賈 冰，張 巖

（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210093）

1 概述

隨著我國(guó)城市交通工程的快速發(fā)展，許多工程涉及水下隧道施工，鉆爆法、盾構(gòu)法、沉管法、明挖法是目前隧道施工中常用的施工方法[1]。明挖法是隧道施工中應(yīng)用最為廣泛的一種施工技術(shù)，在施工過(guò)程中由上向下開(kāi)挖至基坑的底部，在基坑內(nèi)進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工，待主體結(jié)構(gòu)完工后進(jìn)行土體的回填恢復(fù)原貌。這種施工方法能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件，造價(jià)低進(jìn)度快，但是對(duì)周邊環(huán)境造成的影響很大。圍堰法是水利工程中常用的技術(shù)方法，是一種圍擋技術(shù)，通過(guò)建設(shè)臨時(shí)的水壩來(lái)為工程創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，保證工程順利施工[2-5]。圍堰明挖法是在水利工程中截流法的基礎(chǔ)上，結(jié)合明挖法發(fā)展起來(lái)的新工法，目前國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于穿越湖泊的水下隧道，具有工期短、受地質(zhì)影響小、結(jié)構(gòu)斷面布置靈活等優(yōu)點(diǎn)[6]。在湖底進(jìn)行圍堰明挖法施工，因湖泊水環(huán)境特點(diǎn)，決定了施工期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性和難點(diǎn)。本文以湖底隧道工程采用圍堰明挖法施工為例，分析圍堰明挖法施工的湖底隧道工程施工期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

2 工程概況

本文以某湖底隧道工程為例，該工程以隧道形式穿越湖體，采用一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雙向六車道，隧道采用圍堰明挖法施工。由于隧道橫穿湖體，若臨時(shí)圍堰一次性連續(xù)貫通，將阻斷圍堰兩側(cè)湖水循環(huán)，防洪和環(huán)保隱患大，因此采取圍堰分階段實(shí)施，進(jìn)入湖中臨時(shí)圍堰采用分倉(cāng)流水推進(jìn)的方式。隧道施工從岸邊向湖中推進(jìn)，采取逐段分倉(cāng)流水作業(yè)模式，往復(fù)循環(huán)施工。

隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿隧道縱向各區(qū)段分別采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)支護(hù)型式，降排水系統(tǒng)采用封閉式止水帷幕+疏干降水?；娱_(kāi)挖必須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地基固化處理、降排水等工程達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求分層分區(qū)域?qū)ΨQ進(jìn)行。隧道主體施工包括隧道樁基施工、隧道結(jié)構(gòu)施工、隧道回填、預(yù)埋件施工。隧道采用鉆孔灌注樁，包含抗拔樁及工程樁，土方回填在洞外防水層及排水系統(tǒng)施作完成后進(jìn)行，回填至設(shè)計(jì)湖底標(biāo)高。

3 湖泊水環(huán)境影響分析

該湖區(qū)是半封閉型湖灣，湖底高程1.0-1.5m，湖盆大致呈碟狀，湖盆邊緣水淺湖心水深。湖區(qū)夏季盛行風(fēng)主要為東南風(fēng)（SE），冬季次盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)（WNW），平均風(fēng)速約3.0m/s。平均風(fēng)速狀態(tài)下，風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下在整個(gè)湖面常形成較穩(wěn)定的湖流。水流交換緩慢，換水周期長(zhǎng)，水動(dòng)力條件差。同時(shí)入湖河道多，沿湖工農(nóng)業(yè)和生活污染物經(jīng)入湖河流匯入湖體，導(dǎo)致湖體受污染較為嚴(yán)重。湖底有泥區(qū)平均泥深約1.8m，淤泥層主要集中于0.03-1.0m，表層呈浮、流泥態(tài)，極易為風(fēng)浪擾動(dòng)再懸浮，地球化學(xué)作用復(fù)雜。該湖泊近年來(lái)富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，湖區(qū)大部分水域包括工程所在位置，都是藍(lán)藻水華發(fā)生的主要區(qū)域。湖底表層淤泥所蓄積的營(yíng)養(yǎng)鹽含量遠(yuǎn)高于上覆水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，淤泥層蓄積的營(yíng)養(yǎng)鹽易于解析并通過(guò)濃度梯度向上覆水體釋放，從而加重湖水的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

