特长富水隧道涌水环保处治技术研究

王全俊 高越 陈永胜 梁国峰 李成飞

摘要：鹤庆至剑川至兰坪高速公路项目，鹤剑1号隧道全长11036m，剑川端施工5520m，本项目位于洱海保护上游水环保要求高。

关键词：富水隧道、隧道涌水、反坡排水、清污分流

一、工程概况

鹤剑1号隧道出口左幅长度约5513m，起讫桩号ZK12+713～ZK7+200。右幅长度约5520m，起讫桩号K12+720～K7+200主线隧道综合纵坡坡度为-1.9%。

二、水文地质及环保要求

2.1、水文地质

鹤剑1号隧道洞身段主要为岩溶水类型，地下水属于第四系孔隙水赋存与第四系松散土体中，多以潜水形式出现；基岩裂隙水及岩溶水赋存于下伏基岩中，受大气降水、地下暗河等补给。在断层带附近富水性强可能出现较大涌水突泥。

2.2、环保要求

弥茨河是弥苴河的一级支流，弥苴河（源头—入洱海口）功能为饮用水，农业用水，为Ⅱ类水体，按照支流不低于干流的原则，弥茨河及支流东村河、干沟执行《地表水环境质量标准》。鹤剑1号隧道出口地处洱海保护区上游施工外排水须达到环保要求。

三、隧道涌水及水质检测情况

3.1、隧道涌水

隧道开挖至ZK11+570时，在掌子面围岩由灰岩突然转变为碳质泥岩，对碳质泥岩送检含煤量达4401.17cal/g。在程掌子面右侧拱腰位置现大股涌水水体呈黑色，涌水量大约为1400m³/h。由于涌水量过大，涌水很快将其隧道淹。最终淹没里程桩号为ZK11+900位置。

3.2、水质检测情况

施工过程中遇到煤层导致排洞外的水含有悬浮颗粒超标，不能达到地表排放标准要求。

表3-2水质检测结果

采样点位	沉淀池进水口	沉淀池出水口
采样日期	2021.11.22
样品编号	2021112201DB01-1-1	2021112201DB02-1-1
检测项目	检测结果
pH(无量纲)	7.9 720 60	7.5
悬浮物		10
化学需氧量		10
氨氮	1.1	0.136
总氮	2.88	0.651

四、总体方案

4.1、洞内反坡施工排水方案

本隧道属于富水特长反坡施工、距离、坡度及涌水量情况拟定使用长距离泵站（集水井）排水法进行反坡排水。

鹤剑1号隧道出口反坡施工长度5520m，高差114.1m，现场最大涌水量平均30340.8m³/d（1264.2m³/h）。考虑隧道内阶段性涌水的特点按涌水量1.5倍考虑，取值为45511.2m³/d（1896.3m³/h）来配备相应设施。

4.1.1、抽水设备配置

按最大涌水量考虑排水能力，选用大流量、大扬程抽水机，设备分阶段投入。数量根据掌子面的涌水量配备，施工中不少于2台备用。

1）抽水设备数量确定。根据隧道最大涌水量及拟定水泵额定流量确定，其计算公式见式（1）。

n=Q/（q×24×k）（1）

式中：n为水泵数量；Q为隧道最大涌水量；q为水泵额定流量；k为流量折减系数，取值0.85。

本方案中取值：Q为洞内涌水量，取Q=45511.2m3/d；q为抽水机排水量，q=756m3/h，k为流量折减系数，取a=0.85；

n=Q/（q×24×k）=45511.2/（756*24*0.85）

≈3台

即泵站需配置3台抽水机。

2）排水管路直径确定

根据隧道最大涌水量确定。

（2）

d-水管直径；Q-隧道最大涌水量Qmax=45511.2m3/d；s-流速，取Smax=2.69m/s。

d=（2）

=1.22m

即配置φ300和φ200的钢管各2道。

4.1.2、泵站设置

泵站设计距离为650～850m，因在施工过程中，可能遇到突泥涌水等不确定因素。临时泵站200～250m设置一座。作业面施做集水坑将水抽排至临时泵站。

泵站级数确定。根据高差及水泵扬程确定。

m=（L×i）/（h×k）（3）

m-泵站级数；L-反坡抽水长度；i-隧道排水坡度；h-水泵扬程；k-压力折减系数，取值0.5。

L-反坡抽水长度Lmax=5500m；i-隧道排水坡度i=-1.9%；h-水泵扬程H=43；k-压力折减系数，取值0.5。

计算：   m=（L×i）/（h×k）（3）

=(5500×0.019)/(43×0.5)

