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摘要：随着施工技术发展，铁路、公路为提高技术标准、缩短线路长度，越来越多地采用隧道；隧道施工将产生大量施工废水，若处理不当将对洞口附近环境产生较严重影响，故控制施工废水影响极为重要。通过调查、监测某条铁路长大隧道施工工艺及施工废水排放、水量、水质情况，并整理分析大量监测数据，确定了施工废水主要来源，其首要污染因子为悬浮物、次要污染因子为pH值、石油类等。根据隧道施工废水污染特征，提出了工废水处理工艺。文章对于高功能类别水体附近的隧道施工废水污染控制有重要借鉴意义。
关键词：隧道施工；废水；环境影响
随着施工技术发展，铁路、公路为提高技术标准、缩短线路长度，越来越多地采用隧道。目前，我国隧道数量和总长度均居世界前列，隧道工程可以节约用地，减少植被破坏，避免生境切割和景观影响，具有良好的生态环境效益。但隧道工程的施工不可避免的会改变原有的环境状态，特别是西南山区长大隧道洞口一般位于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类水体附近，水环境较为敏感。隧道施工产生施工废水和涌水会对水环境产生较大影响。本文主要通过分析西南山区长大隧道施工废水大量的监测数据，确定了隧道施工废水环境影响特征，并据此提出处理方案。
一、隧道施工废水来源
当前铁路隧道施工中广泛采用的是与新奥法原理结合的钻爆法施工，该施工工艺包括钻孔、爆破、支护、防水、衬砌等工序。隧道施工废水主要来源于以下几种：1）钻机等机械设备产生的施工废水；2）爆破降尘废水；3）喷射混凝土和注浆产生的废水；
4）隧道穿越断裂破碎带、裂隙发育带等不良地质产生的施工涌水，未衬砌基岩将产生裂隙水等。其中，施工涌水量一般较大，远大于其他施工废水量。施工涌水与施工废水混合在一起，沿隧道两侧排水沟排出隧道。根据大量监测资料，隧道施工期洞口排水量一般为每天几十至几千立方米不等。
二、隧道施工废水水质特征
笔者2007~2009年对某铁路4座隧道施工废水进行了监测，采样点均为隧道洞口排水沟，隧道长度3000~11000米之间。各监测项目及其平均浓度见下表。
监测项目平均浓度值表单位：mg/L
隧道编号
监测次数
废水量
（m3/d）
采样点距施工断面（m）
pH值
化學需氧量
氨氮
石油类
悬浮物
注：表中数据为多次取样分析数据的平均值，采样位置均位于隧道口排水沟。
从上表可知，当采样断面距隧道施工断面较远时，隧道施工废水悬浮物浓度4座隧道中1座不能满足GB8978-1996一级标准、1座不能满足GB8978-1996三级标准，pH值、石油类浓度4座隧道中1座不能满足GB8978-1996一级标准，化学需氧量、氨氮污染物浓度满足GB8978-1996一级标准。可见，隧道施工废水的首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类。
三、施工废水排放量
根据调查，1号隧道断裂破碎带、裂隙发育带极其发育，监测期间涌水量较大；其余隧道工程地质条件较好，监测期间未发生涌水。从表中可知，当隧道地质条件较好，监测期间未发生涌水时，洞口施工废水排放量为17~30m3/d，根据调查这部分施工废水主要来源于钻机等机械设备产生的施工废水、爆破降尘废水、喷射混凝土和注浆产生的废水；当隧道穿越断裂破碎带、裂隙发育带时，将产生大量的涌水，涌水量的大小与地质状况极其密切，这部分涌水将与隧道施工废水混合后一并沿隧道排水沟排出洞口，隧道一施工废水排放量达4000m3/d，根据调查其主要来源于隧道涌水。
