铁路隧道洞渣环境危害识别与处理研究

刘 珺，赵泽亚

（中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

近年来我国铁路建设快速发展，面临大量隧道洞渣的合理处置问题，尤其是桥隧比高、地质条件复杂的山区铁路，隧道洞渣处置事关沿线生态环境和铁路安全运行。科学严谨地处置隧道洞渣，需先行识别洞渣类型，根据类型选择适用的处置方式，将绿色铁路理念贯穿于弃渣场的规划设计、施工和维护监测中。

1 隧道洞渣对环境的主要危害

隧道洞渣是铁路隧道施工工程中产生的一种固体废弃物，主要环境危害可分为以下4类。

（1）侵占土地或农田，造成生态破坏。铁路建设项目产生的弃渣量比较大，需建设多个弃渣场进行堆置防护。弃渣场建设会占用土地资源，破坏地表植被，可能导致受影响地区生态环境恶化，生态景观破坏[1-2]。

（2）破坏土壤结构，污染土壤和周边水体。弃渣场建设会扰动和破坏原土层。岩石碎块或风化岩与地表土壤混合，会造成土壤结构、pH值、有机物含量及微生物种群的改变。有些隧道洞渣含有重金属等有害物质，在降水冲刷淋溶作用下易造成土壤和地下水污染[3-4]。

（3）造成水土流失，引发自然灾害。隧道施工产生的渣体质地疏松破碎，弃渣在施工、运输和贮存的过程中难免造成损失，是铁路建设项目中极易发生水土流失的因素之一[3]。严重的水土流失会造成土壤养分及水分损失，肥力下降，影响植物生长，还可能会淤积河道，影响行洪，弃渣本身也可能成为滑坡、泥石流等自然灾害的物质源，处理不当会诱发自然灾害，威胁道路、桥梁、水利等设施的安全[2]。

（4）富含特殊物质的隧道洞渣会产生特殊的环境危害。当隧道线路穿越金属矿区、非金属矿区及放射性矿区时，该类弃渣可能具有可燃性、放射性和腐蚀性等环境危害[5]，如某高速公路隧道穿越铅锌矿，隧道开挖弃渣中含有铅、锌、镉等金属矿及伴生矿，堆积的弃渣造成当地地表土壤、农作物重金属含量超标；某隧道含硫炭质页岩弃渣施工过程中发生自燃现象等[6-7]。因此，当隧道施工穿越矿产分布区时，应加强对周围环境、区域内生态环境及生产生活环境的监测[2,8]。

2 隧道洞渣环境危害识别方法与检测

2.1 特殊隧道洞渣的施工前期识别

在施工前应对隧道穿越的地质条件开展充分的地质勘探和调研，开展对隧道施工产生的隧道洞渣类型的识别检测，预估隧道洞渣的性质和影响，优先考虑隧道洞渣的综合利用。

经勘探和调研，对于可能含有毒有害物质的特殊隧道洞渣，应在施工前期开展针对性的识别排查，进行实验室检测。特殊隧道洞渣依据法律规定和《固体废物鉴别标准通则》(GB 34330—2017)判断和鉴别。列入《国家危险废物名录》的属于危险废物，不需要进行危险特性鉴别；未列入名录，但不排除具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性等危险性质的，依据《危险废物鉴别标准》(GB 5085—2019)和《危险废物鉴别技术规范》(HJ 298—2019)进行鉴别，凡是具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性等1 种或1 种以上危险特性，属于危险废物[9-10]；对于未列入名录或根据《危险废物鉴别标准》无法鉴别且有可能造成人体损伤和环境危害的隧道洞渣，由国务院环境保护行政主管部门组织专家认定；放射性岩区或产生疑似含放射性的隧道洞渣，还应进行放射性检测。

隧道洞渣的环境危害检测数据还应与排放污水监测数据、隧道内空气质量监测数据、周边土壤监测数据及施工产生的噪声振动监测数据相结合，进行环境危害综合识别[11-12]；施工期还应进行隧道洞渣复核监测。

2.2 快速识别检测方法

铁路规划经过地质条件复杂和交通不便的区域，常规实验室检测的周期和效率难以充分满足施工现场的需要。原位监测起源于地质勘探领域，在不扰动或基本不扰动土层的条件下，对土层进行测试获取土壤质量指标的方法，具有快速、非破坏、大面积的特点，可用于土壤污染物监测[13]。在当前环境监测标准体系下，原位监测技术大多处于试验阶段。隧道施工监测时，可先用原位监测进行前期摸底调查，然后重点选择异常点或面，用标准方法进行深入监测，实现与常规监测的互补。目前常用的原位快速识别检测方法主要包括以下几种。

（1）便携式气相色谱-质谱(GC-MS)检测。便携式GC-MS 联用仪轻便体积小，与常规GC-MS 相比，监测场所要求低，可用于有机化合物的现场快速检测，在一定条件下能够提供准确的定性、半定量化分析数据；但相对于水和空气，土壤样品前处理步骤较为繁琐。

（2）便携式X射线荧光光谱分析。便携式X射线荧光光谱分析简称XRF技术，利用初级X射线光子或其他离子激发待测物质中的原子，使之产生次级X射线，不同受激发的物质产生具有特定的能量或波长的次级X射线，根据该特性进行成分分析，确定物质中微量元素的种类和含量。

