湖底隧道工程施工期水生態環境保護研究

賈 冰，張 巖

（南京大學環境規劃設計研究院集團股份公司，江蘇 南京 210093）

1 概述

隨著我國城市交通工程的快速發展，許多工程涉及水下隧道施工，鉆爆法、盾構法、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用最為廣泛的一種施工技術，在施工過程中由上向下開挖至基坑的底部，在基坑內進行主體結構的施工，待主體結構完工后進行土體的回填恢復原貌。這種施工方法能夠適應不同地質條件，造價低進度快，但是對周邊環境造成的影響很大。圍堰法是水利工程中常用的技術方法，是一種圍擋技術，通過建設臨時的水壩來為工程創造一個相對穩定的區域，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上，結合明挖法發展起來的新工法，目前國內主要應用于穿越湖泊的水下隧道，具有工期短、受地質影響小、結構斷面布置靈活等優點[6]。在湖底進行圍堰明挖法施工，因湖泊水環境特點，決定了施工期水生態環境保護的重要性和難點。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環境保護。

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，采用一級公路設計標準，雙向六車道，隧道采用圍堰明挖法施工。由于隧道橫穿湖體，若臨時圍堰一次性連續貫通，將阻斷圍堰兩側湖水循環，防洪和環保隱患大，因此采取圍堰分階段實施，進入湖中臨時圍堰采用分倉流水推進的方式。隧道施工從岸邊向湖中推進，采取逐段分倉流水作業模式，往復循環施工。

隧道圍護結構沿隧道縱向各區段分別采用相應的設計支護型式，降排水系統采用封閉式止水帷幕+疏干降水?；娱_挖必須在圍護結構、地基固化處理、降排水等工程達到設計要求后進行，根據結構要求分層分區域對稱進行。隧道主體施工包括隧道樁基施工、隧道結構施工、隧道回填、預埋件施工。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施作完成后進行，回填至設計湖底標高。

3 湖泊水環境影響分析

該湖區是半封閉型湖灣，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。湖區夏季盛行風主要為東南風（SE），冬季次盛行風向為西北偏西風（WNW），平均風速約3.0m/s。平均風速狀態下，風力驅動下在整個湖面常形成較穩定的湖流。水流交換緩慢，換水周期長，水動力條件差。同時入湖河道多，沿湖工農業和生活污染物經入湖河流匯入湖體，導致湖體受污染較為嚴重。湖底有泥區平均泥深約1.8m，淤泥層主要集中于0.03-1.0m，表層呈浮、流泥態，極易為風浪擾動再懸浮，地球化學作用復雜。該湖泊近年來富營養化嚴重，處于中度富營養化狀態，湖區大部分水域包括工程所在位置，都是藍藻水華發生的主要區域。湖底表層淤泥所蓄積的營養鹽含量遠高于上覆水體中營養鹽的濃度，淤泥層蓄積的營養鹽易于解析并通過濃度梯度向上覆水體釋放，從而加重湖水的營養狀態。

不同風況條件下，湖泊湖流和水體遷移規律不同，污染及懸移物質會隨水體遷移，對湖泊水質產生不利影響。該湖泊四季盛行風主要為東南風，冬季的次盛行風向為西北偏西風。在東南風作用下，拆除圍堰和抽排水作業時，瞬時源強釋放的懸浮物迅速開始擴散，東側源強釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿西岸往施工工程西側圍堰運動；西側源強釋放的懸浮物則直接沿西南岸輸移；抽排水源強排放的懸浮物在施工工程的西南方匯合，逐漸輸移擴散至整個大湖區。在西北偏西風作用下，拆除圍堰和抽排水作業時西側源強釋放的懸浮物隨湖流逐漸沿東岸往施工工程東側圍堰運動，東側源強釋放的懸浮物則直接沿東岸輸移，抽排水源強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營養鹽濃度和藍藻生物量較高、溶解氧濃度較低的水域，在隧道建設中期，西側圍堰周邊容易成為水華堆積區；在施工后期，圍堰的北側與西側容易成為水華堆積區。

4 湖泊水域施工期水環境保護方案

4.1 圍堰工程施工環保方案

隧道采用明挖法施工，水域施工嚴格按照設計的圍堰施工法，將施工區域和水域隔離。圍堰用以維護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行施工，同時也防止施工污染物進入水體。作為臨時性建筑，圍堰要在隧道修建完成后拆除[7]。圍堰開挖需分段進行，逐倉向湖心推進，合理進行施工期的湖流導流，減少對湖體水環流的影響。

圍堰施工抽排水在堰內受擾動水體經過一定時間靜沉后進行，確保抽排水時抽出堰內水體肉眼無明顯渾濁，減少圍堰抽排水的懸浮物濃度。圍堰排水時可通過控制排水點高度、基坑排水等方式減少對圍堰內淤泥的擾動，減少對圍堰外水體水質的影響。排水時全部從水面進行排水，嚴格控制每天排水點下降高度。

