既有地鐵隧道上方污染場地跳倉開挖及異位修復(fù)效果研究

文章編號：1674-6139（2025）08-0096-06

中圖分類號：X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Effect of Jumping Excavation and Ectopic Restoration of Contaminated Site above Existing Subway Tunnel

Zheng Tingyu1，2

（1.Center International Group Co.，Ltd.，Beijing 100176，China; 2.College of Chemistry，LiaoningUniversity，Shenyang110o36，China）

Abstract：Basedonthepolutioncharacteristicsofcertainsiteandthesructuralconditionofthesubway，thepolutedsoilwasexcavatedbyjumpingthesilo.Theheavymetalpolutedsoilgeneratedbytheexcavationwassubjectedtoctopicrinsingrepair，andthe composite polluted soil（Fluoride + heavy metal +PHAs ）was disposed of ina cement kiln.The results showed that the excavation of the jumpingchamberreducedtheimpactonthedeformationofthesubwaystructure，andthecumulativemaximumchangesinthesettement of the subway track bed and tunnel convergence were -2.8mm and -1.5mm ，respectively，both lower than the control value of ±5mm Theconcentrationsoffourheavymetalsinthesoilafterectopicrinsingrepairwithcitricacidhydroxylaminehydrochloridewere all lower than the remediation target values，with aremoval rate of approximately 63.5%～97.3% ．After collaborative treatment in cementkilns，theleacingconcentrationsof3poltantsinthecinkerwereallowerthanteargetvalues，and8typesofsereot detected，with aremoval rateclose to 100% .The method of jumping excavation and ectopic repair has minimal disturbance to the subway structure，high treatment efficiency，and isrelatively economical.

Keywords：polluted site；jumping excavation；subwayprotection；rinsingrepair；collaborativedisposal ofcement kilns

前言

土壤是人類生存和發(fā)展的必要條件，由于鋼鐵冶煉、工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)灌溉等不當(dāng)?shù)纳a(chǎn)活動，造成土壤污染[1]。場地治理過程中需根據(jù)污染物類型選擇合適的修復(fù)技術(shù)[2]，常用的污染土壤修復(fù)技術(shù)有熱脫附[3]、淋洗[3]、水泥窯協(xié)同處置、化學(xué)氧化[4]、微生物修復(fù)等。化學(xué)淋洗技術(shù)是一種高效的、能夠徹底治理的修復(fù)方法[5]，常用的淋洗劑包括無機(jī)酸、有機(jī)酸、螯合劑和表面活性劑等[。無機(jī)酸類淋洗劑大多數(shù)為強(qiáng)酸型對土壤環(huán)境的破壞力極強(qiáng)，有機(jī)酸、螯合劑和表面活性劑等單一淋洗劑修復(fù)效果較差，因此需根據(jù)場地實(shí)際污染情況選擇合適的淋洗劑[7]。污染土壤水泥窯協(xié)同處置利用污染土取代部分天然原料和礦物燃料，可以節(jié)省環(huán)境資源和能源[8]，水泥窯處置效果受加熱溫度影響[9]。對于緊鄰地鐵污染場地，修復(fù)施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形必須在允許范圍內(nèi)，否則將會損壞地鐵設(shè)施造成經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響[10]

綜上所述需根據(jù)場地污染特征和周邊地鐵結(jié)構(gòu)狀況兩者綜合考慮，選擇經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的污染土壤治理方法。以某緊鄰地鐵污染場修復(fù)為研究對象，重點(diǎn)討論跳倉開挖對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響，污染土壤采取淋洗修復(fù)和水泥窯協(xié)同處置的修復(fù)效果。

1 工程概況

污染場地位于地鐵站站體周邊，歷史上涉及原鋼鐵廠的煉鐵生產(chǎn)單元。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》（DB33/T1139－2017）規(guī)定：地下車站主體結(jié)構(gòu)與區(qū)間結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè) 50m 內(nèi)為軌道交通控制保護(hù)區(qū)，地下車站主體結(jié)構(gòu)與區(qū)間結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè) 5m 內(nèi)為軌道交通特別保護(hù)區(qū)。該修復(fù)場地位于軌道交通控制保護(hù)區(qū)內(nèi)。修復(fù)區(qū)域地層分布情況自上而下為：（1）1雜填土；（2）2粉質(zhì)黏土；（3）1淤泥質(zhì)黏土;（4）2粉質(zhì)黏土;（5）3粉質(zhì)黏土夾粉土。潛水初見水位埋深為地面下 1.10～ 2.30m ，穩(wěn)定水位埋深為地面下 1.20～2.50m ，隧道埋深范圍內(nèi)無承壓水。

