，处理后废水部分回用，其余部分经6 km长的d300 mm铸铁管排放至红旗水库下游泄洪渠内。

沉砂池和隔油沉淀池外设置集油筒，桶内含油排渣等定期收集后，运至地方环保部门指定地点填埋、焚烧处理。沉砂池与隔油沉淀池应及时进行清淤，沉砂运至隧道弃渣场填埋。

根据砂滤罐、活性炭滤罐的运行情况，及时对滤料进行反冲洗。反冲洗用水采用回用水池贮存水，反冲洗出水经废水泵井抽升至混合池处理。

当隧道涌水量大于处理构筑物能力时，应暂停施工，及时进行封堵作业。

3.3主要构筑物

采用平流式沉砂池，两格设计，采用人工排砂，去除大粒径颗粒。隔油沉淀池有效水深2 m，按水力停留时间2 h计算，用于油水分离，泥砂沉淀。砂滤罐、活性炭滤罐用于废水深度处理，确保达到一级排放标准。

3.4处理药剂及投加设备

在混合池和气浮池前设一体化自动加药装置，根据水质检测报告，进水呈弱碱性，采用PAC作为混凝剂，同时适量投加酸性中和剂或PAM作为助凝剂。加药机采用一体化自动加药装置。

3.5其他注意事项

废水处理站在隧道洞外的选址不应影响隧道正线施工。同时应采取修建排水管(沟)等设施避免混入作业场区的其他生产、生活污水，确保满足处理设施的最大处理能力。

同时，施工过程中要做好隧道内水仓及排水沟的隔离措施，及时清碴。斜井洞口至废水处理站间的排水管路应结合实际地形铺设，在坡度较大段落及管道转弯处设置抗滑支墩,采用180°混凝土基础，以保证管道运行安全。废水处理站场地应达到地基承载力100 kPa以上。

4处理效果

按照文献[10]的要求，对出水进行检测，检测结果显示处理后的出水适用于预应力混凝土、钢筋混凝土、素混凝土的拌和(表2)。

表2　处理后出水水质

5结论及建议

(1) 水中污染物以无机物为主,有机污染物含量较少；浊度为主要的超标指标。正洞掌子面水质好于其他各采样点的水质。

(2) 隧道掘进施工并不会直接对水质造成污染，主要的污染途径是施工废水在排出的过程中携带的流径线路上的泥沙等悬浮物。

(3) 通过混凝沉淀、气浮、过滤等处理工艺，出水水质满足达标排放要求。

(4) 采取有组织排水措施能够有效降低施工废水在径流过程中引入其他污染物加重污染。

(5) 结合利用水泥处理公路隧道施工废水的探索，从降低处理成本的角度可考虑用水泥代替PAC、PAM进行进一步研究[11-12]。

〔参考文献〕

[1]孙永福.阔步迈向铁路现代化[J].铁道学报,2016(1):1.

[2]新华社北京电.中国共产党第十八届中央委员会第五次全体会议公报[J].交通财会, 2015(11):45.

[3]徐志嫱.山岭隧洞施工废水处理方法探讨[J].给水排水，2013,39(3)：57-60.

[4]TB 10104-2003，铁路工程水质分析规程[S].

[5]郑新定,丁远见.隧洞施工废水对水环境的影响分析及应对措施[J].现代隧洞技术，2007(12):44.

[6]祝捷.引汉济渭工程输水隧洞施工废水处理工艺研究[J].铁道工程学报,2014(6):109-113.

[7]陈培帅，季铁军.絮凝剂在隧道施工废水处理中的应用研究[J].公路交通技术,2012(2):138-140.

[8]靳李平，李厚峰，金鹏康，等.秦岭输水隧洞施工期废水水质评价及工艺研究[J].环境科学与技术,2013,36(6):155-158.

[9]GB 8978-1996，污水综合排放标准[S].

[10]TB 10424-2010，铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].

[11]桂浩尧.公路施工废水污染控制研究[D].西安:长安大学，2007.

[12]刘萍.水泥+PAC处理隧道施工废水技术研究[D].西安:长安大学，2011.

收稿日期：2016-03-30；修改日期：2016-04-15

作者简介：桂浩尧(1981-)，男，山西沁县人，硕士，西安铁路局工程师．

中图分类号：U455

文献标识码：A

文章编号：1673-5781(2016)02-0244-03