四、隧道施工废水污染物来源
（一）悬浮物
隧道施工废水中的悬浮物主要来自打钻施工中产生的岩粉、爆破施工中产生的粉尘、断裂破碎带及裂隙发育带沉积的泥沙[5]。
施工废水排放量与悬浮物浓度关系图
从上图可知，悬浮物浓度随废水排放量增加而增加。出现这种现象的主要原因为：长大隧道施工的中后期，施工断面距隧道洞口较远，若施工废水排放量小，在隧道两侧排水沟内废水流速度低，施工废水可以在排水沟内充分沉淀，到达隧道口排入环境时，其悬浮物含量较低；若施工废水排放量较大，废水流速较大，施工废水不能进行充分沉淀就排入环境，其悬浮物浓度较高；排放量较大的施工废水主要来源于隧道涌水，涌水将断裂破碎带、裂隙发育带内沉淀的悬浮物带出，也增大了废水中悬浮物浓度。
施工废水排放量小的隧道排水口排放状况
施工废水排放量大的隧道排水口排放状况
从上面两张照片可以看出，施工废水排放量较小的隧道排水沟内，沉淀了大量悬浮物，而排放量较大的排水沟水流通畅，无悬浮物沉淀。
（二）pH值
隧道施工废水pH值为7.9~9.4，均呈碱性。施工废水中pH值呈碱性的主要原因为注浆主体材料水解产生的硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等均呈碱性，这些物质溶解在水中造成pH值呈碱性。
（三）石油类
根据现场调查情况及施工工艺分析，隧道施工过程中产生的石油类污染物主要来自施工机械的“跑、冒、滴、漏”，石油类的排放浓度及排放量与施工管理及机械养护水平密切相关。
（四）化学需氧量、氨氮
根据现场调查结合数据分析，隧道施工废水中化学需氧量污染物主要来自施工机械“跑、冒、滴、漏”的石油类及施工人员的排放物；氨氮污染物主要来自隧道施工过程中使用的TNT炸药爆炸后部分氮氧化物进入废水中及施工人员的排放物。
（五）对策
隧道施工废水首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类。对位于敏感水体附近隧道，当需要施工废水进行处理时，要根据隧道施工废水及地质特征，有针对性的提出隧道施工废水处理工艺。
对于悬浮物，在隧道口设置沉沉池，沉设计合理停留时间以保证合理去除率，在悬浮物浓度较高时应投加絮凝剂，沉淀池需定期清洗。对于pH值主要采取中和处理，通过投加酸性物质来达到调节pH值的目的。
废水中石油类污染物与施工中采用的设备种类、设备的维修养护及废漏油收集管理等密切相关。对于石油类治理要从源头抓起，加强施工机械的养护维修及对隧道内废油的收集，在施工中在施工机械下铺设棉纱等吸油材料，用以吸收油污。根据施工废水排放量，在隧道口设置油污处理池，油污处理池内填充秸秆或炉渣用以吸附石油类，并定期清洗、更换。对于个别外环境极其敏感的隧道，必要可采取气浮工艺去除石油类。
对于化学需氧量、氨氮，采取加强施工人员环境管理，减少施工人员排放物进而减少氨氮、化学需氧量的产生量等管理措施。
隧道施工废水水量、水质波动较大，与地质状况、施工单位管理水平及设备维护状况密切相关，建议对于环境敏感地段隧道施工废水加强监测，根据监测结果及时调整废水处理工艺。
五、结论
通过对西南山区4座长大隧道的调查及分析施工废水22次采样水质监测数据，得出以下结论：
1．隧道洞口施工废水排放量一般为17~30m3/d，当穿越不良地质段发生涌水时，废水排放量与地质状况极其密切。
2．隧道施工废水的首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类，化学需氧量、氨氮污染物浓度较低。
3．当隧道洞口附近水环境较敏感时，部分隧道施工废水中的悬浮物、pH值、石油类可能会对水体造成一定影响。