根據(jù)前期調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告結(jié)論，該地塊土壤受到氟化物、重金屬和有機(jī)（PAHs）污染，污染物的初始濃度為：氟化物 1 562mg/kg， 碑 47.4mg/kg 鎳 241.5mg/kg. 鉈 4. 1mg/kg. 鉛 478mg/kg， 萘28.7mg/kg 菲 394mg/kg 苯并[a]芘 5.1mg/kg 苯并[b]熒蒽 5.8mg/kg 苯并[k]熒蒽 7.3mg/kg 苯并[a]蒽 6.1mg/kg 芘并 [1，2，3-cd] 芘 13.2mg/kg 二苯并 [a，h] 蒽 1.1mg/kg 。污染深度 0～4.5m ，污染土工程量 4014m³ 。根據(jù)修復(fù)技術(shù)方案，重金屬污染土壤約 229m³ 采用異位淋洗處置工藝，重金屬 + 有機(jī)（PAHs） + 氟化物復(fù)合污染土壤約3 785m³ 采用水泥窯協(xié)同處置工藝。修復(fù)區(qū)域位于地鐵站西端頭，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)正上方。修復(fù)設(shè)施淋洗設(shè)備、水處理設(shè)備、預(yù)處理大棚等布置在污染區(qū)（地鐵結(jié)構(gòu)）北側(cè)約200m ，不在地鐵 50m 保護(hù)范圍，確保修復(fù)施工對地鐵安全不產(chǎn)生影響。（見圖1）

圖1場地周邊情況及修復(fù)范圍

此地塊規(guī)劃為城市軌道交通用地，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告中污染土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)要求，土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)限值選用住宅及公共用地風(fēng)險(xiǎn)控制值。污染土壤的修復(fù)目標(biāo)值為：氟化物 857mg/kg. 碑 40mg/kg， 鎳 131mg/kg 鉈 2mg/kg. 鉛 411mg/kg 萘 23mg/kg 菲 366mg/kg. 苯并[a]芘 0.52mg/kg 苯并[b]熒蒽 5.2mg/kg 苯并[k]熒蒽 5.2mg/kg 苯并[a]蒽 5.2mg/kg 芘并 [1，2，3-cd] 芘 5.2mg/kg 二苯并[a，h]蒽 0.52mg/kg （見表1）

表1土壤修復(fù)工程量

2 實(shí)施方法

2.1污染土壤跳倉清挖

污染區(qū)位于地鐵站東側(cè)端頭隧道上方，為防止開挖過程隧道上浮，東端頭臨近隧道及隧道上方采用跳倉開挖方式，開挖深度為 4.5m ，基坑底部距離盾構(gòu)管片頂部為 6.05m 。跳倉開挖控制單次土方開挖量，減少對下方地鐵隧道變形影響，跳倉分塊面積的大小應(yīng)綜合考慮基坑與下臥隧道的空間關(guān)系、土質(zhì)條件等因素，分塊過大不利于對隧道變形的控制，太小則會增加施工難度和工期。同時(shí)還需慮分塊的方向，垂直于隧道軸線方向分塊與平行于隧道軸線方向分塊相比，由于直接在隧道上方的卸土量相對較少，因此前者更有利于減少下方地鐵隧道的變形。

綜合上述，跳倉分為12個(gè)區(qū)塊且分塊的方向垂直于隧道軸線方向如圖3所示，挖深為 4.5m ，溝槽寬控制 3m 左右，依次按1-12順序跳槽開挖，開挖并回填完成后施工下一區(qū)域。隧道上方最大卸土量由整體開挖 6813m³ 減少至 787.5m³ ，卸土重量為原來的 11.56% ，減小隧道頂部土體暴露時(shí)間，防止隧道產(chǎn)生不均勻沉降。每個(gè)區(qū)域回填前進(jìn)行鋪設(shè)HDPE膜阻隔，避免回填潔凈土與相鄰為未開挖污染土接觸產(chǎn)生交叉污染。挖土過程中嚴(yán)密監(jiān)控軌道交通設(shè)施的位移發(fā)展，如出現(xiàn)位移異常應(yīng)立即停止挖土，查明原因并采取措施消除隱患。

2.2重金屬污染土壤淋洗處置

2.2.1 污染土壤淋洗修復(fù)