（3）生物发光技术。生物发光是指生物体内的发光蛋白通过消耗能量物质而产生的发光现象。尤其是土壤中微生物能够根据土壤中重金属含量发出不同强度的光，根据发光强度检测土壤中重金属含量[14]，体现污染物对生命个体的影响及毒性效应[15]。生物发光技术具有非放射性、高灵敏性、实时动态性等特点，但仍处于科研阶段。

（4）高光谱遥感成像技术。通过研究地表物质的光谱特性，从地物光谱特征上获取表征地物的特征光谱区间和参数，是利用成像光谱仪探测数据进行地物分析的主要方法之一。既可以对特定时间及区域的土壤重金属污染开展定位监测，也可以叠加影像分析不同时间尺度下土壤成分、植被等变化情况[13,16-17]。

因此，利用快速识别技术，综合实验室常规检测，能够获得准确的隧道洞渣理化性质，结合前期勘探数据和地质研究结果，有利于后期隧道洞渣的科学处置。

3 弃渣处理方法

经过危害性鉴别后，属于危险废物的弃渣应根据其特性进行处理，一般可采用焚烧、物理化学、填埋等方法；具有放射性的弃渣，应根据其辐射特性进行差异化处理；经鉴别后不属于危险废物范畴的普通弃渣，一般应依照相关规定和原则设置弃渣场进行堆置防护处理[18-19]。

3.1 危险弃渣填埋处理

危险弃渣填埋技术适用于不能回收利用的特殊弃渣，处理后弃渣的各项检测指标需满足《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598—2019) 规定限值要求[20]，最终运往填埋场填埋处理。

3.1.1 填埋场的选址原则

（1）填埋场的选址应当依法合规。

（2）填埋场应选择相对稳定的区域，防止人为或自然因素导致填埋场被破坏。

（3）填埋场应远离自然保护区、风景名胜区、农业保护区等需要特别保护的区域。

（4）填埋场选址不得影响行洪，应远离自然水体，并设置遮雨装置、截排水沟、覆盖层、防渗层等防护设施，防止对自然水体造成污染。

（5）填埋场应有足够的容量以保证可以充分容纳工程产生的危险弃渣。

（6）填埋场厂址应优先选择交通方便、运距较短的地区。

（7）可以利用工业固体废物填埋场、废矿井等设施，改造为危险弃渣的填埋场。

3.1.2 危险弃渣填埋场的运行管理

应对危险弃渣填埋场进行有效的维护，保证填埋场及其设施设备正常运行，做好相关记录，对渗出物进行妥善处理。此外，还应对填埋场进行监测工作，通常包括渗滤液监测和地下水监测。

（1）渗滤液监测。可以利用填埋场的集水井对填埋场的渗滤液进行监测，主要包括水位监测和水质监测，监测结果须能充分体现填埋场渗滤液现状及其变化情况。采样频率应考虑填埋物特性、覆盖层情况和降水因素等条件综合确定，至少每月1次。

（2）地下水监测。利用监测井对填埋场进行监测，可使用三维监测的方法，在上游设置至少1 个监测井来取得水源水质的背景值，下游设置至少3 个监测井对地下水进行监测，将下游水质的监测结果与背景值相对比，以评估填埋场对地下水的影响情况。

3.2 弃渣场表面密封压实处理

该方法常用于可燃性弃渣的处理，其原理是通过隔绝可燃性弃渣与空气中氧气的接触，破坏可燃物燃烧的3个必要条件中的助燃条件，以达到防火的目的。具体做法：对弃渣场进行封场处理，在弃渣场堆渣之后，于表层分层覆盖黏土。覆盖首层黏土后进行压实处理，再覆盖第2 层黏土进行平整处理，覆土的量和坡度不得影响弃渣场本身的稳定性。在弃渣与山体、地面接壤之处使用土工袋与土工布，使渣体与周围隔离。该方法在覆土保持较湿润状态时封闭效果较好，需要及时养护[7]。除可燃性弃渣之外，当弃渣含有重金属元素、放射性元素时，也应采取此方法进行覆盖隔水处理，减少渗滤液的产生，降低二次污染发生的可能性。

3.3 放射性弃渣的近地表处置

近地表处置方法适用于低水平放射性的弃渣。该技术是指将放射性弃渣放置于地表表面，或者地表表面以下一定深度的封闭设施中进行处理，并设置必要的多重工程隔离屏障，以保证有效屏蔽放射性弃渣产生的辐射，主要设计参数有处置容量、总活度、屏蔽设施、防渗设施等[21-22]。

3.4 普通弃渣处理

经鉴别后不属于危险废物范畴的弃渣可以视为普通弃渣，通常设置弃渣场堆置处理。对于存在水土流失隐患或失稳滑坡风险的弃渣场，需加强弃渣场的日常维护和管理，对弃渣场进行必要的水土流失监测(主要包括侵蚀面积、侵蚀程度、侵蚀强度、侵蚀量等)和渣场稳定性监测，还可以采用遥感技术开展定位监测[23-24]。

4 结论

铁路隧道工程很难避开含煤区、含有毒有害物质的岩区、放射性花岗岩区、铜矿区和硫铁矿区等特殊地层，从而会影响隧道洞渣性质，快速准确检测识别和科学处置有害隧道洞渣对保护周边环境至关重要。建议在施工前，根据隧道洞渣产量及类型规划洞渣临时堆放区、运输路线及满足条件的弃渣场。当施工发现地层、岩土状况与前期勘探数据有差异时，应根据实际监测数据进行方案调整，必要时应制订应急预案、开展应急监测。在弃渣场建设和恢复时期，可以开展长期定点监测，加强植被恢复和重建，采取有效措施降低弃渣对环境的影响。