4．施工废水中悬浮物含量废水排放量的增加而增加，这主要由于废水流速增加导致施工废水难以充分沉淀所致。
5．对于环境敏感地段的隧道施工废水，应采取沉淀、中和、隔油等工艺处理，同时应加强隧道施工期环境管理，从源头上减少施工废水污染物产生量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：隧道施工；废水；环境影响
随着施工技术发展，铁路、公路为提高技术标准、缩短线路长度，越来越多地采用隧道。目前，我国隧道数量和总长度均居世界前列，隧道工程可以节约用地，减少植被破坏，避免生境切割和景观影响，具有良好的生态环境效益。但隧道工程的施工不可避免的会改变原有的环境状态，特别是西南山区长大隧道洞口一般位于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类水体附近，水环境较为敏感。隧道施工产生施工废水和涌水会对水环境产生较大影响。本文主要通过分析西南山区长大隧道施工废水大量的监测数据，确定了隧道施工废水环境影响特征，并据此提出处理方案。
一、隧道施工废水来源
当前铁路隧道施工中广泛采用的是与新奥法原理结合的钻爆法施工，该施工工艺包括钻孔、爆破、支护、防水、衬砌等工序。隧道施工废水主要来源于以下几种：1）钻机等机械设备产生的施工废水；2）爆破降尘废水；3）喷射混凝土和注浆产生的废水；
4）隧道穿越断裂破碎带、裂隙发育带等不良地质产生的施工涌水，未衬砌基岩将产生裂隙水等。其中，施工涌水量一般较大，远大于其他施工废水量。施工涌水与施工废水混合在一起，沿隧道两侧排水沟排出隧道。根据大量监测资料，隧道施工期洞口排水量一般为每天几十至几千立方米不等。
二、隧道施工废水水质特征
笔者2007~2009年对某铁路4座隧道施工废水进行了监测，采样点均为隧道洞口排水沟，隧道长度3000~11000米之间。各监测项目及其平均浓度见下表。
监测项目平均浓度值表单位：mg/L
隧道编号
监测次数
废水量
（m3/d）
采样点距施工断面（m）
pH值
化學需氧量
氨氮
石油类
悬浮物
注：表中数据为多次取样分析数据的平均值，采样位置均位于隧道口排水沟。
从上表可知，当采样断面距隧道施工断面较远时，隧道施工废水悬浮物浓度4座隧道中1座不能满足GB8978-1996一级标准、1座不能满足GB8978-1996三级标准，pH值、石油类浓度4座隧道中1座不能满足GB8978-1996一级标准，化学需氧量、氨氮污染物浓度满足GB8978-1996一级标准。可见，隧道施工废水的首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类。
三、施工废水排放量
根据调查，1号隧道断裂破碎带、裂隙发育带极其发育，监测期间涌水量较大；其余隧道工程地质条件较好，监测期间未发生涌水。从表中可知，当隧道地质条件较好，监测期间未发生涌水时，洞口施工废水排放量为17~30m3/d，根据调查这部分施工废水主要来源于钻机等机械设备产生的施工废水、爆破降尘废水、喷射混凝土和注浆产生的废水；当隧道穿越断裂破碎带、裂隙发育带时，将产生大量的涌水，涌水量的大小与地质状况极其密切，这部分涌水将与隧道施工废水混合后一并沿隧道排水沟排出洞口，隧道一施工废水排放量达4000m3/d，根据调查其主要来源于隧道涌水。
四、隧道施工废水污染物来源
（一）悬浮物
隧道施工废水中的悬浮物主要来自打钻施工中产生的岩粉、爆破施工中产生的粉尘、断裂破碎带及裂隙发育带沉积的泥沙[5]。
施工废水排放量与悬浮物浓度关系图