不同風(fēng)況條件下，湖泊湖流和水體遷移規(guī)律不同，污染及懸移物質(zhì)會(huì)隨水體遷移，對(duì)湖泊水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。該湖泊四季盛行風(fēng)主要為東南風(fēng)，冬季的次盛行風(fēng)向?yàn)槲鞅逼黠L(fēng)。在東南風(fēng)作用下，拆除圍堰和抽排水作業(yè)時(shí)，瞬時(shí)源強(qiáng)釋放的懸浮物迅速開(kāi)始擴(kuò)散，東側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿西岸往施工工程西側(cè)圍堰運(yùn)動(dòng)；西側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物則直接沿西南岸輸移；抽排水源強(qiáng)排放的懸浮物在施工工程的西南方匯合，逐漸輸移擴(kuò)散至整個(gè)大湖區(qū)。在西北偏西風(fēng)作用下，拆除圍堰和抽排水作業(yè)時(shí)西側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿東岸往施工工程?hào)|側(cè)圍堰運(yùn)動(dòng)，東側(cè)源強(qiáng)釋放的懸浮物則直接沿東岸輸移，抽排水源強(qiáng)排放的懸浮物在施工工程的中間地帶匯合，也逐漸往東岸輸移。由于施工所在位置是湖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和藍(lán)藻生物量較高、溶解氧濃度較低的水域，在隧道建設(shè)中期，西側(cè)圍堰周邊容易成為水華堆積區(qū)；在施工后期，圍堰的北側(cè)與西側(cè)容易成為水華堆積區(qū)。

4 湖泊水域施工期水環(huán)境保護(hù)方案

4.1 圍堰工程施工環(huán)保方案

隧道采用明挖法施工，水域施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的圍堰施工法，將施工區(qū)域和水域隔離。圍堰用以維護(hù)永久性水工建筑物的施工，使之在不受水流影響的條件下進(jìn)行施工，同時(shí)也防止施工污染物進(jìn)入水體。作為臨時(shí)性建筑，圍堰要在隧道修建完成后拆除[7]。圍堰開(kāi)挖需分段進(jìn)行，逐倉(cāng)向湖心推進(jìn)，合理進(jìn)行施工期的湖流導(dǎo)流，減少對(duì)湖體水環(huán)流的影響。

圍堰施工抽排水在堰內(nèi)受擾動(dòng)水體經(jīng)過(guò)一定時(shí)間靜沉后進(jìn)行，確保抽排水時(shí)抽出堰內(nèi)水體肉眼無(wú)明顯渾濁，減少圍堰抽排水的懸浮物濃度。圍堰排水時(shí)可通過(guò)控制排水點(diǎn)高度、基坑排水等方式減少對(duì)圍堰內(nèi)淤泥的擾動(dòng)，減少對(duì)圍堰外水體水質(zhì)的影響。排水時(shí)全部從水面進(jìn)行排水，嚴(yán)格控制每天排水點(diǎn)下降高度。

施工結(jié)束拆除圍堰時(shí)，應(yīng)對(duì)圍堰施工區(qū)內(nèi)部進(jìn)行清理后再實(shí)施圍堰拆除。施工拆除時(shí)先挖除堰體內(nèi)填土，再拆除圍堰外側(cè)鋼板，將圍堰拆除影響盡量控制在圍堰范圍內(nèi)，減少對(duì)圍堰范圍外湖水水質(zhì)的影響。

4.2 基坑工程環(huán)保方案

基坑開(kāi)挖遵循“開(kāi)槽支撐、先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，隧道挖方可以利用已施工完的隧道行車道作為土方運(yùn)輸通道，采用輸送帶自動(dòng)化運(yùn)輸設(shè)備，將外運(yùn)土方從隧道基坑運(yùn)輸至已施工完畢的隧道行車道上的自卸汽車，送至棄土場(chǎng)。

隧道棄渣必然要占用土地，棄渣如果處置不當(dāng)，隨意亂棄將占用和損壞土地資源，盡量占用荒地，嚴(yán)格控制侵占良田。隧道開(kāi)挖土方應(yīng)最大程度地利用，以減少棄渣堆放數(shù)量并少占土地。[8-10]隧道開(kāi)挖土方首先保證本項(xiàng)目的圍堰工程、隧道回填等土方需求，多余土方可與沿線地方建設(shè)單位溝通協(xié)調(diào)就近用于周邊建設(shè)項(xiàng)目、魚塘復(fù)墾、本項(xiàng)目臨時(shí)用地復(fù)墾等用途。施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)臨時(shí)棄方的監(jiān)控和管理，確保臨時(shí)棄方進(jìn)入指定棄土場(chǎng)，堅(jiān)持“先擋后棄”的原則，防范水土流失對(duì)環(huán)境造成破壞，設(shè)置排、截水溝，上覆植被，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[8-9]。

鉆孔灌注樁等維護(hù)結(jié)構(gòu)施工中產(chǎn)生泥漿由運(yùn)輸船舶直接運(yùn)送至干化場(chǎng)，干化場(chǎng)配備泥漿沉淀池用于泥漿和淤泥自然干化處理，淤泥干化后及時(shí)運(yùn)至指定的建筑垃圾處理場(chǎng)進(jìn)行處理，沉淀后的上清水回用于施工場(chǎng)地灑水。