=4.8

即主洞单洞分别需要5级泵站。

4.2、洞外清污分流施工方案

4.2.1、洞外清污分流流程

图4-2-1 清污分流流程图

4.2.3、清污分流设计

4.2.3.1、河道改移设计

改移原有河道本次改道河段起点位于福和村小桥，终点位于C区沉淀池末端。

4.2.3.2、隧道污水抽排洞外设计

隧道内的水抽排到洞外再与上游河道水汇集后，造成更大的水环境受污染，确保环保达标进行清污分流。

隧道洞口前方设计沉淀池A区共10级为初级，下游河滩地设计沉淀池C区,设置4级大型沉淀池为中级；A区和C区用φ800mm钢带波纹管连通。沉淀池内挂土工布增加悬浮物接触面积透析，减缓水流流速。土工布更换频率1～3天更换一次，及时清除沉淀池淤泥。

4.3、净水设备投入的必要性

隧道涌出黑水经过A区、C区沉淀池透析过滤，浮物有所下降。因根据隧道涌水量Qmax=1264.2×24=30340.8m³/d；该污水需静止沉淀12小时才能达排放标准，隧道施工是动态自然沉淀透析过滤无法满足，确保水质达排放标准，投入净水设备处理确保环保达标。

4.4、效果及效益分析

4.4.1、处理效果

沉淀池内挂土工布透析过滤工艺加设备处理，设备净化能力1500m3/h。未采取沉淀土工布透析过滤，直接由设备过滤，聚合氯化铝（PAC）配比浓度460mg/L。增设透析过滤工艺配比浓度降到224mg/L，聚丙烯酰胺（PAM）配比浓度140mg/L降低到68.5mg/L，工业碱PAC和PAM药剂大幅度降低，污水中的悬浮物处理得更加理想。净水药剂的使用配比浓度降低，设备净化效率也提高，净化成本也降低。

表4-4-1处理后水质检测结果

采样点位	设备处理出水口	地表水环境质量标准   GB3838-2002）Ⅱ类
采样日期	2022.8.15
检测项目	检测结果
pH(无量纲)	7.9	6～9
悬浮物	1	—
化学需氧量	4.2	≤15
氨氮	0.051	≤0.5
总磷	0.01L	≤0.1
汞	4.0*10-5L	≤0.00005

4.4.2、效益分析

东大河原有水流量9000～10000m³/h,隧道涌水汇入东大河，对水环境会造污染，同时增加净化水量，增加投资成本，采取清污分流处理后，水质符合设计排放标准，净水量减小，经济效益和社会效益显著。

表4-4-2清污分流投入对比

通过效果和效益分析本项目的研究工作是可行的。

五、水环保措施

（1）排水应贯彻“以防为主、以治为辅、综合治理”的环境保护原则，根据自然条件进行绿化、美化路容、保护环境。

（2）排水时注意防止水土流失、堵塞河道、诱发灾害和污染。因工程施工可能造成环境近期难以恢复的地带，应做环境保护设计。

（3）施工排水、生活污水按有关要求进行处理，不得直接排入农田、河流和渠道。清洗骨料的水和其它施工废水采取过滤、沉淀处理后方可排放，以免污染周围环境。

六、清污分流总结

在清污分流药剂、土工布、人工、机械等是动态投入，对动态投入以下几点建议：

（1）污水处理投入超滤设备和超滤膜净水系统进行过滤，设备所使用的净水药剂，做到每日及时签证确认。

（2）沉淀池内悬挂土工布透析过滤数量及清淤、人工、机械等投入属于动态投入，做到每日及时签证确认。

（3）动态投入的材料、设备、物资要给监理单位报验确认，做到“进场有据、领用有源、使用有认”。

（4）做到专人管理，专人负责、对资料及时收集归档，做到每日一签。

作者简介：王全俊（1984.8-），男，汉族，工程师，项目总工，昆明理工大学工程造价。

参考文献：

[1]鹤剑1号隧道（剑川端）涌水清、污分流应急处治方案。

[2]吴培言 探讨参内乡祜水村污水排放现状及处理技术。

[3]陈鹏华 煤矿污水处理站高密度沉淀池的改造研究。

[4]郑鑫基 农村污水处理设备施工质量控制关键点研究。