从上图可知，悬浮物浓度随废水排放量增加而增加。出现这种现象的主要原因为：长大隧道施工的中后期，施工断面距隧道洞口较远，若施工废水排放量小，在隧道两侧排水沟内废水流速度低，施工废水可以在排水沟内充分沉淀，到达隧道口排入环境时，其悬浮物含量较低；若施工废水排放量较大，废水流速较大，施工废水不能进行充分沉淀就排入环境，其悬浮物浓度较高；排放量较大的施工废水主要来源于隧道涌水，涌水将断裂破碎带、裂隙发育带内沉淀的悬浮物带出，也增大了废水中悬浮物浓度。
施工废水排放量小的隧道排水口排放状况
施工废水排放量大的隧道排水口排放状况
从上面两张照片可以看出，施工废水排放量较小的隧道排水沟内，沉淀了大量悬浮物，而排放量较大的排水沟水流通畅，无悬浮物沉淀。
（二）pH值
隧道施工废水pH值为7.9~9.4，均呈碱性。施工废水中pH值呈碱性的主要原因为注浆主体材料水解产生的硅酸三钙、硅酸二钙、氢氧化钙等均呈碱性，这些物质溶解在水中造成pH值呈碱性。
（三）石油类
根据现场调查情况及施工工艺分析，隧道施工过程中产生的石油类污染物主要来自施工机械的“跑、冒、滴、漏”，石油类的排放浓度及排放量与施工管理及机械养护水平密切相关。
（四）化学需氧量、氨氮
根据现场调查结合数据分析，隧道施工废水中化学需氧量污染物主要来自施工机械“跑、冒、滴、漏”的石油类及施工人员的排放物；氨氮污染物主要来自隧道施工过程中使用的TNT炸药爆炸后部分氮氧化物进入废水中及施工人员的排放物。
（五）对策
隧道施工废水首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类。对位于敏感水体附近隧道，当需要施工废水进行处理时，要根据隧道施工废水及地质特征，有针对性的提出隧道施工废水处理工艺。
对于悬浮物，在隧道口设置沉沉池，沉设计合理停留时间以保证合理去除率，在悬浮物浓度较高时应投加絮凝剂，沉淀池需定期清洗。对于pH值主要采取中和处理，通过投加酸性物质来达到调节pH值的目的。
废水中石油类污染物与施工中采用的设备种类、设备的维修养护及废漏油收集管理等密切相关。对于石油类治理要从源头抓起，加强施工机械的养护维修及对隧道内废油的收集，在施工中在施工机械下铺设棉纱等吸油材料，用以吸收油污。根据施工废水排放量，在隧道口设置油污处理池，油污处理池内填充秸秆或炉渣用以吸附石油类，并定期清洗、更换。对于个别外环境极其敏感的隧道，必要可采取气浮工艺去除石油类。
对于化学需氧量、氨氮，采取加强施工人员环境管理，减少施工人员排放物进而减少氨氮、化学需氧量的产生量等管理措施。
隧道施工废水水量、水质波动较大，与地质状况、施工单位管理水平及设备维护状况密切相关，建议对于环境敏感地段隧道施工废水加强监测，根据监测结果及时调整废水处理工艺。
五、结论
通过对西南山区4座长大隧道的调查及分析施工废水22次采样水质监测数据，得出以下结论：
1．隧道洞口施工废水排放量一般为17~30m3/d，当穿越不良地质段发生涌水时，废水排放量与地质状况极其密切。
2．隧道施工废水的首要污染因子为悬浮物，次要污染因子为pH值、石油类，化学需氧量、氨氮污染物浓度较低。
3．当隧道洞口附近水环境较敏感时，部分隧道施工废水中的悬浮物、pH值、石油类可能会对水体造成一定影响。
4．施工废水中悬浮物含量废水排放量的增加而增加，这主要由于废水流速增加导致施工废水难以充分沉淀所致。
5．对于环境敏感地段的隧道施工废水，应采取沉淀、中和、隔油等工艺处理，同时应加强隧道施工期环境管理，从源头上减少施工废水污染物产生量。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。