鐵路隧道洞渣環(huán)境危害識(shí)別與處理研究

劉 珺，趙澤亞

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

近年來(lái)我國(guó)鐵路建設(shè)快速發(fā)展，面臨大量隧道洞渣的合理處置問(wèn)題，尤其是橋隧比高、地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)鐵路，隧道洞渣處置事關(guān)沿線生態(tài)環(huán)境和鐵路安全運(yùn)行?？茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)靥幹盟淼蓝丛?，需先行識(shí)別洞渣類型，根據(jù)類型選擇適用的處置方式，將綠色鐵路理念貫穿于棄渣場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)監(jiān)測(cè)中。

1 隧道洞渣對(duì)環(huán)境的主要危害

隧道洞渣是鐵路隧道施工工程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物，主要環(huán)境危害可分為以下4類。

（1）侵占土地或農(nóng)田，造成生態(tài)破壞。鐵路建設(shè)項(xiàng)目產(chǎn)生的棄渣量比較大，需建設(shè)多個(gè)棄渣場(chǎng)進(jìn)行堆置防護(hù)。棄渣場(chǎng)建設(shè)會(huì)占用土地資源，破壞地表植被，可能導(dǎo)致受影響地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，生態(tài)景觀破壞[1-2]。

（2）破壞土壤結(jié)構(gòu)，污染土壤和周邊水體。棄渣場(chǎng)建設(shè)會(huì)擾動(dòng)和破壞原土層。巖石碎塊或風(fēng)化巖與地表土壤混合，會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)、pH值、有機(jī)物含量及微生物種群的改變。有些隧道洞渣含有重金屬等有害物質(zhì)，在降水沖刷淋溶作用下易造成土壤和地下水污染[3-4]。

（3）造成水土流失，引發(fā)自然災(zāi)害。隧道施工產(chǎn)生的渣體質(zhì)地疏松破碎，棄渣在施工、運(yùn)輸和貯存的過(guò)程中難免造成損失，是鐵路建設(shè)項(xiàng)目中極易發(fā)生水土流失的因素之一[3]。嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成土壤養(yǎng)分及水分損失，肥力下降，影響植物生長(zhǎng)，還可能會(huì)淤積河道，影響行洪，棄渣本身也可能成為滑坡、泥石流等自然災(zāi)害的物質(zhì)源，處理不當(dāng)會(huì)誘發(fā)自然災(zāi)害，威脅道路、橋梁、水利等設(shè)施的安全[2]。

（4）富含特殊物質(zhì)的隧道洞渣會(huì)產(chǎn)生特殊的環(huán)境危害。當(dāng)隧道線路穿越金屬礦區(qū)、非金屬礦區(qū)及放射性礦區(qū)時(shí)，該類棄渣可能具有可燃性、放射性和腐蝕性等環(huán)境危害[5]，如某高速公路隧道穿越鉛鋅礦，隧道開(kāi)挖棄渣中含有鉛、鋅、鎘等金屬礦及伴生礦，堆積的棄渣造成當(dāng)?shù)氐乇硗寥?、農(nóng)作物重金屬含量超標(biāo)；某隧道含硫炭質(zhì)頁(yè)巖棄渣施工過(guò)程中發(fā)生自燃現(xiàn)象等[6-7]。因此，當(dāng)隧道施工穿越礦產(chǎn)分布區(qū)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周圍環(huán)境、區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)生活環(huán)境的監(jiān)測(cè)[2,8]。

2 隧道洞渣環(huán)境危害識(shí)別方法與檢測(cè)

2.1 特殊隧道洞渣的施工前期識(shí)別

在施工前應(yīng)對(duì)隧道穿越的地質(zhì)條件開(kāi)展充分的地質(zhì)勘探和調(diào)研，開(kāi)展對(duì)隧道施工產(chǎn)生的隧道洞渣類型的識(shí)別檢測(cè)，預(yù)估隧道洞渣的性質(zhì)和影響，優(yōu)先考慮隧道洞渣的綜合利用。

