水源保护区长大隧道施工水污染防治与处理

张开腾

中交一公局厦门工程有限公司

1 引言

隧道项目在施工建设的过程中，需要有针对性地开展区域水体应对、防范等相关方面的工作。从过往经验来看，隧道施工与水体环境应对之间存在着较为密切的联系，基于这种内在的关联性，施工人员应当转变思路，认真做好施工方案的设立与调整工作。例如，在水源保护区内进行隧道施工的过程中，如果没有采取恰当的施工技术手段，势必引发环境污染等问题，产生污染物。有些甚至带有重金属等污染成分未经处理，在地表下渗过程中若地层过滤净化性能不足，导致污水渗入下游地表水径流，将严重影响城市水源取水点的水质，给生态及人们生产生活环境带来严重负面影响。

2 项目背景

2.1 工程简介

三明莆炎高速YA17合同段文笔山2号隧道为分离式特长隧道，左洞起讫桩号为ZK223+394~ZK228+180，全长4786m，最大埋深660m，右洞起讫桩号为YK223+375~YK228+135，全长4760m，最大埋深670m。隧道进、出口分别位于东牙溪、薯沙溪饮用水二级水源保护区；隧道进口左、右幅线间距约为20.9m，隧道出口左、右幅线间距约为31.5m。隧道左、右幅纵坡为-1.86%。

2.2 水文及地质

文笔山2号隧道位于东牙溪、薯沙溪二级水源保护区内，在三明市沙溪河最上游，东牙溪水库是三明市区30万居民的重要生活饮用水源地，每天向市区输送生活用水大约2.8万吨。东牙溪主河道全长30余公里，全流域面积188km2，水源地保护区面积184km2，保护区内涉及16个行政村，总户数2692户，总人口11500人，有耕地面积1252亩，果园450公顷，林地面积11787公顷。

3 水环境污染的污染源分析

3.1 洞外场地水污染的特点及污染源分析

洞外场地水主要包括洞顶截水沟排水、洞口段临建场地汇集水以及施工便道排水，洞外场地的污染主要是前期进场隧道施工场地建设以及施工阶段场地径流雨水的污染，常常会伴随粉尘以及场地油渍污染等，其存在以下特点：污染强度低、水质变化不大、随着降雨量的增多以及场地污染数量的减少，其对环境的污染程度会大大减少，而影响场地污染强度的主要因素有天气状况、场地的清扫和维护状况。

3.2 洞内水污染的特点及污染源分析

隧道项目施工过程中，在钻孔施工环节，会生产大量的岩土泥浆，这些泥浆的如果没有得到科学处理，将会产生一定的量的废水，这些废水对于环境产生较大的破坏作用。其存在以下特点：污染强度高、水质变化大、存在的突发性和不确定性危害大，若洞内在施工过程中泄露了大量的油污而又没得到及时的清理，油污会伴随隧道涌水以及施工用水一起排出洞外，如果没能及时处理，将会对水源保护区造成很大的危害，因此控制难度大。

4 水污染防止措施

4.1 施工场地及施工便道污染控制措施

（1）涉水源保护区施工人员依托水源保护区内居民生活设施，若有需要则对现有污水处理系统进行升级改造。

（2）施工场地周边设置临时围挡，施工场地外围设置截水沟，施工便道设置边沟。截水沟汇集的地表水是没经过污染的天然水，可以通过边沟直接排至河道里面，施工场地及边沟的初期雨水通过排水沟集中收集后排入回用水池，经沉淀后回用于晒水降尘、植被绿化等。

（3）施工材料堆放采取遮盖和围挡等防雨水冲刷措施；施工场地外围裸露地表及时绿化或用彩条布遮盖，减少水土流失。

4.2 隧道涌水防止与收集

根据地勘资料，文笔山2#隧道可能发生涌水的段落主要位于断层破碎带、侵入接触带和隧道浅埋段，主要补给源一是地表径流水，二是地下承压水。隧道施工时，隧道涌水中主要为清净地下水，因接触岩屑、粉尘等污染物，经人工扰动，变成污水。治理原则“以堵为主”。开挖前，采取超前预注浆措施加固地层并堵水；二次衬砌环向施工缝采用背贴式+中埋式，纵向采用中埋橡胶止水带，隧道防水充分利用混凝土衬砌结构自防水能力，减少隧道涌水。具体处理措施如下。

（1）隧道内通过设置环向或者纵向盲管等结构，对施工区域的地下水进行汇总处理，将地下水疏导到侧向排水沟内。排水沟内与隧道掌子面连接，借助水泵等排水设备，将污水快速排出，经处理达标后排放。

洞内污水采用分级抽排的方式，即沿侧式排水沟每150m设置一处中间集水池，相邻集水池通过污水管道连接，汇集在掌子面附近的污水通过污水管道、中间集水池利用水泵分级提升至洞外，经污水处理系统处理达标后排放。