根據(jù)場地土層特征 0～2m 重金屬污染土壤主要為雜填土，土壤介質(zhì)滲透性較高采用淋洗修復(fù)，涉及的污染區(qū)域分別為S1和S2，方量約 229m³ 。污染土壤清挖完成后送到淋洗處置區(qū)進(jìn)行篩分預(yù)處理，預(yù)處理后篩下土壤進(jìn)入淋洗修復(fù)系統(tǒng)。淋洗液和污染土（3：1）通過滾筒解泥機(jī)進(jìn)行混合并充分?jǐn)嚢瑁纬赡酀{。混合漿液經(jīng)過兩級水力振動篩分級處理，可以分出 2mm～50mm 粒徑顆粒組分、0.075mm～2mm 粒徑顆粒組分以及 0.075mm 以下粒徑顆粒組分，整個(gè)篩選分級過程附有獨(dú)立高壓水噴淋系統(tǒng)，以保證分級出骨料的清洗效果。0.075mm 以下粒徑顆粒泥漿進(jìn)入增效洗脫池后，按照質(zhì)量 2% 加入復(fù)合淋洗劑檸檬酸－鹽酸羥胺（1：1） ，鹽酸羥胺作為還原劑可通過調(diào)控重金屬在土壤中的形態(tài)分布，提高活性重金屬比例，大幅度減少可還原態(tài)重金屬殘留量，從而強(qiáng)化了檸檬酸對重金屬的洗脫效率。檸檬酸是一種有機(jī)酸含有多個(gè)配位體，對重金屬的解析包括酸溶作用和螯合作用，在與重金屬結(jié)合時(shí)螯合作用甚至強(qiáng)于酸溶作用，能通過化學(xué)絡(luò)合反應(yīng)促使重金屬從土壤中釋放，而且對土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)破壞相對較小。濃縮漿液輸送至脫水模塊，脫水模塊的核心部件為板框壓濾機(jī)，可以將小于 0.075mm 組分和污水組成的泥漿進(jìn)行深度脫水，壓制成泥餅。

2.2.2 淋洗廢水處置

淋洗處置過程產(chǎn)生的廢水通過水泵提升至反應(yīng)池進(jìn)行混勻沉淀，投加鐵鹽形成不溶性的化合物，同時(shí)利用投加鐵鹽后產(chǎn)生的水合鐵氧化物進(jìn)一步吸附游離的重金屬。然后進(jìn)入絮凝沉淀池投加絮凝劑聚合氯化鋁和助凝集聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝沉淀。然后廢水進(jìn)入斜板沉淀池，依靠重力沉降，上層清液通過過濾泵輸送至多介質(zhì)過濾器（石英砂 + 活性炭）進(jìn)行深度過濾處理后排入清水排放池暫存，檢測達(dá)標(biāo)后進(jìn)行納管排放。絮凝沉淀的污泥排人污泥收集池，經(jīng)壓濾干化處理后外運(yùn)至危廢處置單位處置。

2.3復(fù)合污染土壤水泥窯處置

重金屬 +PAHs+ 氟化物復(fù)合污染土壤采用水泥窯協(xié)同處置，涉及的污染區(qū)域分別為S3和S4，方量約 3785m³ 。污染土壤清挖完成后送到水泥窯預(yù)處理大棚，預(yù)處理后外運(yùn)到水泥窯廠進(jìn)行處置。污染土壤從窯尾煙氣室進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯，污染土添加量約 2.5% ，物料溫度約為 1450^°C ，物料停留 45min ，窯內(nèi)氣相溫度最高可達(dá) 1800% 停留10s ，在水泥窯的高溫條件下，污染土壤中的有機(jī)污染物揮發(fā)分解，重金屬及氟化物固定在水泥熟料中。水泥窯焚燒處理可能產(chǎn)生的有害組分包括煙塵、硫氧化物、氮氧化物、重金屬等有害組分，窯尾廢氣處理系統(tǒng)采用布袋除塵 + 精準(zhǔn)SNCR的處理工藝 + 活性炭吸附。

2.4 地鐵安全監(jiān)測

修復(fù)區(qū)域位于地鐵軌道交通控制保護(hù)區(qū)內(nèi)，由于地鐵隧道已運(yùn)營，需在隧道內(nèi)設(shè)置自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對隧道水平垂直位移、隧道水平收斂的連續(xù)、精確監(jiān)測。根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50911）要求監(jiān)測等級為一級時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)間距宜為 5m～10m 進(jìn)行，該地鐵隧道每隔6米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。施工期間監(jiān)測頻次：深樁點(diǎn)聯(lián)測頻（1次/月）、人工復(fù)核頻率（1次/2周）、監(jiān)測日報(bào)表提交頻率（1次/1d）、自動化監(jiān)測頻率（1次/3h）。（見圖2）