經(jīng)勘探和調(diào)研，對(duì)于可能含有毒有害物質(zhì)的特殊隧道洞渣，應(yīng)在施工前期開(kāi)展針對(duì)性的識(shí)別排查，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。特殊隧道洞渣依據(jù)法律規(guī)定和《固體廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)通則》(GB 34330—2017)判斷和鑒別。列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》的屬于危險(xiǎn)廢物，不需要進(jìn)行危險(xiǎn)特性鑒別；未列入名錄，但不排除具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性等危險(xiǎn)性質(zhì)的，依據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5085—2019)和《危險(xiǎn)廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》(HJ 298—2019)進(jìn)行鑒別，凡是具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性等1 種或1 種以上危險(xiǎn)特性，屬于危險(xiǎn)廢物[9-10]；對(duì)于未列入名錄或根據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》無(wú)法鑒別且有可能造成人體損傷和環(huán)境危害的隧道洞渣，由國(guó)務(wù)院環(huán)境保護(hù)行政主管部門組織專家認(rèn)定；放射性巖區(qū)或產(chǎn)生疑似含放射性的隧道洞渣，還應(yīng)進(jìn)行放射性檢測(cè)。

隧道洞渣的環(huán)境危害檢測(cè)數(shù)據(jù)還應(yīng)與排放污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、隧道內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、周邊土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及施工產(chǎn)生的噪聲振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，進(jìn)行環(huán)境危害綜合識(shí)別[11-12]；施工期還應(yīng)進(jìn)行隧道洞渣復(fù)核監(jiān)測(cè)。

2.2 快速識(shí)別檢測(cè)方法

鐵路規(guī)劃經(jīng)過(guò)地質(zhì)條件復(fù)雜和交通不便的區(qū)域，常規(guī)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的周期和效率難以充分滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的需要。原位監(jiān)測(cè)起源于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，在不擾動(dòng)或基本不擾動(dòng)土層的條件下，對(duì)土層進(jìn)行測(cè)試獲取土壤質(zhì)量指標(biāo)的方法，具有快速、非破壞、大面積的特點(diǎn)，可用于土壤污染物監(jiān)測(cè)[13]。在當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系下，原位監(jiān)測(cè)技術(shù)大多處于試驗(yàn)階段。隧道施工監(jiān)測(cè)時(shí)，可先用原位監(jiān)測(cè)進(jìn)行前期摸底調(diào)查，然后重點(diǎn)選擇異常點(diǎn)或面，用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行深入監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)與常規(guī)監(jiān)測(cè)的互補(bǔ)。目前常用的原位快速識(shí)別檢測(cè)方法主要包括以下幾種。

（1）便攜式氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)檢測(cè)。便攜式GC-MS 聯(lián)用儀輕便體積小，與常規(guī)GC-MS 相比，監(jiān)測(cè)場(chǎng)所要求低，可用于有機(jī)化合物的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，在一定條件下能夠提供準(zhǔn)確的定性、半定量化分析數(shù)據(jù)；但相對(duì)于水和空氣，土壤樣品前處理步驟較為繁瑣。

（2）便攜式X射線熒光光譜分析。便攜式X射線熒光光譜分析簡(jiǎn)稱XRF技術(shù)，利用初級(jí)X射線光子或其他離子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生次級(jí)X射線，不同受激發(fā)的物質(zhì)產(chǎn)生具有特定的能量或波長(zhǎng)的次級(jí)X射線，根據(jù)該特性進(jìn)行成分分析，確定物質(zhì)中微量元素的種類和含量。

（3）生物發(fā)光技術(shù)。生物發(fā)光是指生物體內(nèi)的發(fā)光蛋白通過(guò)消耗能量物質(zhì)而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。尤其是土壤中微生物能夠根據(jù)土壤中重金屬含量發(fā)出不同強(qiáng)度的光，根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)土壤中重金屬含量[14]，體現(xiàn)污染物對(duì)生命個(gè)體的影響及毒性效應(yīng)[15]。生物發(fā)光技術(shù)具有非放射性、高靈敏性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，但仍處于科研階段。