（2）隧道掌子面的股状涌水，见图1。在隧道出现集中涌水初期未能及时封堵时，设管道直接收集该股状集中涌水，纳入清水管道后，外排至洞外清水沉淀池，沉淀后排入周边水体。该股状集中涌水因设管道收集，未经过掌子面施工的影响，为干净地下水。当涌水稳定后采取封堵措施，降低掌子面污水量。

图1 污水抽排示意图

5 水污染处理

目前我国对施工生产废水的处理做过一些尝试性研究，发现施工废水的主要特点是：固体悬浮物浓度高、pH值较大以及含有油性物质，且此类废水通常采用混凝沉淀的处理方法。本项目采用“五级沉砂集水池-一体化高效污水处理设备-中间水池-多介质过滤器-超滤膜过滤器-清水池”处理工艺，处理后涌水稳定达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的II类水质标准后，回用于施工车辆轮胎清洗、场地及道路洒水降尘、周边林地及农田灌溉等。

5.1 隧道内涌水处理工艺流程

隧道施工涌水自流（顺坡情况下）或通过水泵提升（反坡情况下）排至洞口段，在洞口段至五级沉淀池这一段采用暗沟（混凝土硬化、圆管暗涵或者PVC管道）的形式进入五级沉砂集水池，以免对洞口段土壤及场地造成二次污染，通过自然沉淀作用去除水中砂粒或其他比重较大的无机颗粒，同时通过隔油去除水中部分石油类污染物；末端集水池出水经水泵提升至一体化高效污水处理器，通过草酸调整pH并投加PAC和PAM完成絮凝沉淀反应去除水中大部分的COD、悬浮物和石油类等污染物；出水进入中间水池，经水泵提升进入多介质过滤器，进一步去除水中有机物和悬浮物后，进入超滤膜过滤装置，涌水中含有的微细胶体污染物被截留在膜丝外表面，出水自流进入清水池，达到GB 3838II类水质标准后回用。产生的污泥排入污泥池，浓缩后污泥定期使用罐车外运处置。

排放口设水质在线监测系统，并建设智能监管平台，使环境主管部门及利益相关方可通过手机、电脑等实时监控项目外排涌水水质情况。

5.2 环保信息在线监控：污水站pH自动调节系统建设

因项目五级沉淀池前两级泥沙明显，对pH计电极使用寿命影响较大，故选择在相对清的第四个池进行加药调节。隧道渗漏水经过3级沉淀后通过pH检测仪控制自动加药系统在中和反应池中进行酸碱中和反应，反应池废水通过pH检测仪控制自动加药系统进行酸碱中和反应至pH为6~9范围内时，排放至清水池，再经清水池排放至周边环境中。在清水池排水口安装pH检测仪，监测总排水口废水pH值，如清水池监测的pH不达标则利用潜水泵回流至二级沉淀池，若第二沉淀池的水位达到最大上限时，将未达标的废水暂时排至应急池做应急处理，最后再转至二级沉淀池重新开始处理，直至处理达标后排放。在项目施工过程中因生产污水排放口高度差、水质含油量高、污水池改扩建及现场网线安装困难等原因先后增补了一台7.5kW的搅拌机，一台2.2kW的污泥泵，一套隔油设施，3对网桥设施（含扬尘站的2对），经过工程调试，污水站可以通过控制柜按键实现自动加药在线监测功能。

5.3 隧道内涌水处理平面布置

文笔山2号隧道岩体地质条件较好，根据隧道涌水量计算结果，隧道出口侧废水涌水量为520m3/d~1560m3/d，为加强对水源保护区的水质安全的保护，防止隧道突水、突泥可能对水源保护区产生的影响，隧道涌水处理系统1用1备，处理规模按最大涌水量取值为1600m3/d。

综合考虑施工场地平面布置以及地形条件，文笔山2号隧道出口于隧道左右洞正前面位置设置污水处理系统，于地表径流下游、施工场地低洼处预留场地作为备用涌水系统处理用地

6 应用效果

一体化高效污水处理设备和环保信息在线监控系统的同步应用，彻底解决了水源保护区水污染处理的通病问题。目前已正常运行了一年多时间，从各方面监测数据和现场的情况来看，运行效果良好，排放水质经多次检测全部达标，得到了当地环保部门的一致认可。

7 结论及建议

整个水污染处理系统包括一体化高效污水处理设备和环保信息在线监控系统，采用“五级沉淀池-一体化高效污水处理器-清水池”处理工艺，保障废水得到有效处理，处理后达到一级标准，清水池出水可部分回用至施工区洒水和冲洗。通过环保信息在线监控系统，数据采集器将pH自动处理系统数据接入到现场显示屏上实时展示；线上数据展示通过网络在手机APP上和电脑上显示pH值的实时数据和历史数据。此类污水处理方法，可以为水源保护区类似工程提供借鉴。