施工結束拆除圍堰時，應對圍堰施工區內部進行清理后再實施圍堰拆除。施工拆除時先挖除堰體內填土，再拆除圍堰外側鋼板，將圍堰拆除影響盡量控制在圍堰范圍內，減少對圍堰范圍外湖水水質的影響。

4.2 基坑工程環保方案

基坑開挖遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”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輸通道，采用輸送帶自動化運輸設備，將外運土方從隧道基坑運輸至已施工完畢的隧道行車道上的自卸汽車，送至棄土場。

隧道棄渣必然要占用土地，棄渣如果處置不當，隨意亂棄將占用和損壞土地資源，盡量占用荒地，嚴格控制侵占良田。隧道開挖土方應最大程度地利用，以減少棄渣堆放數量并少占土地。[8-10]隧道開挖土方首先保證本項目的圍堰工程、隧道回填等土方需求，多余土方可與沿線地方建設單位溝通協調就近用于周邊建設項目、魚塘復墾、本項目臨時用地復墾等用途。施工過程中應加強臨時棄方的監控和管理，確保臨時棄方進入指定棄土場，堅持“先擋后棄”的原則，防范水土流失對環境造成破壞，設置排、截水溝，上覆植被，降低對生態環境的影響[8-9]。

鉆孔灌注樁等維護結構施工中產生泥漿由運輸船舶直接運送至干化場，干化場配備泥漿沉淀池用于泥漿和淤泥自然干化處理，淤泥干化后及時運至指定的建筑垃圾處理場進行處理，沉淀后的上清水回用于施工場地灑水。

4.3 淤泥處理處置環境保護方案

隧道施工時需對河底淤泥進行開挖，可采用就地固化處理技術，免去開挖、清淤等操作，直接進行原位處理。另外該技術臨時占地少，固化淤泥的二次污染遠小于未處理淤泥，具有良好的環境穩定性，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，對氮、磷釋放基本沒有作用，回填會對水體產生影響，因此淤泥固化土不得用于隧道回填，清理上岸后運至指定的建筑垃圾處理場進行集中處理。

4.4 施工期生態環境保護方案

施工期懸浮泥沙可能影響浮游生物的生長，占用底棲生物和魚類的棲息地，對魚類的生長繁殖產生影響，尤其是魚卵、仔魚等對懸浮泥沙濃度變化較為敏感，施工期會暫時性地降低影響范圍內的生態環境質量。隧道施工會臨時占用湖面，需嚴格控制施工工期，隧道施工逐步向湖心推進，施工結束即使恢復水面，隧道施工不會截斷水源。施工時應盡量減少在底棲生物、魚類的產卵期、浮游動物的快速生長期及魚卵、仔魚、幼魚的高密度季節進行作業。同時，應對整個施工進行合理規劃，盡量縮短工期，以減輕施工可能帶來的水生生態環境影響。水域施工采取嚴密的圍堰進行施工圍擋，防止施工導致懸浮物擴散、水體渾濁，從而干擾水體中水生植被和魚類的生長活動。施工期可同時結合退圩還湖方案在湖區種植挺水治污，構建濕地生態系統。

藍藻水華具有重大危害，但目前還缺少有效的治理手段。藍藻水華的暴發主要集中在每年4～11 月，特別是在6～9月高溫期，而施工圍擋導致的局部區域水流交換不暢會造成藍藻水華的堆積，同時底泥擾動帶來的總氮、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，藍藻水華大量死亡造成湖水發黑、發臭。因此，盡量避開夏季施工可減小藍藻水華帶來的不利影響。無法避開夏季施工時，夏季施工期間應在圍堰外側設置導流帶（既可預防可能污染物擴散，又能攔截匯聚藍藻），安排打撈船對藍藻進行定期打撈，除此之外安排施工人員對施工水域進行巡查并做好觀測記錄，結合施工水域附近自動監測站對水華進行動態監控；依托地方政府配備的藻水分離車、藍藻機械化自動打撈船、人工打撈船對區域藍藻進行打撈無害化處理，同時結合水域施工進行生態清淤。

5 結束語

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。圍堰明挖法施工對湖體水生態環境影響較大，主要有兩方面，一方面是圍堰施工時的懸浮物影響，一方面是對水體生態環境和水生物的影響。懸浮物影響主要是由于圍堰施工對湖底淤泥層攪動和圍堰抽排水造成，對水生態和水生物的影響主要是施工期圍堰對水體的阻隔破壞水生動物棲息環境和懸浮物干擾水體生物生長。因此，湖底隧道工程施工前應結合工程施工方案和湖泊生態環境特點制定相應的生態環境保護措施，施工期采取相應的措施，盡可能減少對生態環境的影響。