（4）高光譜遙感成像技術(shù)。通過(guò)研究地表物質(zhì)的光譜特性，從地物光譜特征上獲取表征地物的特征光譜區(qū)間和參數(shù)，是利用成像光譜儀探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行地物分析的主要方法之一。既可以對(duì)特定時(shí)間及區(qū)域的土壤重金屬污染開(kāi)展定位監(jiān)測(cè)，也可以疊加影像分析不同時(shí)間尺度下土壤成分、植被等變化情況[13,16-17]。

因此，利用快速識(shí)別技術(shù)，綜合實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測(cè)，能夠獲得準(zhǔn)確的隧道洞渣理化性質(zhì)，結(jié)合前期勘探數(shù)據(jù)和地質(zhì)研究結(jié)果，有利于后期隧道洞渣的科學(xué)處置。

3 棄渣處理方法

經(jīng)過(guò)危害性鑒別后，屬于危險(xiǎn)廢物的棄渣應(yīng)根據(jù)其特性進(jìn)行處理，一般可采用焚燒、物理化學(xué)、填埋等方法；具有放射性的棄渣，應(yīng)根據(jù)其輻射特性進(jìn)行差異化處理；經(jīng)鑒別后不屬于危險(xiǎn)廢物范疇的普通棄渣，一般應(yīng)依照相關(guān)規(guī)定和原則設(shè)置棄渣場(chǎng)進(jìn)行堆置防護(hù)處理[18-19]。

3.1 危險(xiǎn)棄渣填埋處理

危險(xiǎn)棄渣填埋技術(shù)適用于不能回收利用的特殊棄渣，處理后棄渣的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)需滿足《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18598—2019) 規(guī)定限值要求[20]，最終運(yùn)往填埋場(chǎng)填埋處理。

3.1.1 填埋場(chǎng)的選址原則

（1）填埋場(chǎng)的選址應(yīng)當(dāng)依法合規(guī)。

（2）填埋場(chǎng)應(yīng)選擇相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，防止人為或自然因素導(dǎo)致填埋場(chǎng)被破壞。

（3）填埋場(chǎng)應(yīng)遠(yuǎn)離自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、農(nóng)業(yè)保護(hù)區(qū)等需要特別保護(hù)的區(qū)域。

（4）填埋場(chǎng)選址不得影響行洪，應(yīng)遠(yuǎn)離自然水體，并設(shè)置遮雨裝置、截排水溝、覆蓋層、防滲層等防護(hù)設(shè)施，防止對(duì)自然水體造成污染。

（5）填埋場(chǎng)應(yīng)有足夠的容量以保證可以充分容納工程產(chǎn)生的危險(xiǎn)棄渣。

（6）填埋場(chǎng)廠址應(yīng)優(yōu)先選擇交通方便、運(yùn)距較短的地區(qū)。

（7）可以利用工業(yè)固體廢物填埋場(chǎng)、廢礦井等設(shè)施，改造為危險(xiǎn)棄渣的填埋場(chǎng)。

3.1.2 危險(xiǎn)棄渣填埋場(chǎng)的運(yùn)行管理

應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)棄渣填埋場(chǎng)進(jìn)行有效的維護(hù)，保證填埋場(chǎng)及其設(shè)施設(shè)備正常運(yùn)行，做好相關(guān)記錄，對(duì)滲出物進(jìn)行妥善處理。此外，還應(yīng)對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，通常包括滲濾液監(jiān)測(cè)和地下水監(jiān)測(cè)。

（1）滲濾液監(jiān)測(cè)?？梢岳锰盥駡?chǎng)的集水井對(duì)填埋場(chǎng)的滲濾液進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包括水位監(jiān)測(cè)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果須能充分體現(xiàn)填埋場(chǎng)滲濾液現(xiàn)狀及其變化情況。采樣頻率應(yīng)考慮填埋物特性、覆蓋層情況和降水因素等條件綜合確定，至少每月1次。

