水利水電工程隧洞排水處理

張仲偉，閔 洋，呂 琦，胡小燕，生悅誠

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 概述

滇中引水工程由水源工程和輸水工程兩部分組成，在金沙江干流石鼓抽水至高程2035m，其后自流引水至各受水區(qū)，渠首流量135m3/s。大理I段孔隙水、裂隙水及巖溶水均有發(fā)育。其中，香爐山段地層自古生界泥盆系(D)至新生界第四系均有出露，引水線路主要穿越第三系(E)、三疊系(T)、二疊系(P)、泥盆系(D)地層，其間零星分布有不同時期的侵入及噴出巖脈。大理I段的地下水以巖溶水為主，地表巖溶主要以弱勢洼地、漏斗、落水洞為主。巖溶地下水以集中補給為主，地下水在空間上分布不均勻，并主要沿構(gòu)造面(斷層或破碎帶、褶皺軸部或轉(zhuǎn)折端)運移，在盆地邊緣或溝谷中出露地表，泉水的水文動態(tài)變化大。

區(qū)域地表碳酸鹽分布較廣，地表巖溶發(fā)育較強烈，主要發(fā)育于三疊系北衙組灰?guī)r、白云巖、泥盆系康廊組灰?guī)r和第三系灰質(zhì)角礫中，主要巖溶形態(tài)類型有石峰(丘)、石林、石牙、溶蝕洼地、溶溝、溶槽、漏斗和槽谷等地表巖溶形態(tài)，以及落水洞、溶洞、地下管道系統(tǒng)等地下巖溶形態(tài)。特別是強巖溶化地層白衙組灰?guī)r中該類巖溶形態(tài)發(fā)育較為齊全。大理I段評價區(qū)巖溶強烈發(fā)育區(qū)主要位于白漢場、太安、汝寒坪、鶴慶西山、劍川東山、北衙芹河。

滇中引水工程大理I段各隧洞進出口及施工支洞口預測排水強度在28.79～2953.63m3/h之間，施工全線產(chǎn)生強度22799.50m3/h。工程輸水隧洞進出口及各施工支洞洞口所處區(qū)域水體環(huán)境大多為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中Ⅲ類標準，因此隧洞施工排水需經(jīng)處理后達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中一級標準后排放或回用。滇中引水工程引水隧洞斷面最大尺寸為8.3m×10.11m，隧洞排水強度為28.79～2953.63m3/h，同時關(guān)于隧洞排水處理措施國內(nèi)相關(guān)經(jīng)驗較少，本文針對水利水電工程隧洞施工特點和排水情況，對隧洞排水處理方案進行了探討。

2 隧洞排水來源

隧洞工程施工將產(chǎn)生隧洞排水，并且隨著隧洞掘進，埋深增大，隧洞排水量越大。隧洞排水將攜帶大量破碎巖屑以及施工廢水。引調(diào)水工程隧洞施工的排水口較多且分散，廢水產(chǎn)生量較大，廢水中不含有毒物質(zhì)，但懸浮物含量高達4000mg/L，pH值為8～11。

3 隧洞排水處理措施

3.1 處理方案的選擇

隧洞排水處理方案一般對平流式自然沉淀法、輻流式混凝沉淀法、平流式混凝沉淀法3種進行比選。

方案一：平流式自然沉淀法，處理工藝流程如圖1所示。

圖1 平流式自然沉淀法工藝流程圖

高懸浮物的隧洞排水經(jīng)隧洞口提升泵進入預沉池，以除去大顆粒懸浮物，然后進入兩級平流式沉淀池進行自然沉淀，上清液排放，泥沙外運至附近渣場。該處理方案的特點是工藝流程簡單，基建技術(shù)要求不高，運行操作簡單，運行費用少，但為達到較好的處理效果，沉淀池的規(guī)模較大，占地大。

方案二：輻流式混凝沉淀法，處理工藝流程如圖2所示。

圖2 輻流式混凝沉淀法工藝流程圖

高懸浮物的隧洞排水經(jīng)隧洞口提升泵進入預沉池，以除去大顆粒懸浮物，然后進入由加藥間加入混凝劑、助凝劑的混凝反應池，進行絮凝反應，再進入一級輻流式沉淀池進行沉淀，出水排放，泥沙外運至附近渣場。該處理方案的特點是添加了加藥環(huán)節(jié)，處理效果較自然沉淀好，但工藝流程稍復雜，施工難度大，且耐負荷沖擊能力差。

