铁路建设项目弃渣减量化研究

周卫军

（中国国家铁路集团有限公司 发展和改革部，北京100844）

铁路作为国家战略性、先导性、关键性重大基础设施，在交通运输业发展中的地位和作用至关重要。党的十九大报告提出了建设“交通强国”的发展目标；2020年中国国家铁路集团有限公司(国铁集团)发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》中提出，到2035年，现代化铁路网率先建成，全国铁路网规模达20万公里左右，其中高铁7万公里左右[1]。尽管铁路在综合交通运输体系中具有显著的节能环保比较优势，但铁路工程施工难以避免对沿线地表环境带来扰动，产生大量的土石方开挖。受各种因素影响，工程挖方难以全部利用，土方弃置需占用沿线土地资源、影响生态环境。因此，为深入贯彻生态文明理念、落实水土保持要求，有必要从规划设计阶段开展弃渣减量研究。

1 铁路建设项目弃渣减量化概述

1.1 弃渣主要来源

铁路建设项目的土石方作业主要包含挖方、填方、借方、弃方和利用方。其中，挖方是将妨碍工程实施的多余土方挖除，如高于车站场坪的土方挖除、隧道开挖；填方是通过填筑方式确保工程通过低洼地段，如路堤填筑；借方是通过远运的方式，将其他区域土方用于填补区段工程土石方的不足；弃方是将区段工程内多余的土石方运至适当位置；利用方是将工程挖方用于其他需要填筑地段。

由于地形原因，在山区、丘陵区修建铁路需要以隧道、路堑、桥梁等线路形式通过。这些线路形式会产生大量的隧道挖方和路堑挖方。受地形条件限制，区间多数区段挖出的土方难以利用，一般就近选择适当的位置进行弃置，从而形成弃渣。

1.2 弃渣影响分析

大量土石方的弃置会对环境造成扰动和破坏，主要表现在以下方面。首先，占用土地导致植被破坏，减少局部植被面积，降低局部生态环境质量。例如，弃渣占用林地前需对原有林地进行清表，将原地面植被砍伐，清理表面后进行土石方堆置，使局部的植被覆盖率急剧下降，造成施工期水土流失强度增大，即使施工结束后采取恢复措施，植被覆盖率也难以快速恢复原有水平[2]。其次，土石方弃置位置一般与产生位置有一定的距离，需要开辟施工便道进行运输，增加临时工程及投资，对沿线环境产生影响。此外，弃渣场选址不当还会对下游居民及基础设施安全带来隐患。一旦出现洪水、地震等极端状况有可能出现弃渣场失稳，形成人为泥石流灾害。因此，通过工程设计优化，从源头上减少土石方的弃置对减缓工程建设带来的环境影响、消除安全隐患、节约工程建造成本具有重要意义。

2 弃渣减量途径分析

弃渣减量的方法主要包括线路及辅助工程优化设计、弃渣场优化布设、施工组织优化和资源化利用等。

2.1 线路优化设计

影响线路设计方案的因素很多，如地形地貌、水文、地质条件、限制区域等。当工程出现大量路堑和大量隧道时会产生大量弃方。从选址选线角度来讲，在曲线半径等技术指标允许的情况下应尽量避开山丘谷地，减少土石方数量。根据地形条件及最大限制坡度合理选择线路高度，尽量避免大挖大填，减少土石方弃置。

2.2 辅助工程优化设计

辅助工程主要包括隧道施工辅助坑道、制梁场、拌和站、施工便道等。

隧道施工辅助坑道设置主要受施工工期、地形条件、防灾救援及施工进度等影响。为满足合理工期要求，长大隧道施工中需要设置辅助坑道，增辟工作面，通过“长隧短打”加快长隧道施工进度，但会增加大量挖方形成弃渣。为减少弃渣，应根据围岩类别选择合理的掘进速度，在满足工期要求的情况下，通过优化施工组织，尽量减少辅助坑道的设置，以减少土石方开挖数量。

制梁场的占地面积相对较大，一般为10 hm2以上。修建制梁场需平整土地，进行较大数量的土石方开挖，从降低环境影响、减少弃渣的角度，应根据环境条件尽量扩大制梁场的梁片供应范围，减少制梁场数量。

拌和站是铁路建设必不可少的辅助设施，占地面积1 hm2左右，虽然其面积远小于制梁场，但数量众多，且位于山区、丘陵区的拌和站建设需要进行场地平整，造成大量土石挖填，易形成弃渣。因此，应结合环境条件和工程技术条件尽量减少拌和站设置数量。

施工便道是山区、丘陵区铁路产生大量土石方的辅助设施，多数情况下其修建要依据山势变化进行半挖半填。在方案设计阶段，隧道施工辅助坑道洞口、制梁场、拌和站等辅助工程选址应尽量靠近已有交通道路，减少施工便道修建长度，减少开挖土石方的弃置。