（2）地下水監(jiān)測(cè)。利用監(jiān)測(cè)井對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可使用三維監(jiān)測(cè)的方法，在上游設(shè)置至少1 個(gè)監(jiān)測(cè)井來(lái)取得水源水質(zhì)的背景值，下游設(shè)置至少3 個(gè)監(jiān)測(cè)井對(duì)地下水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將下游水質(zhì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果與背景值相對(duì)比，以評(píng)估填埋場(chǎng)對(duì)地下水的影響情況。

3.2 棄渣場(chǎng)表面密封壓實(shí)處理

該方法常用于可燃性棄渣的處理，其原理是通過(guò)隔絕可燃性棄渣與空氣中氧氣的接觸，破壞可燃物燃燒的3個(gè)必要條件中的助燃條件，以達(dá)到防火的目的。具體做法：對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行封場(chǎng)處理，在棄渣場(chǎng)堆渣之后，于表層分層覆蓋黏土。覆蓋首層黏土后進(jìn)行壓實(shí)處理，再覆蓋第2 層黏土進(jìn)行平整處理，覆土的量和坡度不得影響棄渣場(chǎng)本身的穩(wěn)定性。在棄渣與山體、地面接壤之處使用土工袋與土工布，使渣體與周圍隔離。該方法在覆土保持較濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)封閉效果較好，需要及時(shí)養(yǎng)護(hù)[7]。除可燃性棄渣之外，當(dāng)棄渣含有重金屬元素、放射性元素時(shí)，也應(yīng)采取此方法進(jìn)行覆蓋隔水處理，減少滲濾液的產(chǎn)生，降低二次污染發(fā)生的可能性。

3.3 放射性棄渣的近地表處置

近地表處置方法適用于低水平放射性的棄渣。該技術(shù)是指將放射性棄渣放置于地表表面，或者地表表面以下一定深度的封閉設(shè)施中進(jìn)行處理，并設(shè)置必要的多重工程隔離屏障，以保證有效屏蔽放射性棄渣產(chǎn)生的輻射，主要設(shè)計(jì)參數(shù)有處置容量、總活度、屏蔽設(shè)施、防滲設(shè)施等[21-22]。

3.4 普通棄渣處理

經(jīng)鑒別后不屬于危險(xiǎn)廢物范疇的棄渣可以視為普通棄渣，通常設(shè)置棄渣場(chǎng)堆置處理。對(duì)于存在水土流失隱患或失穩(wěn)滑坡風(fēng)險(xiǎn)的棄渣場(chǎng)，需加強(qiáng)棄渣場(chǎng)的日常維護(hù)和管理，對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行必要的水土流失監(jiān)測(cè)(主要包括侵蝕面積、侵蝕程度、侵蝕強(qiáng)度、侵蝕量等)和渣場(chǎng)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，還可以采用遙感技術(shù)開(kāi)展定位監(jiān)測(cè)[23-24]。

4 結(jié)論

鐵路隧道工程很難避開(kāi)含煤區(qū)、含有毒有害物質(zhì)的巖區(qū)、放射性花崗巖區(qū)、銅礦區(qū)和硫鐵礦區(qū)等特殊地層，從而會(huì)影響隧道洞渣性質(zhì)，快速準(zhǔn)確檢測(cè)識(shí)別和科學(xué)處置有害隧道洞渣對(duì)保護(hù)周邊環(huán)境至關(guān)重要。建議在施工前，根據(jù)隧道洞渣產(chǎn)量及類型規(guī)劃洞渣臨時(shí)堆放區(qū)、運(yùn)輸路線及滿足條件的棄渣場(chǎng)。當(dāng)施工發(fā)現(xiàn)地層、巖土狀況與前期勘探數(shù)據(jù)有差異時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行方案調(diào)整，必要時(shí)應(yīng)制訂應(yīng)急預(yù)案、開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)。在棄渣場(chǎng)建設(shè)和恢復(fù)時(shí)期，可以開(kāi)展長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)植被恢復(fù)和重建，采取有效措施降低棄渣對(duì)環(huán)境的影響。