复杂山区隧道弃砟场选址及设计的探讨

韩华轩 许占良

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

随着我国“可持续发展战略”和“科学发展观”在工程建设领域的深入推进,如何最大限度地弥补或者降低铁路工程施工建设对环境和社会造成的不利影响,作为一大挑战摆在铁路建设者的面前。大型铁路工程标准高,工程量大,且呈线状分步,跨越地貌类型多,隧道、路堑、桥台等挖方弃土方量巨大,在铁路沿线将产生大小不等形状各异的弃砟场。弃砟场在工程竣工运营后将交付地方,地方相关部门对弃土弃砟场的安全防护、环境保护、水土保持等的设计和施工要求越来越高,越来越严格。因此，因地制宜地选择及设计弃砟场不仅能有效地降低安全隐患,防止水土流失及环境破环,减少环水保治理的工程投资,而且能够实现铁路建设与环境和谐结合和可持续发展的目的。

1 概况

某铁路正线隧道总延长约192 km,占线路长度的46.6%。线路地处我国南方山区,沿线地形起伏,山峦叠嶂,沟谷纵横,一般没有外运条件,且区内地表水系发育,河网密布,支流众多,纵横交错,沿线许多沟谷都常年流水,小型灌溉水库星罗棋布。加之线路穿越许多人口密集的城镇及村寨,附近既有老铁路、不同等级的公路或并行或交叉,互相干扰。这些因素均需要在弃砟场的选择及设计中因地制宜、科学合理地进行考虑。

受山区地形、地质、水文、人文等制约因素影响,同时,施工单位进场后施工便道的开拓使得沿线交通环境发生较大改变,施工期间一些弃砟场的变更不可避免。此时,同样需要结合新的环境、交通等边界条件因地制宜地进行论证。

2 弃砟场的选址及设计

2.1 弃砟场的选择原则

隧道工程弃砟设计是施工组织设计中重要的设计内容之一。为满足隧道施工工期要求,一般隧道弃砟场的选址都是结合隧道施工组织就近确定,尽量缩短运距以节省投资。但是,鉴于弃砟堆一般为松散堆积体,是发生人为危害的固体物质来源之一,隧道弃砟场位置的选择同时还应遵循以下原则。

(1)弃砟场应遵守国家土地的相关政策,合理占用土地。与弃砟场选址相关的法律法规,如《中华人民共和国自然保护区条例》、《中华人民共和国森林法》、《中华人民共和国水土保持法》、《基本农田保护条例》、《中华人民共和国防洪法》、《风景名胜区管理条例》、《中华人民共和国文物保护法》、《地质遗迹保护管理规定》和《森林公园管理办法》等。弃砟必然要占用土地,在山区,可供耕作的土地资源是有限的[1]。因此,弃砟设计时,选用或规划弃砟场地应按国家土地利用的基本政策,合理占用土地,尽量占用荒地,少占耕地,严格控制侵占良田。选取时需要与地方的土地规划相结合,尽量选用荒地、边角地,优先选用天然沟顶部或侧部,利用弃砟弃土造地,并采取防止水土流失的工程措施[2-4]。

(2)弃砟场的选择应以环评及水保报告书及批复、水土流失的防治原则为指导；选址时应非常重视场地的地形地貌条件,避免在一些自然保护区、风景名胜等环境敏感点弃砟,尽量选择地形低洼、汇水面积较小、不会有较大流量径流汇集冲刷的地区,且选定后必须征求地方相关环保、水利、林业等部门的意见[5-8]。

(3)弃砟场的弃砟不能对新建铁路或既有铁路存在安全隐患。该条论证意义重大,主要考虑由于洪水或其他原因,一旦挡砟墙溃坝,泥石流可能造成对新建铁路或既有运营铁路造成破坏。

(4)弃砟场的弃砟应避免对村民住房、既有等级公路和重要道路产生安全隐患。弃砟场的选址应避开位于村庄、既有等级公路和重要道路上方的沟谷,主要考虑可能的泥石流灾害会对地方人民生命财产安全造成威胁。

(5)当隧道弃砟含有放射性元素时,应经严格测定后,依据含量或浓度确定堆砌场地位置；对于含有放射性物质的水、弃砟,应置放于远离人群活动或居住的地方,同时还要考察弃砟场场地有无对弃砟进行封闭覆盖的条件[4]。

2.2 弃砟场的设计

(1)项目环评及水保报告书的要求及批复

全面规划,预防为主,防治结合,化害为利,坚持“谁开发,谁保护；谁破坏,谁治理”的原则。

实施“重点突出,生态优先,综合治理”的水土保持原则。重点对弃土、弃砟场进行防护治理,优先采取植树、种草、喷播植草等植物生态措施,必要时采取植物、工程相结合的综合防治措施。