2.3 弃渣场优化布设

弃渣场布设是否合理直接影响周边环境及下游安全。弃渣场设置数量应根据弃置土石方的来源和数量进行合理匹配。弃渣场设置过于零散，会增大占地面积，加重对环境的扰动和破坏，同时增加防护措施数量及配套便道数量。弃渣场设置过于集中，会造成弃渣远运，从而增加运输成本、环境影响范围及施工便道数量。因此，合理布设弃渣场对减少环境扰动、合理利用工程投资具有重要意义。根据《生产建设项目水土保持技术标准》(GB 50433—2018)[3]及《水土保持工程设计规范》(GB 51018—2014)[4]的规定，严禁在对公共设施、基础设施、工业企业、居民点等有重大影响区域设置弃渣场。因此，在弃渣场选址时应避开敏感区域和对象。此外，沟道型弃渣场应尽量布设在沟道上游，减少汇水面积，降低强降雨等极端气候对弃渣场产生的安全威胁。

2.4 施工组织优化

铁路建设通过采取移挖作填的方式将挖方路段的土石方用于低洼路段的填筑，避免了大量取土和弃渣。例如，将路堑开挖土方用于路基工程填筑，傍山车站山体开挖用于站前广场填筑等，均有效提高了土石方利用率，减少弃渣数量。由于铁路建设各环节施工进度差异大，隧道开挖掘进速度相对较慢，因此需要通过精细化、科学化的施工组织安排，才能最大限度的利用隧道挖方。

2.5 资源化利用

有些隧道出渣可改造用于其他建筑材料，如花岗岩等可改制成混凝土骨料、机制砂等，既减少了土石方的弃置数量、降低了环境影响，又提高了资源利用效率。此外，部分施工单位结合地方建设需求，将工程多余挖方用于土地平整和填筑，为改善当地环境条件产生了积极的正效益。

3 铁路项目弃渣减量实例分析

某新建铁路主要技术标准为高速铁路、双线、速度目标值350 km/h；线路正线长度429.771 km。其中，路基工程总长100.477 km、占线路全长的23.49%；桥梁共165座，长度113.871 km、占线路全长的26.62%；隧道共82座，长度213.404 km、占线路全长的49.89%。该工程土石方总量7 907.52万m3，其中，挖方5 900.36万m3，填方2 007.16万m3。工程利用方1 059.65万m3、混凝土骨料利用493.13万m3、地方企业利用122.41万m3，借方947.51万m3，弃方4 225.17万m3。该铁路隧道工程占比较高，是土石方开挖的主要来源。通过技术审查，主要从线路纵断面调整、隧道辅助坑道设置、隧道弃渣综合利用、弃土(渣)场及取土场等方面进行了优化，取得了较好的弃渣减量化效果。具体内容如下。

3.1 优化线路方案

为增加隧道弃渣利用率，全线合计2处桥梁工点调整为路基工点，合计增加路基填方18.05万m3，全部采用隧道弃渣，工程投资减少1 898.1万元。

3.2 优化隧道辅助坑道

该铁路特长隧道等重点工程施工难度较大，经测算，适宜工期为4.5年。根据《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》(TB 10020—2017)[5]的规定，隧道长度10 km及以上的单洞隧道，应在洞身段设置不少于1处紧急出口或避难所。为满足工期要求，结合施工组织及防灾疏散救援条件，对隧道方案进行优化，减少辅助坑道2座，缩短长度511 m，削减弃渣量约3.2万m3。工程投资减少1 496万元。同时，由其引起的施工便道减少2.5 km，临时电力线减少4 km，临时占地面积减少2.27 hm2，工程投资减少234万元。

3.3 加大隧道出渣利用率

原设计路基利用隧道弃渣92.60万m3，优化后利用隧道弃渣177.07万m3，增加利用84.47万m3，利用率提高91%左右。原设计车站利用隧道弃渣44.0万m3，优化后利用149.5万m3，增加利用105.5万m3，利用率提高239%左右。全线隧道可利用弃渣作为粗骨料数量493万m3。在满足性能要求的前提下，加工后的碎石可用于路基级配碎石填筑、碎石垫层填筑及非高性能混凝土粗骨料使用。综合对比外购碎石单价、利用隧道弃渣，洞外平均运距按40 km考虑，利用隧道弃渣费用减少总计16 418万元。

3.4 优化弃渣场布局

原设计方案全线路基、站场、隧道专业共设弃土(渣)场222处。通过优化研究，加大了隧道弃渣利用率，调整合并部分弃土(渣)场，优化后共设弃土(渣)场114处，优化108处，弃渣场数量降低约48%。弃土(渣)场数量减少，引起渣场挡护、截排水等工程数量相应减少，施工便道减少124 km，临时占地减少56.24 hm2，减轻了工程建设占地对环境的扰动。减少投资21 628万元。

3.5 优化取土场布局

原设计全线共设置取土场25处，通过优化研究，在加大隧道弃渣利用的基础上，充分考虑铁路枢纽、局部段落等特殊情况，对取土场设置进一步调整，调整后共设置取土场17处，较原设计减少8处，数量减少32%。取土场的减少使截排水、植被恢复等工程数量相应减少，同时，施工便道长度减少1.8 km，临时占地减少0.58 hm2。减少投资545万元。

4 结束语

铁路工程建设是“交通强国”战略的重要组成部分，工程实施会产生大量土石方填挖作业。通过优化设计和施工方案可以有效减少土石方开挖及废弃的数量，实现弃渣场等大临工程合理化布设，从而将铁路建设的生态环境影响降到最低，同时节约工程投资，可实现良好的社会效益、环境效益与经济效益的统一。