高速铁路跨河桥梁基础施工对地表水环境影响预测研究.docx

高速铁路跨河桥梁基础施工对地表水环境影响预测研究 姜建梅【摘要】：本文通过分析跨河桥梁基础施工中产生悬浮物的环节因素，采用河流二维稳态模型，预测围堰施工对河流悬浮物浓度的影响，并利用Surfer 8绘制浓度增量等值线图。结果表明：产生高浓度悬浮物的区域集中在作业区周围，悬浮物浓度变化超过10mg/L区域可至下游110m，在此水域范围内水体鱼类生存环境受到一定影响。同时根据分析结果提出合理防治措施。【关键词】：桥梁基础；围堰；悬浮物浓度预测；防治措施1、引言我国已建及在建的高速铁路与传统铁路及国外高速铁路相比，呈现高架桥多、桥梁比例大的特点。且由于境内地形复杂、气候多变，水系分布密集，高铁所经区域常含河流，建设中必然要以桥梁构筑物形式进行跨越。高铁桥梁建设对河流水环境的影响主要集中在水中桥梁基础施工阶段1。目前国内外大都采用机械成孔灌注桩工艺，水环境风险主要为围堰事故造成的水环境污染，污染成分主要为钻孔泥浆悬浮物。有关资料显示，围堰过程悬浮物释放量为0.9-1.75kg/s2，堰内积水抽排出来的水中悬浮物发生量在0.1-0.5 kg/s。钻孔泥渣沉淀后上清液悬浮物浓度低于60mg/L以下。泥浆悬浮物会对局部水体水质产生影响，特别是对水生生物的生存环境造成不利影响，因此进行桥梁基础施工过程悬浮物的环境影响预测十分必要。为有效分析桥梁基础施工对河流水质的影响，本文以某高速铁路特大桥为例，采用河流二维稳态水质模型，模拟预测某施工期围堰事故下悬浮物的扩散规律，有针对性的提出防治管理措施，为跨河桥梁的水环境保护提供合理依据。2、研究方法預测模型3、案例分析3.1工程概况以某高速铁路特大桥跨越某河流的影响预测为例。该河流全长206公里，流域面积3847.5平方公里，特大桥跨越该河流下游，河道位于冲洪积扇上，水流平缓。受大气降水时空影响，河流流量季节性变化很大。本工程跨越水域的桥梁总长约140m，其中水中墩5个，本桥孔跨布置为简支梁和连续箱梁（图3-1）。3.2 施工工艺本工程桥梁水中墩施工采用钢围堰法，由河流左岸依次进行单墩作业。由于工程跨越该处河流常年有水，为方便桥梁基础施工及机具、材料的运输，首先需在河面上架设施工便桥。通过已搭建的施工便桥将钢围堰运抵墩位处下沉就位，抽干围堰中的水之后拼装钢护筒导向架，采用起吊设备插打水中墩钢护筒就位，安装钻机开始水上钻孔桩施工，灌注水下混凝土。混凝土封底完成后，进行钻孔桩基础及承台墩身施工，施工完毕后将围堰拆除进行架梁施工。水中墩施工流程汇总如下：搭建施工便桥钢围堰加工制作钢围堰组拼钢围堰下沉埋设钢护筒浇筑封底混凝土搭建施工平台钻孔成桩抽水清淤承台施工墩身施工拆除围堰架梁施工。由以上分析可知，施工悬浮物的产生主要集中在围堰下沉、堰内积水抽出、机械钻孔废弃泥浆抽出和围堰拆除环节3，一旦发生围堰事故，泄露悬浮物将对河流水质造成不利影响。3.3模拟参数结合实际工况，本工程652号水中墩位于河流中心，距河流左右两岸分别为75m、65m。该处施工对河流扰动最大，故以此墩为例，进行枯水期施工影响预测。根据收集资料及现场调查所得数据确定河流基本参数，在此基础上依据公式2计算横向混合系数，最终确定模型参数如表3-1所示。桩基施工作业产生的悬浮物源强与施工河流底质、施工时的水动力条件以及桩的直径有关，类比相关工程施工资料，假定围堰事故下悬浮物释放源强约为1.2kg/s。