对于上游或周围汇水面积较大的弃砟场,应在其上游或周围设置适宜的截水沟槽,防止径流对弃砟场的冲刷,在进行弃砟设计时,应对勘测阶段所掌握的山区河流水位的糙率、比降、流向、河弯冲高及河流冲淤变化等资料加以核实,做到水文、水力计算的准确性。

弃砟场应先挡后弃,充分发挥防护措施的效用；弃砟时宜从沟头开始弃。

弃土弃砟场结束以后,应根据实际情况,对场地进行平整修复,或复垦为耕地,或植树种草绿化,以尽快恢复其水土保持功能。

(2)设计要求

砟场顶部设2%的横向排水坡并设置M10浆砌片石排水沟,排水沟纵向坡度不小于2%,以引排砟场顶部地表水；砟场底部设置干砌片石盲沟,以引排砟场底部积水。

砟场坡脚设挡砟墙,隧道弃砟完毕后,应施工弃砟场顶部排水沟,排水沟与弃砟挡墙应有效过渡,以便顺利通过挡砟墙顶排泄；砟场顶面应进行植草绿化处理,防止水土流失。

弃砟场弃砟前应先砌好挡砟墙及砟底排水盲沟,排水盲沟应与挡砟墙的底部泄水孔连通,以利排除弃砟场底部积水；应清除弃砟场底部地表植被及腐殖土,对沟心自然坡度大的段落可采用修筑台阶,台阶长度一般不小于2 m。弃砟场最大堆积高度不大于30 m。

3 弃砟场的变更及选址分析

在复杂山区修建铁路工程,施工单位进场后,必然会开辟较多的施工便道,当地的交通、地形、人文等边界条件也发生了变化,一些弃砟场往往都是施工单位在与地方村镇接触后就近堆放,并未按设计的位置进行弃砟,需要在开工初期对新的弃砟场位置进行设计的评估及论证。

3.1 弃砟场的变更位置概况

从会勘情况来看,由于施工现场仅从运距就近节省投资方面考虑,弃砟场变更位置基本在运距或者便道开辟投入方面有一定优势。但是,从环水保隐患、正线运营安全、既有村庄、道路安全等方面考虑，许多变更位置均考虑欠佳。

3.2 弃砟场的变更选址原则

砟场前期勘测时均与地方达成了框架性的协议,为避免重复工作,弃砟场变更时如果没有明显的优势,原则上尽量利用设计位置。对于环境改变引起的确需变更的砟场,在认真执行弃砟场选位原则和设计要求的基础上,针对我国复杂山区山峦叠嶂、沟谷纵横、河网密布的特点,在保证铁路安全的前提下,结合沿线的自然特征和便道分布情况,对不同地形条件和施工现场新的边界情况,需要采取不同的变更选址原则。

(1)基于环水保方面的考虑

认真评估弃砟场位置是否对当地环境、水土保持造成不良影响,尤其是变更位置临近江河湖泊、水库等水体,或者位于山区主要泄洪汇水冲沟或者占用河床、古河道及溪流。

对于在小江河湖泊、小水库等水体上方的变更位置(如图1和图2所示),确实存在变更必要时,应视水体的规模大小、砟量的大小及弃砟场与水体的距离,请地方相关水利部门及水土保持部门作水力计算及评估,并根据评估意见制定相应的工程措施。对于评估不通过的,应予以迁移。

图1 小型灌溉水库上方弃砟

图2 小型灌溉水库上方弃砟(照片)

复杂山区许多自然沟谷都存在小湖泊、小型灌溉水库(土坝)等小水体,对于在下方的变更位置(如图3和4所示),应视水体的规模大小、砟量的大小及弃砟场与水体的距离,谨慎确定。由于上方水体的存在,雨季水体溢出及溃坝时,极易冲击下方砟体形成泥石流,对于蓄水能力在20万m3以上的水体,下方500 m以内不得作为弃砟场。对于蓄水能力在20万m3以下的水体,下方500 m以内弃砟时,应根据水力计算制定砟场排水设施。

图3 小型灌溉水库下方弃砟

图4 小型灌溉水库下方弃砟(照片)

对于占用河床、古河道及溪流及山区主要泄洪汇水冲沟的变更砟场(如图5和图6所示),为避免形成淤积甚至堰塞湖,应根据《中华人民共和国河道管理条例》及有关地方法规,予以否决。确实存在变更必要时,请地方相关水利部门及水土保持部门作水力计算及评估,并根据评估意见制定相应的工程措施。对于评估不通过的,应予以迁移。

图5 人工改移小河道河床弃砟

图6 人工改移小河道河床弃砟(照片)

(2)基于安全方面的考虑

认真评估弃砟场位置对新建铁路和既有老铁路及对村民住房、既有等级公路和重要道路产生的安全隐患。

变更砟场弃砟范围侵占隧道洞身冲沟时,如果冲沟处隧道为浅埋段落,(如图7所示)应慎重考虑弃砟对隧道结构可能造成的额外土压力,并进行检算,且检算时土压力按照松散饱和水土压力全荷载检算。检算不能通过的,不能弃砟；检算能通过的,明确弃砟高度。

