TBM弃渣场水污染问题分析及控制措施介绍

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

1 概 述

辽宁省大伙房水库输水工程是修建一条长85.3km、直径8m完全靠自流引水的输水隧洞，工程穿越的地形地貌主要为侵蚀断褶中低山地形，重峦叠嶂，沟壑密布。主体隧洞工程采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方法，TBM施工段采用3台TBM，长度为60.3km。工程沿线共设置11处弃渣场，其中TBM掘进段共有8处弃渣场，以沟道型、坡地型为主。输水隧洞线路穿越省级自然保护区的核心区、缓冲区、实验区和周围几个重要的水源保护区，环境影响敏感度较高，工程建设过程中治理好TBM弃渣场对生态环境保护和水土保持至关重要。

该工程施工三标7号洞TBM2控制段弃渣场布置在支洞工程附近冲沟谷地内，属沟道型弃渣场，弃渣场范围内分布多条冲沟，外侧为村道兼进出场道路，道路外侧有一条小河道，为该沟谷内唯一泄洪通道。在河道的下游居住着部分村民，该河道是他们日常生产、生活所需水源。

2 弃渣场污水环境问题

在7号洞TBM2控制段施工过程中，随着TBM的掘进弃渣场环境影响问题日益凸显，7号洞弃渣场布置在山坡坡脚，堆渣范围内分布着多条冲沟，其中两侧有两条较大的冲沟。2014年6月中旬进入汛期后，雨量增大，雨水顺山坡汇集至堆渣区，山坡地下水亦在坡脚出漏，渣场位置地下水位及土壤含水率较高，地面渗水能力差，大部分雨水通过石渣缝隙渗流，出现“乳白色”污水在渣场挡墙底端渗出汇集，流入渣场旁冲沟内进而流入河道，造成河水浑浊，极大地影响了下游居民用水安全，TBM弃渣场污水环境问题亟待解决。TBM弃渣场渗水污染情况如图1所示。

图1 TBM弃渣场渗水污染情况图

3 TBM弃渣场污水环境问题原因分析

随着雨水增多，7号洞弃渣场污水流入河道污染河水情况越来越严重，经实地勘察分析产生的主要原因有：ⓐ根据TBM掘进破岩工作原理，掌子面岩石在滚刀的挤压下产生破裂，致使石渣中存在大量以细粒状或粉末状为主的岩石碾磨物石粉，另因弃渣场底部钻爆石渣块间空隙较大，雨水经过石渣缝隙，携带大量石粉形成“乳白色”的污水；ⓑ雨季到来，地表水增加，地下水水位上升，地面渗水能力较差；ⓒ7号洞弃渣场位于山坡坡脚，山坡坡度较大，地表水和地下水在堆渣区汇集出漏，较利于携带走石渣包裹的大量石粉，产生污水。

4 施工期控制措施

针对出现的“乳白色”污水，施工过程中采取多种临时处理措施进行防护，主要从污水源头、污水阻断及污水处理等方面采取控制措施。

4.1 污水来源控制

污水来源主要是雨水、山坡地表水和地下水以及7号洞生产污水经三级沉淀转移后的半污浊水。首先，对从7号洞转移出来的生产污水加强处理及流向控制。为减少进入渣场的生产污水，在7号洞洞口布置一套临时污水处理系统，重复使用处理后的清水。其次，由于雨水、山坡地表水和地下水没有较好的控制手段，只能采用“阻挡”方案，在渣场范围内山坡脚下修筑临时截水沟和集水池，将未受污染的山坡地表水及雨水进行收集，集中汇入渣场内临时集水池，并用水泵抽排入河道。

