摘要：高速公路工程为线性工程，由于工程条件和自然因素限制，线位选择经常会穿越水源二级保护区等敏感区。道路建设势必对水源地保护区产生影响，若在施工期间不采取必要的水环境保护措施，导致饮用水安全受到威胁，将影响当地居民的生产生活。通过对高速公路建设期间隧道施工环境影响分析，制定雨污分离、生产生活污水分开收集和处理、处理水生产回用、多余水排出保护区外、渣土外运等保护措施。结果表明：高速公路建设期间应切实做好水源地环境保护工作，确保水源地保护区水质安全。
关键词：高速公路；水源二级保护区；隧道施工；保护措施
引言
高速公路建设对区域交通和经济发展有着重大贡献，截止2017年底，我国高速公路由“十一五”末期的7.41万公里发展到13.65万公里，根据《国家公路网规划（2013-2030年）》指出，2030年我国将建成总规模40.1万公里的国家公路网[1]。伴随着高速公路的发展，并在国民经济和社会发展中发挥着越来越重要的支撑作用，但高速公路建设及运营期间对周边环境影响问题逐渐显现出来，尤其是对水环境的影响比较突出。
就隧道施工而言，隧道开挖会造成下垫面水文特征发生变化，而路基和隧道开挖产生的弃渣则会导致地表水体水文发生改变；而生产中开挖打钻、二衬养护、路面冲洗、机械设备的清洗以及隧道涌水等含油废水，职工生活中产生的污水都存在着极大的水污染风险；施工中的油料、爆破物品运输和使用也对水环境造成威胁。
饮用水水源地保护区存在范围大、生态系统脆弱等特点，一旦受到污染，控制难度大，恢复周期长；影响当地居民的生产生活，造成严重社会影响和经济损失。如不采取科学有效的保护措施，公路建设将会对水源地水质安全造成威胁。
1、相关法律法规
《中华人民共和国水污染防治法》（2017年6月27日修订），“第六十六条：禁止在饮用水水源二级保护区内新建、改建、扩建排放污染物的建设项目”。《关于加强公路规划和建设环境影响评价工作的通知》（环发[2007]184号），“新建公路项目，因工程条件和自然因素限制，确需穿越饮用水水源二级保护区或准保护区的，建设单位应当事先征得有关机关单位的同意”。《集中式饮用水水源环境保护指南》对生产工艺、污水排放、污水处理、危险化学品管理等环节的相关要求。
2、施工期水源地环境影响分析
2.1水污染
施工场地所产生污水主要源于包括三个方面，其一为生产废水，其二为生活污水，其三为降雨初期雨水对场地内地表冲刷而产生的雨污。
2.1.1生产废水
施工场地的生产过程中产生的生产废水其一是拌和站、安全支护组装区、质量安全检测室等生产场区产生的生产废水；其二是生产过程中施工现场和施工运输车辆、施工机械的冲洗废水。其主要污染因子为SS、COD、泥沙、石油类等，其pH值一般呈碱性。
隧道施工废水主要源于：①施工中穿越不良地质单元遭遇涌突水和围岩渗水，②爆破材料爆破后的降尘洒水产污水、施工机械设备运转如钻机冷却水和清洗用水等、喷射混凝土及注浆等支护过程和注浆材料产生的生产废水以及基岩裂隙水。主要污染因子为SS、pH、COD、氨氮、石油类，一般情况下，公路隧道掘进施工所产生废水pH呈碱性。如果隧道中有涌突水，而施工中也无法将涌突水与施工用水完全分离，使得隧道施工废水变化较大。③洞内施工场地洒水、冲洗、养护用水。
表1 施工期隧道钻爆掘进生产污水主要污染物成分、浓度及源强表
2.1.3初期雨污
按照雨污分流的原则，在整个施工区域外侧修建截水沟，使得场地外汇水不进入作业面，场地内各类设施尽量加盖工棚或者修建临时厂房，可收集屋顶雨水，将这些清洁雨水截流，避免受到污染，所截留雨水经简单沉淀后进入自然水体，达到雨污分流目的。因此，可能受到雨水冲刷的施工场地包括未封闭施工的施工场地和施工便道。根据相关研究，路面初期6-8 mm 左右降雨可控制约60-80%的污染量，超过10 mm 可增加的控制量不明显[2]，因此，计算以降雨初期10 mm 作为雨污产生量。
2.2固体废弃物污染
另一部分来自施工区的垃圾，包括废弃的建材、包装材料、生活垃圾等。另一部分主要集中在隧道工程路段，隧道施工掘进面会产生大量隧道弃渣。
3、施工期保护措施
3.1清污分流
清水截留排走，污水进入处理系统处理。①截留场地内外汇水，隔离施工场地，构筑“人工分水岭”：于施场地外围设置拦水墙，拦水墙高度约70 cm，拦水墙上方布设上边沟，截留场地上方汇水，确保场地外汇水不进入工区，场地内汇水不外流溢出，并在上边沟出口处设置沉砂池，经沉淀后补给自然水体和地下水作为水资源重复利用。从而在水库集雨区内，使得整个施工区域形成一个人工分水岭，实现与水库汇流区域的阻断分割。②收集场地内清水，不进入污水处理系统：场地内清水主要来自于降雨时临建设施房顶雨水，经管道收集运送至下方截水沟，沉淀后补给自然水体和地下水，作为水资源重复利用。经估算，可截留场地内约50%的降雨汇水，从而减轻了污水处理负荷，也降低了雨季施工风险。③场地内外的清水经截留走后，针对场地表面产生的污水，需在场地下方即拦水墙内侧设置截排水沟以截留场地内汇水，场地内汇水主要污染物以施工车辆运输中产生的石油类污染物、SS 等为主。暴雨情况下，产污时间主要集中在最初10mm 降雨发生量内，因此考虑a.若初期雨水快速达到10mm，则暂停施工，截留最初10mm 雨污进入污水处理系统，其后产生的径流则通过截水沟闸门控制，路面径流直接进入沉淀池，经沉淀后补给地下水和地表水，作为水资源重复利用；b.若雨水没有快速达到10mm，可不需要暂停施工。④施工期间，所设置的调节池、沉淀池、清水池等暂存设施考虑遮盖，以免雨水直接进入水池增加污水处理负荷。
