清污分流工藝在高速鐵路隧道施工中的應用研究

摘要：以中鐵十二局渝昆高鐵云貴段華山松隧道為背景，結(jié)合現(xiàn)場實際，闡述隧道施工排水清污分流新技術(shù)。通過將隧道施工期內(nèi)受污染的地下水和未被污染的地下水進行分類收集引排，大大減少了隧道施工污水的產(chǎn)生，降低了污水處理站的運行難度，滿足了環(huán)保要求，符合綠色高鐵的發(fā)展理念，可在大涌水量隧道施工中推廣應用。

關(guān)鍵詞：隧道施工排水；華山松隧道；清污分流

0" "引言

近年來，隧道施工排水采用污水處理站進行處理，面臨著處理成本高、處理能力不足等問題。若能在隧道施工過程實現(xiàn)隧道內(nèi)清水、污水的分流排放，不僅可以大幅度降低污水處理設施的建設規(guī)模和運行費用，還可將收集到的施工清水進行回收再利用。

1" "工程概況

渝昆高鐵云貴段華山松隧道是全線控制性重難點工程，隧址位于云南省會澤縣待補鎮(zhèn)與田壩鄉(xiāng)境內(nèi)，全長16460m，為設計速度350km/h鐵路雙線隧道。設2座疏散橫洞+1座斜井+2座橫洞，共計5座輔助坑道。

其中，華山松隧道斜井長775m，綜合坡度9.78%，設計最大涌水量3150m3/d，承擔正洞5060m施工任務。正洞大里程段2175m為反坡施工，坡度18‰，設計最大涌水量8248m3/d。正洞小里程段2885m順坡施工，坡度18‰，設計最大涌水量8993m3/d。故斜井工區(qū)最大涌水量共計20391m3/d。

2" "隧道清污分流工藝方案

2.1" "隧道施工期水環(huán)境分析

隧道主體工程施工時，鉆爆開挖、設備沖洗、隧道沖洗、混凝土養(yǎng)護等無法收集的地下水落地，會產(chǎn)生施工污水。隧道圍巖裂隙間涌出地下水和襯砌小邊墻泄水孔出水，經(jīng)收集后產(chǎn)生施工清水。

2.2" "隧道清污分流工藝總體規(guī)劃

華山松隧道斜井工區(qū)施工排水采用清污分流工藝，對施工過程中產(chǎn)生的污水和收集到的清水進行分類排放。污水經(jīng)隧道中心水溝引排至斜井與正洞交叉口設置的固定泵站污水倉后，再抽排至洞外淀池和污水處理站，經(jīng)處理達標后用于施工生產(chǎn)。清水經(jīng)收集引排至斜井與正洞交叉口設置的固定泵站清水倉后，一部分用于生產(chǎn)生活用水，一部分直接排至洞外。清污分流排放示意圖如圖1所示。

2.3" "制定清污分流排水工藝流程

隧道施工時地下清水的收集和引排工藝流程如圖2所示。隧道施工時產(chǎn)生的污水引排和處理工藝流程如圖3所示。

3" "隧道清污分流工藝管控要點

3.1" "清水收集、引排措施

3.1.1" "掌子面段清水收集措施

掌子面圍巖裂隙間股狀出水或不落地的散狀水為清水，其收集方法如下：一是利用超前水平探孔接管進行收集；二是在掌子面施集中鉆泄水孔再接管進行收集；三是在初期支護施工時，于鋼筋網(wǎng)片背后鋪設土工布，將出水引入初支背后安裝的環(huán)向盲管進行收集。最終再利用管道將各處收集到的清水匯集，并直接引排至仰拱處移動清水倉，再接力抽排至固定泵站清水倉。

3.1.2" "初支段清水收集措施

已支護段落噴射混凝土表面滲出的線狀、股狀出水為清水，其收集方法如下：一是在初支噴射混凝土面出水點鋪掛防水板，將水引入管道收集；二是在噴射混凝土面滲水處施做泄水孔，再接管進行收集；三是將初支背后引出的環(huán)向盲管接入管道進行收集。最終利用管道將各處收集到的清水匯集，并直接引排至仰拱處移動清水倉，再接力抽排至固定泵站清水倉。

3.1.3" "仰拱、襯砌段清水收集措施

仰拱、襯砌施工完成段落通過泄水孔、盲管排入洞內(nèi)的水為清水，其收集方法如下：于仰拱兩側(cè)小邊墻底部上80cm位置，通長布置一根φ200PVC管作為清水管，并在每個泄水孔出水點設置φ80PVC管，將清水引流通長布置的φ200PVC管內(nèi)。清水管需采用封閉PVC管，嚴禁采用半圓管造成清水被污染。