4.2 污水过滤控制

针对渣场挡墙底部出漏的“乳白色”污水，采取临时防护利用阻挡、引抽排和过滤相结合的方式进行处理。ⓐ在渣场挡墙端头与1号冲沟中间位置设置1条1.5m×2m(宽×高)的过滤墙。ⓑ沿渣场挡墙污水渗漏点开挖1.2m×1.2m截污沟，并在挡墙外侧开挖3个200～400m3的截污池，截污池采用截污沟连通；为保证挡墙稳定，截污沟远离边墙约1m进行开挖，并将截污沟底部及侧壁铺6～8层土工布，回填均质细沙保证流水盲道畅通，截污沟在开挖过程中按一定坡度施工，使经过细沙初步过滤污水顺利流入截污池，截污池污水再经过过滤、沉淀、絮凝处理后重复利用或清水抽排至河道内；由于污水中石粉颗粒过细容易堵塞土工布缝隙，需隔几天视过滤效果进行重新更换土工布。ⓒ渣场上开挖4个约800m3的沉淀池，在1号截污池内安装抽水泵将污水抽至渣场沉淀池内，沉淀池过滤在池底和池壁覆盖2层土工布，土工布表面覆盖500mm砂子形成过滤层，将污泥颗粒沉积在沉淀池中。ⓓ沿2号冲沟方向至渣场挡墙位置铺设一条φ1.5m涵管，将截留清水直接排入河道；1号冲沟增加一道PVC管，直接将1号冲沟上游清水沿管路引排入下游河流。

临时防护措施严格按照制定方案进行施工，大大减少了污水量，避免污染环境事件发生。7号TBM弃渣场污水控制平面布置如图2所示，挡墙外截污沟示意如图3所示。

图2 7号TBM弃渣场污水控制平面布置图

图3 挡墙外截污沟示意图

5 永久处理方案及控制效果

5.1 永久处理方案

为确保弃渣场污水问题得到解决，结合临时处理措施的效果，2014年10中旬，制定了7号洞弃渣场污水污染永久处理方案：

ⓐ在1号冲沟内修筑1条2.5m×2.5m箱涵，在2号冲沟内修筑1条1.5m×1.5m箱涵用于汇集冲沟来水流淌，防止石渣污水汇集入冲沟内与清水合流增大污水量。

ⓑ沿7号洞1号渣场后侧山坡位置修筑一条0.5m×1m的浆砌石截水沟，将山坡雨水和径流水拦截汇集，减少经渣堆渗流形成的污水。

ⓒTBM隧洞掘进完成后，及时进行渣场后续的水土保持工作，开展弃渣碎石压实、整理工作，并及时进行绿化，对渣场范围做好辅助排水沟施工，做好地表水的引排工作。

5.2 控制效果

按照永久处理方案对7号洞TBM高石粉含量弃渣场进行处理，2015年汛期，渣场安全运行，未产生环境污染问题。该工程其他TBM弃渣场均参照7号洞TBM弃渣场控制方案采取了水土保持及渣场复耕方案，全线8处TBM弃渣场均安全，未发生环境问题，现已投入运行2～4年，弃渣场污水环境问题得到了很好地解决。

6 结 语

该工程TBM弃渣场环境污染问题，使工程建设参建各方充分认识到TBM弃渣场选择的特殊性及重要性，通过对TBM弃渣污水污染问题处理，提出如下建议：

ⓐTBM弃渣场选择应远离居住人群及饮用水源地，预选渣场浅层土壤含水量及地下水位应较低，且浅层土壤应具有一定的透水能力。

ⓑ考虑TBM弃渣的特殊性，在弃渣前对渣场底层应进行特殊处理，如铺设过滤层，有效阻止后期渣场石粉流失，避免造成环境污染。

ⓒTBM弃渣场选定后，应做好渣场周边雨水等外清水截留及导流工作，如采用修建截水沟、导流隔水箱涵等，避免过多外水流入渣场，事前进行控制，经济效益明显。

ⓓ应高度重视TBM弃渣场压实、表土回填、水土保持监测等工作。

通过分析水源工程TBM弃渣场污水环境问题产生的原因，对施工期、远期综合考虑，采取不同的有效措施，杜绝环境污染问题的发生，可为今后类似高粉末含量弃渣场选择及综合治理提供了参考。