方案三：平流式混凝沉淀法，處理工藝流程如圖3所示。

圖3 平流式混凝沉淀法工藝流程圖

高懸浮物的隧洞排水經(jīng)隧洞口提升泵進入預沉池，以除去大顆粒懸浮物，然后進入由加藥間加入混凝劑、助凝劑的反應池，進行絮凝反應，再進入一級平流式沉淀池進行沉淀，出水排放，泥沙外運至附近渣場。該處理方案的特點是與輻流絮凝沉淀工藝處理效果類似，但施工難度降低，耐負荷沖擊能力提高，而占地面積較輻流絮凝沉淀工藝稍高。

對比上述3種方案，由于隧洞排水初期懸浮物含量高，而中后期含量可能較低，處理負荷變幅大，且滇中引水工程大部分隧洞出口均位于溝箐、山脊，綜合考慮處理效果、場地條件、施工簡便性等方面，推薦采取平流式混凝沉淀法工藝。

3.2 處理方案的設(shè)計

滇中引水工程大理I段各典型施工段隧洞排水處理措施統(tǒng)計見表1。

表1 典型施工段隧洞排水處理池構(gòu)筑物參數(shù)統(tǒng)計表

以玉石廠隧洞出口隧洞排水處理為例，針對隧洞排水的排放特點，隧洞排水處理宜采用清污合流措施，施工廢水量按正常涌水量計。根據(jù)前述的方案比選，擬定在隧洞口采用預沉淀+混凝+沉淀的污水處理工藝，經(jīng)處理后上清液排放至附近溝箐或綜合利用，污泥運至渣場處置。

根據(jù)預測成果，玉石廠隧洞出口排水強度為300.08m3/h，隧洞排水處理池各池尺寸分別為:預沉池2格，單格尺寸設(shè)計為14.5m×4.5m×3m；絮凝反應池2格，單格尺寸設(shè)計為8m×4.5m×3m；沉淀池2格，單格尺寸設(shè)計為19m×7m×3m。加藥間藥劑為檸檬酸鈉、聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)，其中檸檬酸鈉主要用于調(diào)節(jié)pH，PAC及PAM主要用于懸浮物沉淀處理。經(jīng)取樣監(jiān)測表明，隧洞排水處理前pH一般為9.5～11，懸浮物濃度一般為300～400mg/L，經(jīng)隧洞排水處理池處理后出水口pH一般為8～9，懸浮物濃度一般為5～50mg/L，符合GB 8978—1996一級標準限值。施工現(xiàn)場對處理達標后的隧洞排水采取的綜合利用措施主要有灑水降塵、綠化及灌溉用水，剩余的隧洞排水則排入附近的地表溝箐。隧洞排水處理后，將會產(chǎn)生大量的污泥，因此，隧洞排水處理應定期清淤，清淤污泥經(jīng)干化后運至附近棄渣場。

4 結(jié)論和建議

根據(jù)水利水電工程施工活動特點，確定了隧洞建設(shè)過程中隧洞排水處理方案，施工過程中應建立相應的環(huán)境保護管理體系并做好運行維護工作，為工程的順利建設(shè)創(chuàng)造良好條件。

(1)進行隧洞排水處理設(shè)計的前提是需要預估隧洞排水強度，而在環(huán)評及初步設(shè)計階段，工程施工尚未開始，設(shè)計使用的隧洞排水強度均為預估強度。因此，施工過程中需做好隧洞排水強度的記錄，從而驗證前期設(shè)計的可靠性，同時也可為其他隧洞工程提供寶貴的經(jīng)驗。

(2)隧洞排水處理方案選擇較多，而最佳的處理方案需結(jié)合現(xiàn)場施工條件、自然環(huán)境條件等綜合選擇。

(3)目前水利水電工程施工期隧洞排水處理沒有相應的規(guī)程、規(guī)范可依，設(shè)計參數(shù)的選擇只能參照類似工程或其它行業(yè)規(guī)范。因此，隧洞排水處理的設(shè)計需在工程實踐中不斷調(diào)整并積累經(jīng)驗，以尋求最佳的設(shè)計參數(shù)。

(4)工程實施過程中，依然存在一些問題導致隧洞排水處理效果不穩(wěn)定，如清淤不及時、加藥系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等。因此，不僅需做好相關(guān)土建工程工作，同時仍需做好施工期運行管理維護工作。

(5)隧洞排水處理過程中的清淤污泥含水量較高，工程設(shè)計及運行管理過程中需充分考慮清淤污泥的干化工藝及場地。