3.1.4" "清水酸堿中和措施

清水收集匯總至斜井底部固定泵站清水倉后，設置PH值自動監(jiān)測和智能自動加草酸裝置，可以根據(jù)清水倉內(nèi)水質(zhì)PH值監(jiān)測情況自動調(diào)節(jié)添加草酸數(shù)量，嚴格控制清水排放前PH值在6～9。

3.1.5" "清水的使用或排放措施

收集到的清水在固定泵站清水倉處，經(jīng)過酸堿中和處理達標后主要去向如下：一是用于現(xiàn)場施工正產(chǎn)如拌合站、碎石場施工用水，洞內(nèi)打鉆、混凝土養(yǎng)護用水，以及施工場地沖洗路面用水等；二是用于駐地施工人員非飲用生活用水；三是排放到附近溝渠。

3.2" "污水收集、處理措施

3.2.1" "掌子面、初支段污水引排措施

掌子面的散狀出水、不能收集的圍巖裂隙水落地后為污水，通過在距離兩側(cè)邊墻各1m位置設置的臨時水溝，引排至臨時集水坑統(tǒng)一收集。掌子面臨時集水坑設置在距離掌子面10m左右的位置，大小根據(jù)掌子面涌水量確定。通過臨時側(cè)溝引排和水泵抽排掌子面集水坑中污水，將掌子面開挖段、初支段污水排至仰拱初支端頭集水坑。再通過水泵將集水坑處污水抽排至仰拱處移動污水倉后，通過接力抽排或中心水溝引排至固定泵站污水倉。

3.2.2" "仰拱、襯砌段污水引排措施

仰拱、襯砌施工完成段落沖洗路面和混凝土養(yǎng)護產(chǎn)生的污水，主要通過側(cè)溝和中心水溝收集。側(cè)溝內(nèi)污水通過仰拱填充內(nèi)預埋的φ160PVC橫向排水管，引排至中心溝，再通過引排或接力抽排至固定泵站污水倉。

3.2.3" "中水水溝、各級沉淀池污水處理措施

在中心水溝內(nèi)每隔50m設置隔墻加過濾網(wǎng)，在各級沉淀池出水口增加過濾網(wǎng)，使污水能夠通過多級過濾和沉淀，以提升污水水質(zhì)，降低污水處理站的運行負荷。

3.2.4" "污水處理站處理措施

在隧道洞口設置污水處理站，對經(jīng)過多級沉淀、過濾后的污水進行處理。隧道施工時產(chǎn)生的污水主要污染物為懸浮物和PH，其余如氨氮、COD、石油類和磷酸鹽等不是主要污染物。隧道施工期所產(chǎn)生的廢水，采用“酸堿中和+混凝反應+調(diào)節(jié)沉淀+過濾相組合”的處理工藝。

排入污水處理站的污水，首先通過酸堿中和池添加草酸進行酸堿中和，再進入一體化沉淀池，通過添加PAC混凝劑調(diào)節(jié)沉淀。上層清液流入組合式過濾除污設備進行過濾，最后排入回用水池進行綜合利用。

污水處理產(chǎn)生的下層含懸浮物較多的混合液，定期流入污泥干化池進行污泥過濾、干化、晾曬，水體流入污泥井，用水泵抽回至一體化沉淀池再次處理。施工廢水經(jīng)處理后，在組合式過濾除污設備檢測池進行水質(zhì)檢測，PH值6-9、濁度小于10mg/L即達到回用標準，可用作施工用水和沖洗場地、施工綠化等。

3.3" "清污分流管理措施

3.3.1" "清水區(qū)管理措施

隧道清水區(qū)管理主要以現(xiàn)場技術(shù)人員為主，對掌子面初支段圍巖裂隙水需應收盡收，保證清水不落地，仰拱襯砌段清水不被污染。

隧道在開挖工序后，掌子面圍巖若有滲水，技術(shù)人員要安排勞務隊在初支背后增加環(huán)向盲管對出水集中引排。上、中、下臺階環(huán)向盲管要貫通，并從邊墻位置縱向盲管高度引出。仰拱施工至該里程前，利用集水管收集至臨時清水倉。仰拱施工至該位置時，該環(huán)向盲管需與縱向盲管連通，從仰拱小邊墻泄水孔引出至清水區(qū)。