圖2地鐵安全監(jiān)測點(diǎn)位

3 結(jié)果分析

3.1土壤清挖效果分析

根據(jù)《污染地塊風(fēng)險(xiǎn)管控與修復(fù)效果評估技術(shù)導(dǎo)則》（HJ25.5-2018）和《污染地塊治理修復(fù)工程效果評估技術(shù)規(guī)范》（ DB33/T2128-2018） 要求，采樣區(qū)域面積為 1 500?Xlt;2 500m² ，坑底采樣點(diǎn)數(shù)量為7個(gè)，側(cè)壁采樣點(diǎn)數(shù)量為7個(gè)。該基坑面積為1514m² ，底部布設(shè)7個(gè)點(diǎn)位，取樣深度為 4.5m ；基坑側(cè)壁長度 187m ，側(cè)壁布設(shè)7個(gè)點(diǎn)位（每個(gè)點(diǎn)位垂直分為3個(gè)深度取樣，取樣深度為 0.2m.2.2m 4.2m 。檢測結(jié)果表明，氟化物的檢出濃度239～469mg/kg ，低于目標(biāo)值 857mg/kg ;砷的檢出濃度3.62～36.7mg/kg ，低于目標(biāo)值 40mg/kg ;鎳的檢出濃度 37～94mg/kg ，低于目標(biāo)值 131mg/kg ；鉈的檢出濃度 0.2～0.7mg/kg ，低于目標(biāo)值 2mg/kg ;鉛的檢出濃度 7.1～55.1mg/kg ，低于目標(biāo)值 411mg/kg PAHs類污染物均未檢出，基坑清挖滿足要求。

3.2土壤淋洗修復(fù)效果分析

土壤修復(fù)完成后進(jìn)行檢測驗(yàn)收，根據(jù)《污染地塊治理修復(fù)工程效果評估技術(shù)規(guī)范》（DB33/T2128-2018）要求，土壤修復(fù)后原地回填的每個(gè)樣品代表的土壤體積不應(yīng)超過 200m³ 。驗(yàn)收堆體方量約為 229m³ ，布設(shè)取樣點(diǎn)3個(gè)，根據(jù)檢測結(jié)果如表2所示，修復(fù)后砷平均濃度約 17.3mg/kg ，去除率約63.5% ；修復(fù)后鉛平均濃度 12.6mg/kg ，去除率約97% ；修復(fù)后鎳平均濃度 74.3mg/k ，去除率約 69.2% ;修復(fù)后鉈濃度 0.7mg/kg ，去除率約 82.9% 。修復(fù)后土壤中污染物濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值，滿足修復(fù)要求。

圖3跳倉分區(qū)情況和基坑驗(yàn)收取樣點(diǎn)位

表2修復(fù)后土檢測結(jié)果 mg/kg

淋洗修復(fù)過程產(chǎn)生的淋洗液經(jīng)廢水處理設(shè)備處置完成后進(jìn)行檢測，廢水量約 388m³ ，取3個(gè)檢測樣品分別為LW1、LW2、LW3。根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）三級標(biāo)準(zhǔn)要求，砷廢水排放標(biāo)準(zhǔn)限值為 500μg/L ，鉛廢水排放標(biāo)準(zhǔn)限值為1000μg/L ，化學(xué)需氧量排放標(biāo)準(zhǔn) 400mg/L ，懸浮物排放標(biāo)準(zhǔn) 500mg/L 。根據(jù)檢測結(jié)果，處理后的廢水中砷濃度為 0～1.2μg/L， 鉛濃度為 0～3.23μg/L， 化學(xué)需氧量濃度為 15～47mg/L 懸浮物為 58～102mg/L 廢水處理達(dá)標(biāo)，均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3土壤水泥窯協(xié)同處置效果分析