3.4结果分析悬浮物浓度受流场影响，往上游扩散的距离远小于下游的迁移距离，因此本评价仅对下游水质的影响进行预测分析。基于河流二维稳态模型，预测围堰破裂悬浮物在河流中浓度变化。结果如下表3-2所示。施工过程中悬浮物在河流中迁移扩散，模拟预测单桩基础产生悬浮物的纵向迁移（沿河流方向）距离远大于横向迁移长度。采用surfer 8分析预测单墩作业时围堰破裂产生的悬浮物浓度变化，二维河流水域中悬浮物浓度增量等值线图如下所示（图3-2）。横坐标x=0处为单墩位置，纵坐标表示沿河流下游的纵向距离。预测结果表明，围堰破裂产生的悬浮物浓度增值50mg/L的水域集中在作业区周围，横纵向扩散距离均在10m以内。由于围堰施工并没有完全截断流场，有利于稀释局部高浓度的悬浮物。另一方面，由于围堰阻挡，附近流场产生局部死角区域，容易产生水流漩涡，导致下游悬浮物浓度未能均匀减少，在河流下游50m处出现小面积集中污染区域。悬浮物浓度变化10mg/L的横向扩散距离控制在10m以内，下游影响距离达到110m。根据国家渔业水质标准要求，悬浮物人为增加量不得超过10mg/L，本工程施工使水中悬浮物浓度超过10mg/L的水域面积约为1100m2，此区域对水体鱼类生存环境产生一定影响。悬浮物浓度随河流冲刷逐渐衰减，其纵向影响距离已超出5000m，横向影响可至下游100m外的两岸，但浓度变化很小，影响相对较小。3.5 防治措施基于水域桥梁施工对河流水质的影响结果分析，提出以下防治措施：（1）桥梁设计尽量采取大跨连续梁穿越河流水体，桥梁基础施工应选择在枯水期，避免雨季施工对水质的影响。（2）桥梁涉水基础施工中需精确控制钢护筒下沉、底口标高及入土深度和垂直度。严格遵照围堰下沉、开挖及封底混凝土浇筑顺序，规范操作围堰内抽水、钢护筒割除及桩头清理等环节。（3）水中墩基础施工建议使用天然环保泥浆，并调整优化钻进工艺参数，控制废弃泥浆排量。钻孔施工产生的废弃泥浆通过罐车运输至岸堤外侧泥浆池沉淀处理以便循环利用。（4）水域内拆除围堰、疏通河道时应注意及时处理废浆、弃土和废弃物，避免对下游造成新的泥沙污染或留下破坏天然水体的永久性建筑垃圾。（5）做好施工期水质监测，制定应急预警机制，如发生意外事件造成水体污染，及时上报环保相关部门。施工前要对施工人员进行环保培训，加强施工人员的环境保护意识，规范施工行为。4 、结论采用河流二维稳态模型模拟围堰事故河流悬浮物浓度变化，可了解污染物扩散浓度与扩散距离的相互关系，以及对水体生态环境的影响程度。悬浮物浓度变化超过10mg/L的横向扩散距离在10m以内，下游影响距离达到110m，在此水域范围内水体鱼类生存环境受到一定影响。水域桥梁基础施工应选择在枯水期，严格控制施工各环节，规范操作。建议采用天然泥浆，废弃泥浆沉淀处理后循环利用，拆堰时及时处理废弃物，加强施工机械维护及人员培训。同时，建议做好施工期水质监测，制定应急预警机制，一旦发生意外事件造成水体污染，及时上报环保相关部门。【参考文献】：1 蔡琰.高速铁路跨水源保护区桥梁基础施工环境保护研究D.西南交通大学，2011.2 张乐嫣.青义涪江特大桥施工对浓度场影响模拟研究D.西南交通大学，2012.3 马新强，付金，王俊岭.围堰漏水原因分析及处理措施J. 西部交通科技，2012，59（6）：74-77.endprint -全文完-