摘要：针对湖泊水生态环境特点以及隧道工程围堰明挖法施工的特点，以某湖底隧道工程为例，对工程施工期环境保护方案进行研究，重点针对隧道施工中的围堰工程、基坑工程、淤泥处理处置、生态保护等方面的环境保护措施进行探讨，提出围堰抽排水及拆除时采取降低悬浮物浓度、基坑开挖的漆渣妥善处置、采用淤泥原位固化、防范蓝藻水华爆发等，以达到保护湖泊水生态环境的目标。
关键词：湖底隧道工程；施工期；水生态环境
1概述
随着我国城市交通工程的快速发展，许多工程涉及水下隧道施工，钻爆法、盾构法、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应用最为广泛的一种施工技术，在施工过程中由上向下开挖至基坑的底部，在基坑内进行主体结构的施工，待主体结构完工后进行土体的回填恢复原貌。这种施工方法能够适应不同地质条件，造价低进度快，但是对周边环境造成的影响很大。围堰法是水利工程中常用的技术方法，是一种围挡技术，通过建设临时的水坝来为工程创造一个相对稳定的区域，保证工程顺利施工[2-5]。围堰明挖法是在水利工程中截流法的基础上，结合明挖法发展起来的新工法，目前国内主要应用于穿越湖泊的水下隧道，具有工期短、受地质影响小、结构断面布置灵活等优点[6]。在湖底进行围堰明挖法施工，因湖泊水环境特点，决定了施工期水生态环境保护的重要性和难点。本文以湖底隧道工程采用围堰明挖法施工为例，分析围堰明挖法施工的湖底隧道工程施工期水生态环境保护。
2工程概况
本文以某湖底隧道工程为例，该工程以隧道形式穿越湖体，采用一级公路设计标准，双向六车道，隧道采用围堰明挖法施工。由于隧道横穿湖体，若临时围堰一次性连续贯通，将阻断围堰两侧湖水循环，防洪和环保隐患大，因此采取围堰分阶段实施，进入湖中临时围堰采用分仓流水推进的方式。隧道施工从岸边向湖中推进，采取逐段分仓流水作业模式，往复循环施工。隧道围护结构沿隧道纵向各区段分别采用相应的设计支护型式，降排水系统采用封闭式止水帷幕+疏干降水。基坑开挖必须在围护结构、地基固化处理、降排水等工程达到设计要求后进行，根据结构要求分层分区域对称进行。隧道主体施工包括隧道桩基施工、隧道结构施工、隧道回填、预埋件施工。隧道采用钻孔灌注桩，包含抗拔桩及工程桩，土方回填在洞外防水层及排水系统施作完成后进行，回填至设计湖底标高。
3湖泊水环境影响分析
该湖区是半封闭型湖湾，湖底高程1.0-1.5m，湖盆大致呈碟状，湖盆边缘水浅湖心水深。湖区夏季盛行风主要为东南风（SE），冬季次盛行风向为西北偏西风（WNW），平均风速约3.0m/s。平均风速状态下，风力驱动下在整个湖面常形成较稳定的湖流。水流交换缓慢，换水周期长，水动力条件差。同时入湖河道多，沿湖工农业和生活污染物经入湖河流汇入湖体，导致湖体受污染较为严重。湖底有泥区平均泥深约1.8m，淤泥层主要集中于0.03-1.0m，表层呈浮、流泥态，极易为风浪扰动再悬浮，地球化学作用复杂。该湖泊近年来富营养化严重，处于中度富营养化状态，湖区大部分水域包括工程所在位置，都是蓝藻水华发生的主要区域。湖底表层淤泥所蓄积的营养盐含量远高于上覆水体中营养盐的浓度，淤泥层蓄积的营养盐易于解析并通过浓度梯度向上覆水体释放，从而加重湖水的营养状态。不同风况条件下，湖泊湖流和水体迁移规律不同，污染及悬移物质会随水体迁移，对湖泊水质产生不利影响。该湖泊四季盛行风主要为东南风，冬季的次盛行风向为西北偏西风。在东南风作用下，拆除围堰和抽排水作业时，瞬时源强释放的悬浮物迅速开始扩散，东侧源强释放的悬浮物随湖流逐渐沿西岸往施工工程西侧围堰运动；西侧源强释放的悬浮物则直接沿西南岸输移；抽排水源强排放的悬浮物在施工工程的西南方汇合，逐渐输移扩散至整个大湖区。在西北偏西风作用下，拆除围堰和抽排水作业时西侧源强释放的悬浮物随湖流逐渐沿东岸往施工工程东侧围堰运动，东侧源强释放的悬浮物则直接沿东岸输移，抽排水源强排放的悬浮物在施工工程的中间地带汇合，也逐渐往东岸输移。由于施工所在位置是湖区营养盐浓度和蓝藻生物量较高、溶解氧浓度较低的水域，在隧道建设中期，西侧围堰周边容易成为水华堆积区；在施工后期，围堰的北侧与西侧容易成为水华堆积区。
4湖泊水域施工期水环境保护方案