根據(jù)《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》（GB30760－2014）和《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GBT14848-2017）IV類限值要求。5個(gè)水泥熟料樣品浸出檢測結(jié)果如表3所示，氟化物的檢出濃度 0.14～0.23mg/L 低于目標(biāo)值 1. 00mg/L ；砷的檢出濃度0.001～0.003mg/L ，低于目標(biāo)值 0.1mg/L ；鉛的檢出濃度0.007mg/L～0.122mg/L ，低于目標(biāo)值 0.3mg/kg ；鎳和鉈5個(gè)樣品均未檢出，水泥熟料中重金屬和氟化物的浸出含量均低限值，重金屬和氟化物在熟料中得到有效固化及穩(wěn)定化。苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽、二苯并[a，h]蒽、芘并 [1，2，3-cd] 芘、萘和菲等8種PAHs均未檢出，表明在高溫條件下，有機(jī)物揮發(fā)分解得以全部去除，去除率達(dá) 100% 。

表3水泥熟料浸出檢測結(jié)果

mg/L

水泥窯處置過程產(chǎn)生的煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物排放執(zhí)行《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915－2013表2特別排放限值。重金屬排放執(zhí)行《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB30485－2013表1排放限值。苯并（a）芘、非甲烷總烴排放執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB16297-1996表2二級限值。處理后的窯尾廢氣監(jiān)測結(jié)果：顆粒物為 5.0mg/m³ （限值為 20mg/m³ ）、二氧化硫?yàn)?38mg/m³ （限值為 100mg/m³ ）氮氧化物為 148mg/m³ （限值為 320mg/m³ ）、氟化物為0.09mg/m³ （限值為 3mg/m³ ）、鉈及其化合物為 6× 10^-6mg/m³ （限值為 1mg/m³ ）、鉛及其化合物為 8× 10^-3mg/m³ （限值為 0.5mg/m³ ）、砷及其化合物為1.92×10^-2mg/m³ （限值為 1mg/m³ ）、鎳及其化合物為 1.6×10^-3mg/m³ （限值為 1mg/m³ ）苯并（a）芘排放濃度為 8.51×10^-6mg/m³ （限值 0.3×10^-3mg/m³ ）、苯并（a）芘排放速率為 4.62×10^-6kg/h （限值 3.70× 10^-3kg/h ）、非甲烷總烴排放濃度為 12.2mg/m³ （限值 120mg/m³ ）非甲烷總烴排放速率為 6.44kg/h （限值 756kg/h ），各排放污染物均低于標(biāo)準(zhǔn)限值要求，尾氣處理滿足要求。

3.4地鐵安全監(jiān)測結(jié)果分析

項(xiàng)目開始施工至施工完成約2個(gè)月及項(xiàng)目施工結(jié)束后3個(gè)月，總計(jì)5個(gè)月監(jiān)測數(shù)據(jù)平穩(wěn)，道床沉降上行線最大日變化量 -2.2mm ，下行線最大日變化量 1.2mm ;隧道收斂上行線最大日變化量-1.5mm ，下行線最大日變化量 -1.0mm ;結(jié)果均低于報(bào)警值（日變量） ±3mm/d 。道床沉降上行線累計(jì)最大化量 -2.8mm ，下行線累計(jì)最大變化量-2.8mm ;隧道收斂上行線累計(jì)最大變化量-1.5mm ，下行線累計(jì)最大變化量 -0.6mm ；均低于報(bào)警值（累計(jì)值） ±4.0mm 和控制值（絕對值）±5.0mm 。各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)值變化正常，在可控范圍之內(nèi)。項(xiàng)目施工完成后進(jìn)行隧道最終狀態(tài)調(diào)查，無新增滲漏水，無裂縫。采取跳倉開挖及異位修復(fù)對地鐵結(jié)構(gòu)影響在可控制范圍內(nèi)。

4結(jié)論

通過垂直隧道軸線方向跳倉開挖，隧道上方最大卸土量由整體開挖 6813m³ 減少至 787.5m³ ，卸土重量為原來的 11.56% ，減少地鐵隧道變形。監(jiān)測結(jié)果顯示跳倉開挖施工對地鐵結(jié)構(gòu)影響低于控制值，清挖后基坑驗(yàn)收合格，污染土清挖徹底。重金屬污染土經(jīng)淋洗劑檸檬酸-鹽酸羥胺增效洗脫后土壤中4種重金屬污染物去除率約為 63.5%～97.3% ，污染物均低于修復(fù)目標(biāo)值。復(fù)合污染土壤在水泥窯高溫條件處置后，水泥熟料13種污染物的浸出均低于修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值，其中8種PHAs均未檢出去除率接近 100% ，污染土壤滿足資源化利用要求。該緊鄰地鐵污染場地較常規(guī)污染場地每方污染土壤治理（開挖 + 修復(fù)）費(fèi)用僅增加3～4元，增加比約為0.375%～0.5% ，較為經(jīng)濟(jì)。

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