3.2.2工艺流程
通过对各种处理工艺的对比筛选，借鉴高速公路服务区生活污水处理的成熟经验，选择采用占地面积小、运行成本低、自动化程度高的A/O一体化处理设施。
污水经过格栅去除污水中比较大的悬浮物，以免堵塞管道和处理设备，然后进入隔油池进行油水分离，再进入调节池，调节污水的水量和水质。调节池内采用污水提升泵提升至污水处理系统进行生化处理。
首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从沉淀池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中的BOD5浓度下降；另外，NH3-N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中的NH3-N浓度下降，但NO3-N含量没有变化。
在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N的浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。
A/O工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是NO3-N应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。
好氧池出水流入竖流式沉淀池，进行固液分离；沉淀池固液分离后的出水进入消毒池，经消毒后排入清水池。沉淀池沉淀下来的污泥由污泥泵提升至厌氧池、好氧池和污泥浓缩池；污泥浓缩池内浓缩后的污泥采用粪车外运作农肥处理。
3.3.2工艺流程
针对主要污染物为泥沙沉积物、SS 和石油类，其处理核心在于絮凝、沉淀、隔油，调节pH值，根据既有施工经验，拟采用沉淀+隔油+气浮处理工艺，并辅以加药絮凝措施提高处理效果，主要工艺如下：
（1）初级沉淀：去除隧道施工污水中泥沙沉积物、较大颗粒的钻爆产物；
（2）隔油：初级沉淀后的污水进入隔油沉淀池，可去除污水中的浮油类污染物及比重较轻的漂浮类混合污染物；
（3）气浮：向水中通入空气，减压后形成大量细微气泡，水中的无机盐（如钠盐、钙盐等）类会加速气泡的破裂和合并，在水中投加PAM和PAC促进悬浮物凝聚，使水中的细小悬浮物黏附在气泡上，随气泡一起浮到水面，形成浮渣，浮渣由刮渣机刮至污泥池，清水通过集水管排出。达到去除水中悬浮物、色度，同时降低COD、BOD等污染物、达到改善水质的目的；
（4）中和：清水排入清水池后，根据酸碱度加入中和药剂调节pH；
（5）各类沉淀物经压滤机脱水，干化后统一运送至弃渣场堆放。
图7 SS去除效果分析图
3.3.3经济分析
经计算，若安装处理能力为2000m3/d的气浮机2台，需总投资（含配套设施）89.56万元。单位污水投资成本4478元/m3。整个处理系统由PLC自动控制，运行成本包括电费、药费、泥巴处理和人工费约为0.541元/m3。
3.3处理水回用
隧道顶部选择适宜的地方设置生产供水水池，处理水从清水池用提升泵（D185-30*5 卧式多级泵）抽至生产供水水池，用于生产使用，多余水用管道排出保护区外。
3.4固体废弃物处理
在保护区外设置弃渣场，隧道开挖产生的洞渣，除了路基回填外多余的全部运至保护区外堆放；运输便道采用新建道路和原有道路扩宽，防止生态破坏，节约成本。
垃圾分类处置，废旧金属等可回收利用的材料集中收集，再次回炉利用。生活垃圾和不可再利用的生产垃圾，设置垃圾中转战，由垃圾车清运至附近垃圾处理厂处理。
3.5应急处置
结合实际情况制定应急预案，并组织评审和演练，预案的实用性。根据预案储备应急物资和指定救援人员，确保污染事故发生时第一时间得到控制，防止更大面积的污染。在现场设置事故池，下游设置拦河坝（3道）等应急设施。
4、结语
当高速公路必须穿越饮用水源保护区等环境敏感区时，应根据相关法律法规和环评要求，在施工期间采取必要的保护措施，保护水源地保护区水质安全；隧道施工通过对产生的污水进行集中收集、处理、回用，可完全避免施工对水源水质造成影响，并有效节约了水资源。通过对水中中污染物指标的检测和分析，采用A/O处理工艺处理生活污水和沉淀+隔油+气浮处理工艺处理隧道生产废水，出水主要指标均满足回用水水质要求，可供以后公路建设者参考。
参考文献：
[1] 2017-2022年中国高速公路市场竞争态势及十三五运行态势预测报告.中国报告网.2016
[2] 周飞翔.城市降雨径流污染及控制的研究进展.中国城市规划设计研究院.2014
[3] 张建.成都新机场高速公路环境影响报告书［R］.成都：四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院.2017
[4] 陈贵.穿越二级水源保护区影响区域的高速公路防护策略研究［J］.建筑工程技术与设计，2014（21）：283-284
[5]孙鹏、王燕飞、于鲁翼.高速公路建设对水源保护区的影响及防护措施［J］.安徽农科，2014（16）：5195-5197
[6] 赵剑强、邱艳华．公路环境影响评价中几个水环境问题的探讨［J］．交通环保，2004，25（2）：1-4
论文作者:常晨
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/24
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