图7 砟场弃砟范围侵占隧道洞身冲沟(否决)

新老铁路、等级公路涵洞所在的沟道上游不得弃砟。

新老铁路、等级公路桥梁所在的主沟不应弃砟(如图8所示),应弃在支沟内,支沟沟口距离铁路不得小于500 m。必须弃在主沟内时,必须有充分的依据,同时弃砟场近端距离铁路不得小于1 000 m。

图8 变更砟场弃砟位于主线桥梁上游(否决)

桥梁所在沟道设置弃砟土场后,必须保证桥位处河道维持设计中的天然地面高程。为此,弃砟土场位于铁路及等级公路上游时,应避免弃砟土体发生泥石流等类似情况；弃砟土场位于铁路及等级公路下游时(如图9所示),应避免设置弃砟[9-12]。

图9 变更砟场弃砟位于主线桥梁下游

沟口有较多居民住户时,应根据冲沟方向与居民房屋方位关系和砟场弃砟高程与居民房屋高度关系,评估潜在的泥石流是否会对居民生命财产造成威胁。对于沟口10户以上常住居民且确有安全隐患的变更位置,应予以迁走；对于房屋较少的,沟谷又无转弯缓冲的,砟场近端应距离房屋500 m以外,且砟场挡护结构和排水系统均应加强。

4 弃砟场施工应关注的问题

隧道弃砟场施工的一般要求为：砟场底部设置干砌片石盲沟,以引排砟场底部积水。弃砟前应先砌好砟底排水盲沟,排水盲沟应与挡砟墙的底部泄水孔连通,以利排除弃砟场底部积水；应清除弃砟场底部地表植被及腐殖土,对沟心自然坡度大的段落可采用修筑台阶,台阶长度一般不小于2 m。同时,要求弃砟分层填实,每层厚度≤1 m,弃砟场最大堆积高度不大于30 m。

现场具体施工时,弃砟场往往存在弃砟无规划,随意性较大,无序倾倒现象严重的问题,施工单位仅从施工方便和节约成本方面考虑,不能完全规范弃砟,最终会导致弃砟堆积体排水不畅,雨季饱水,与沟底自然坡面产生滑动,在山洪来临时成为潜在的“人工泥石流”。这些问题应引起高度重视,在弃砟之前,应先对弃砟场地进行清理规整,开挖台阶并施作砟底土工布片石盲沟,降低安全隐患。

5 结束语

山区铁路挖方较多,弃砟场数量多,制约边界复杂,工作容易反复,笔者在参与弃砟场现场选址及变更评估核对工作中,深感弃砟场选址、变更及后期交付过程中工作繁杂,且需要考虑多方面因素并与多部门接触协调,稍有不慎就会留下后患。在对复杂山区弃砟场现场选择及变更核对进行总结之后,对以后的弃砟场勘测及设计工作提如下建议：

(1)弃砟场外业勘察时应结合隧道工作面和既有道路(包括2 m以下小土路)调查便道可能走向,在考虑环水保、安全因素的前提下,尽量选址在交通较为便利或者便道引入投入较小的地方。

(2)对可能存在隐患但缺少备选位置的砟场,设计时应对砟量、挡护结构、排水系统及堆弃方式做明确要求,确保安全。

(3)对于位于隧道洞身顶部的冲沟,尽量避免在洞顶弃砟；不能避免时,应进行严格的结构检算,并在设计中对弃砟要求予以明确。

(4)在遵循小隧道弃砟场的“集中堆弃”原则时,应结合地形适当考虑不同工作面道路交通情况,避免施工时便道贯通困难无法实现集中弃砟。

(5)砟场位置必须征求地方国土、环水保、水利、林业部门的正式意见,并将地方相关部门的意见纳入设计中。

[1]张华君.山丘区高速公路弃砟场选址原则及复垦方式探讨[J].公路交通技术,2011(4):146-150

[2]铁路工程设计技术手册.隧道[M].北京：中国铁道出版社,1999

[3]QJ/SSY034—2000 铁路勘测细则[S]

[4]TB10003—2005 铁路隧道设计规范[S]

[5]中华人民共和国国务院令第三号.中华人民共和国河道管理条例[S]

[6]GB 50433—2008 开发建设项目水土保持技术规范[S]

[7]朱永全,宋玉香.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社,2007

[8]李小青.隧道工程技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2011

[9]韩 信,张敏静.弃土场位置选择和设计原则方法探讨[J].公路,2008(9):282-285

[10] 张瑞清.浅谈铁路建设中弃砟场的合理布设[J].中国水土保持2003(2):25-27

[11] 陈永亮,蔡德志.影响弃砟场稳定的因素及针对性治理措施探讨[J].西部探矿工程2009(12):32-33

[12] 尹勤思,邵社刚.山区公路弃砟场恢复措施与验收标准探讨[J].公路交通科技,2009(1):173-175