對已完成初期支護且存在滲水段落，技術(shù)人員要安排勞務隊在初支滲水范圍施作泄水孔。對泄水孔集中出水的，接管引排至臨時清水倉。對施作泄水孔口后無集中出水的，在滲水范圍鋪設防水板，并在防水板下沿位置預埋集水管，將水引排至臨時清水倉。技術(shù)主管每天早8點30分、午13點30分，觀察清水倉收集水量情況，并通知碎石場、隧道隊進行綜合利用。清水倉收集的清水需先用于施工生產(chǎn)和工人駐地非飲用生活用水，再用于文明施工和場地綠化，多余的清水可直接排放。

3.3.2" "污水區(qū)管理措施

隧道污水區(qū)管理主要以工班長為主，需確保污水多級沉淀，并定期清理沉淀池、污水倉、污水溝淤泥。工班長要安排工人及時在隧道中心水溝內(nèi)根據(jù)隧道縱坡，每間隔50m施作中心水溝隔墻。隔墻距中心水溝頂面20cm，厚度30～50cm，可采用磚砌也可采用堆碼隧道較大塊玄武巖。

隧道路面應以清掃為主，盡量減少隧道沖洗。要每天安排工人對襯砌臺車至仰拱棧橋間路面進行清掃，每2d安排工人對襯砌臺車至交叉口位置路面進行清掃，每5d安排工人對斜井路面進行清掃，每10d安排工人對隧道路面進行沖洗。沖洗時需加強管控防止污水濺入清水溝。

隧道施工污水必須先排入洞外預沉淀池，經(jīng)沉淀、過濾后再排入污水處理站，避免污水處理站污水處理能力不足，造成水質(zhì)處理不達標。加強施工機械管理，防止施工機械的跑、冒、滴、漏造成隧道石油類污染超標。加強施工人員管理，禁止施工人員在隧道內(nèi)隨地大小便。

3.3.3" "設備運行管理措施

管理人員對污水處理站一體化沉淀池進行巡檢時，必須穿戴救生衣和安全帶，并將安全帶固定在防護欄桿上。項目部電工要每天對清污分流所使用的水泵、電氣設備進行巡檢，發(fā)現(xiàn)損壞及時修復或更換。設備帶電巡查、檢修時需做好安全防護，非持證人員嚴禁操控。

4" "應用效果分析

4.1" "現(xiàn)場施工方面

針對隧道掌子面開挖過程圍巖出水情況，在初支鋼架背后緊貼圍巖布置環(huán)向盲管。環(huán)向盲管在上、中、下臺階處貫通，并從設計縱向盲管高度引出，再利用管道將水引至清水集水桶。此做法既可實現(xiàn)清污分流清水的收集，也有效減少了初支面滲水情況的發(fā)生。

隧道中心水溝作為施工污水排放通道，每隔50m施作擋水隔墻，對中心水溝污水進行多級沉淀，并在隔墻上游一側(cè)碼放了玄武巖，對水中懸浮物起到了吸附作用。隧道污水排放經(jīng)過了多級沉淀過濾，有效降低了出水口污水懸浮物濃度，出水口水質(zhì)明顯變清。

4.2" "經(jīng)濟效益方面

實施清污分流后，施工污水經(jīng)過洞內(nèi)中心水溝的多級沉淀，固定泵站污水倉的三級沉淀，洞口沉淀池的五級沉淀、過濾后，排入污水處理站的水質(zhì)得到了明顯提升。污水處理站運營過程PAC投藥量由原25kg/4h，降到了50kg/d，極大的降低了污水處理站的運營成本，按照目前挑頂后正洞施工期15個月計算，共計可降低成本約144萬元。

4.3" "環(huán)保方面

采用清污分流工藝將清水、污水分開抽排，有效緩解了污水處理站的處理壓力。目前清水排放量占隧道總涌水量的80%，隨著隧道的開挖掘進，清水量所占比重逐漸增大，清水在隧道直接收集后可二次利用，在節(jié)能環(huán)保方面效果顯著。

5" "結(jié)束語

華山松隧道實施清污分流，有效將隧道施工污水和圍巖裂隙間涌水、圍巖滲水分區(qū)隔離，降低了隧道施工污水的產(chǎn)生量，增大了隧道清水的收集量，實現(xiàn)了清水無污染排放或回用。污水經(jīng)處理后回用有效減少了隧道施工對環(huán)境的影響，符合綠色高鐵的發(fā)展理念，在隧道工程施工具有一定的參考價值。

參考文獻

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（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原" "030032）