4.3 淤泥處理處置環(huán)境保護(hù)方案

隧道施工時(shí)需對(duì)河底淤泥進(jìn)行開(kāi)挖，可采用就地固化處理技術(shù)，免去開(kāi)挖、清淤等操作，直接進(jìn)行原位處理。另外該技術(shù)臨時(shí)占地少，固化淤泥的二次污染遠(yuǎn)小于未處理淤泥，具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，在湖泊疏浚土治理中已多處采用了淤泥固化法處理。

淤泥采用原位固化技術(shù)處理，使用水泥作為固化劑。土由于添加水泥有一定的弱堿性，對(duì)氮、磷釋放基本沒(méi)有作用，回填會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生影響，因此淤泥固化土不得用于隧道回填，清理上岸后運(yùn)至指定的建筑垃圾處理場(chǎng)進(jìn)行集中處理。

4.4 施工期生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案

施工期懸浮泥沙可能影響浮游生物的生長(zhǎng)，占用底棲生物和魚類的棲息地，對(duì)魚類的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生影響，尤其是魚卵、仔魚等對(duì)懸浮泥沙濃度變化較為敏感，施工期會(huì)暫時(shí)性地降低影響范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。隧道施工會(huì)臨時(shí)占用湖面，需嚴(yán)格控制施工工期，隧道施工逐步向湖心推進(jìn)，施工結(jié)束即使恢復(fù)水面，隧道施工不會(huì)截?cái)嗨?。施工時(shí)應(yīng)盡量減少在底棲生物、魚類的產(chǎn)卵期、浮游動(dòng)物的快速生長(zhǎng)期及魚卵、仔魚、幼魚的高密度季節(jié)進(jìn)行作業(yè)。同時(shí)，應(yīng)對(duì)整個(gè)施工進(jìn)行合理規(guī)劃，盡量縮短工期，以減輕施工可能帶來(lái)的水生生態(tài)環(huán)境影響。水域施工采取嚴(yán)密的圍堰進(jìn)行施工圍擋，防止施工導(dǎo)致懸浮物擴(kuò)散、水體渾濁，從而干擾水體中水生植被和魚類的生長(zhǎng)活動(dòng)。施工期可同時(shí)結(jié)合退圩還湖方案在湖區(qū)種植挺水治污，構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)。

藍(lán)藻水華具有重大危害，但目前還缺少有效的治理手段。藍(lán)藻水華的暴發(fā)主要集中在每年4～11 月，特別是在6～9月高溫期，而施工圍擋導(dǎo)致的局部區(qū)域水流交換不暢會(huì)造成藍(lán)藻水華的堆積，同時(shí)底泥擾動(dòng)帶來(lái)的總氮、總磷濃度增加，也有利于藻類的繁殖。高溫、少雨的天氣條件下，藍(lán)藻水華大量死亡造成湖水發(fā)黑、發(fā)臭。因此，盡量避開(kāi)夏季施工可減小藍(lán)藻水華帶來(lái)的不利影響。無(wú)法避開(kāi)夏季施工時(shí)，夏季施工期間應(yīng)在圍堰外側(cè)設(shè)置導(dǎo)流帶（既可預(yù)防可能污染物擴(kuò)散，又能攔截匯聚藍(lán)藻），安排打撈船對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行定期打撈，除此之外安排施工人員對(duì)施工水域進(jìn)行巡查并做好觀測(cè)記錄，結(jié)合施工水域附近自動(dòng)監(jiān)測(cè)站對(duì)水華進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控；依托地方政府配備的藻水分離車、藍(lán)藻機(jī)械化自動(dòng)打撈船、人工打撈船對(duì)區(qū)域藍(lán)藻進(jìn)行打撈無(wú)害化處理，同時(shí)結(jié)合水域施工進(jìn)行生態(tài)清淤。

5 結(jié)束語(yǔ)

湖泊水體一般水深較淺，隧道埋深不大，圍堰明挖法是常用的隧道施工方法。圍堰明挖法施工對(duì)湖體水生態(tài)環(huán)境影響較大，主要有兩方面，一方面是圍堰施工時(shí)的懸浮物影響，一方面是對(duì)水體生態(tài)環(huán)境和水生物的影響。懸浮物影響主要是由于圍堰施工對(duì)湖底淤泥層攪動(dòng)和圍堰抽排水造成，對(duì)水生態(tài)和水生物的影響主要是施工期圍堰對(duì)水體的阻隔破壞水生動(dòng)物棲息環(huán)境和懸浮物干擾水體生物生長(zhǎng)。因此，湖底隧道工程施工前應(yīng)結(jié)合工程施工方案和湖泊生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)制定相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施，施工期采取相應(yīng)的措施，盡可能減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。