4.1围堰工程施工环保方案。隧道采用明挖法施工，水域施工严格按照设计的围堰施工法，将施工区域和水域隔离。围堰用以维护永久性水工建筑物的施工，使之在不受水流影响的条件下进行施工，同时也防止施工污染物进入水体。作为临时性建筑，围堰要在隧道修建完成后拆除[7]。围堰开挖需分段进行，逐仓向湖心推进，合理进行施工期的湖流导流，减少对湖体水环流的影响。围堰施工抽排水在堰内受扰动水体经过一定时间静沉后进行，确保抽排水时抽出堰内水体肉眼无明显浑浊，减少围堰抽排水的悬浮物浓度。围堰排水时可通过控制排水点高度、基坑排水等方式减少对围堰内淤泥的扰动，减少对围堰外水体水质的影响。排水时全部从水面进行排水，严格控制每天排水点下降高度。施工结束拆除围堰时，应对围堰施工区内部进行清理后再实施围堰拆除。施工拆除时先挖除堰体内填土，再拆除围堰外侧钢板，将围堰拆除影响尽量控制在围堰范围内，减少对围堰范围外湖水水质的影响。
4.2基坑工程环保方案。基坑开挖遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，隧道挖方可以利用已施工完的隧道行车道作为土方运输通道，采用输送带自动化运输设备，将外运土方从隧道基坑运输至已施工完毕的隧道行车道上的自卸汽车，送至弃土场。隧道弃渣必然要占用土地，弃渣如果处置不当，随意乱弃将占用和损坏土地资源，尽量占用荒地，严格控制侵占良田。隧道开挖土方应最大程度地利用，以减少弃渣堆放数量并少占土地。[8-10]隧道开挖土方首先保证本项目的围堰工程、隧道回填等土方需求，多余土方可与沿线地方建设单位沟通协调就近用于周边建设项目、鱼塘复垦、本项目临时用地复垦等用途。施工过程中应加强临时弃方的监控和管理，确保临时弃方进入指定弃土场，坚持“先挡后弃”的原则，防范水土流失对环境造成破坏，设置排、截水沟，上覆植被，降低对生态环境的影响[8-9]。钻孔灌注桩等维护结构施工中产生泥浆由运输船舶直接运送至干化场，干化场配备泥浆沉淀池用于泥浆和淤泥自然干化处理，淤泥干化后及时运至指定的建筑垃圾处理场进行处理，沉淀后的上清水回用于施工场地洒水。
4.3淤泥处理处置环境保护方案。隧道施工时需对河底淤泥进行开挖，可采用就地固化处理技术，免去开挖、清淤等操作，直接进行原位处理。另外该技术临时占地少，固化淤泥的二次污染远小于未处理淤泥，具有良好的环境稳定性，在湖泊疏浚土治理中已多处采用了淤泥固化法处理。淤泥采用原位固化技术处理，使用水泥作为固化剂。土由于添加水泥有一定的弱碱性，对氮、磷释放基本没有作用，回填会对水体产生影响，因此淤泥固化土不得用于隧道回填，清理上岸后运至指定的建筑垃圾处理场进行集中处理。
4.4施工期生态环境保护方案。施工期悬浮泥沙可能影响浮游生物的生长，占用底栖生物和鱼类的栖息地，对鱼类的生长繁殖产生影响，尤其是鱼卵、仔鱼等对悬浮泥沙浓度变化较为敏感，施工期会暂时性地降低影响范围内的生态环境质量。隧道施工会临时占用湖面，需严格控制施工工期，隧道施工逐步向湖心推进，施工结束即使恢复水面，隧道施工不会截断水源。施工时应尽量减少在底栖生物、鱼类的产卵期、浮游动物的快速生长期及鱼卵、仔鱼、幼鱼的高密度季节进行作业。同时，应对整个施工进行合理规划，尽量缩短工期，以减轻施工可能带来的水生生态环境影响。水域施工采取严密的围堰进行施工围挡，防止施工导致悬浮物扩散、水体浑浊，从而干扰水体中水生植被和鱼类的生长活动。施工期可同时结合退圩还湖方案在湖区种植挺水治污，构建湿地生态系统。蓝藻水华具有重大危害，但目前还缺少有效的治理手段。蓝藻水华的暴发主要集中在每年4～11月，特别是在6～9月高温期，而施工围挡导致的局部区域水流交换不畅会造成蓝藻水华的堆积，同时底泥扰动带来的总氮、总磷浓度增加，也有利于藻类的繁殖。高温、少雨的天气条件下，蓝藻水华大量死亡造成湖水发黑、发臭。因此，尽量避开夏季施工可减小蓝藻水华带来的不利影响。无法避开夏季施工时，夏季施工期间应在围堰外侧设置导流带（既可预防可能污染物扩散，又能拦截汇聚蓝藻），安排打捞船对蓝藻进行定期打捞，除此之外安排施工人员对施工水域进行巡查并做好观测记录，结合施工水域附近自动监测站对水华进行动态监控；依托地方政府配备的藻水分离车、蓝藻机械化自动打捞船、人工打捞船对区域蓝藻进行打捞无害化处理，同时结合水域施工进行生态清淤。
5结束语
湖泊水体一般水深较浅，隧道埋深不大，围堰明挖法是常用的隧道施工方法。围堰明挖法施工对湖体水生态环境影响较大，主要有两方面，一方面是围堰施工时的悬浮物影响，一方面是对水体生态环境和水生物的影响。悬浮物影响主要是由于围堰施工对湖底淤泥层搅动和围堰抽排水造成，对水生态和水生物的影响主要是施工期围堰对水体的阻隔破坏水生动物栖息环境和悬浮物干扰水体生物生长。因此，湖底隧道工程施工前应结合工程施工方案和湖泊生态环境特点制定相应的生态环境保护措施，施工期采取相应的措施，尽可能减少对生态环境的影响。
作者:贾冰 张岩 单位:南京大学环境规划设计研究院集团股份公司