铁路工程设计践行绿色发展的实践

王冠琪

（中国铁路设计集团有限公司机械动力与环境工程设计研究院，天津 300308）

党的十八届五中全会提出创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，其中，绿色是新发展理念的重要内容之一，是要解决好人与自然的和谐共生问题，要把经济活动过程和结果的“绿色化”“生态化”作为绿色发展的主要内容和途径。设计是实现铁路工程绿色发展的关键环节之一，在初步设计阶段通过优化土石方数量、占地面积等内容，最大限度地减少对生态环境的扰动与破坏，是贯彻绿色发展理念的根本要求和基本做法[1-4]。本文以某铁路工程为例，从设计优化辅助坑道数量、线路纵断面、提高隧道弃渣综合利用率、减少取弃土(渣)场数量及占地等方面研究铁路工程设计如何践行绿色发展理念。

1 项目概况及分析

1.1 项目概况

新建某铁路线路全长429.771 km，设计速度目标值350 km/h。隧道占比约50%，桥梁占比约27%，路基占比约23%。工程沿线属中低山丘陵区，总体地势为西南低东北高，地形起伏，沟谷纵横。原初步设计挖方5 609.84 万m3，填方1 711.32 万m3，利用方586.37万m3，借方1 124.94万m3，弃方5 023.47万m3。共设置222处弃土(渣)场、占地面积767.43 hm2，25处取土场、占地面积78.79 hm2，18处隧道辅助坑道。

1.2 问题分析

（1）局部工点形式不合理引起土方量增加。该工程原初步设计挖填比3.28，挖方远大于填方，应考虑在浅路堑地段，通过适当调高纵断面，以桥梁的形式跨越山体，减少挖方路堑的工点长度，从而解决挖方量过大的问题；将部分隧道进出口的短桥梁改为短路堤，路堤填方利用隧道挖方，从而解决挖方利用率低的问题。

（2）隧道辅助坑道数量设置不合理引起挖方量及临时用地扰动面积增加。隧道辅助坑道的作用是加快工程进度，从而缓解长隧道对整条线路工期的制约，但除作为紧急出口或避难所的辅助坑道外，挖掘辅助坑道在施工结束后无利用价值，施工过程中对地表植被扰动剧烈，不符合绿色发展理念，应考虑施工工艺、施工组织是否有优化提升空间，在满足工期的前提下，优化斜井设置数量。

（3）土石方利用率不高引起临时用地扰动面积增加。该工程原初步设计挖方5 609.84 万m3，利用方586.37万m3，利用率仅10.45%，近90%的弃渣需要单独设置弃土(渣)场安置，易造成沿线耕地、林地的扰动破坏；另一方面，铁路工程建设需要外购、自采石料和土方作为混凝土骨料、路基填料，既不经济，又造成了新的地表扰动，不符合绿色发展理念，应考虑提高铁路工程自身的土石方利用率，减少外部供给。

（4）弃土(渣)场数量过多引起临时用地扰动面积增加。该工程原初步设计弃方5 023.47万m3，共设置弃土(渣)场222 处，平均2 km 设置1 处，每处平均弃渣约22.63万m3，弃土(渣)场数量过多。该工程沿线植被良好，施工过程中对地表植被扰动破坏剧烈，不符合绿色发展理念，在提高弃渣利用率的前提下，应适当合并优化弃土(渣)场设置数量及占地面积。

（5）取土场数量过多引起临时用地扰动面积增加。该工程原初步设计借方1 124.94万m3，共设置25处取土场，在优化纵断面、提高填料利用率后，取土场数量和借方量应有优化空间。

2 设计优化

2.1 纵断面优化

对部分路堑段落抬高纵断面，以桥梁的形式跨过山体，可减少工程挖方从而减少弃土量；对部分隧道口附近的桥梁工点，通过调整纵断面，改为路基填方，利用隧道挖方作为路基填方，可增加隧道挖方利用量。

2.1.1 抬高纵断面，以桥梁替代路堑

全线共对4 处工点的纵断面进行了抬高，以桥梁替代路堑，调整后合计减少弃方56.05 万m3。优化情况如表1所示。

2.1.2 以路堤替代桥梁

为增加隧道弃渣利用量，全线共将2 处桥梁工点调整为路堤工点，合计增加路基填方18.05 万m3，全部采用隧道弃渣，优化概况如表2所示。

2.2 辅助坑道优化

在合理选择施工进度指标的情况下，根据围岩状况优化辅助坑道布设，减少环境扰动和工程投资。原初步设计共对13 座隧道设置了18 处辅助坑道，通过调整隧道施工进度指标，在保证工期的前提下，可以减少2 处辅助坑道，优化后，斜井长度减少511 m，隧道出渣量减少3.2 万m3。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。

表1 以桥梁替代路堑优化概况

表2 以路堤替代桥梁优化概况

2.3 隧道弃渣综合利用

通过增加填方路基对隧道出渣的利用量、增加填方站场对隧道出渣的利用量、将隧道出渣作为施工混凝土骨料利用3个途径提高隧道弃渣的利用率。

（1）增加填方路基对隧道出渣的利用量。根据施工组织方案，对路基工程利用隧道弃渣可实施性进行计算，原初步设计路基利用隧道弃渣92.60 万m3，调整后共利用隧道弃渣199.04万m3，增加利用方106.44万m3。

（2）增加填方站场对隧道出渣的利用量。原初步设计车站利用隧道弃渣43.77 万m³，调整后共利用隧道弃渣142.18万m³(其中1号车站14.82万m³、2号车站1.62万m³、3号车站17.13万m³、4号车站41.35万m³、5 号车站22.38 万m³、6 号车站11.26 万m³、7 号车站33.62万m³)，增加利用方98.41万m³。

（3）隧道出渣利用为混凝土骨料。全线可利用隧道弃渣作为粗骨料数量共计493.13万m³。

综上，原初步设计利用隧道出渣136.37万m³，优化后利用隧道出渣834.35万m³，增加利用量697.98万m³。隧道弃渣综合利用优化概况如表3所示。

表3 隧道弃渣综合利用优化概况

2.4 弃土(渣)场数量优化

弃土(渣)场数量优化的前提是提高隧道出渣利用率，减少永久弃渣数量，通过充分利用可弃渣的库容，合并距离较近的弃土(渣)场，有效减少弃土(渣)场设置数量，减少环境扰动。原初步设计全线路基、站场、隧道共设弃土(渣)场222 处，通过加大隧道弃渣利用率，调整合并部分弃土(渣)场，调整后共设弃渣场96 处，减少126 处。由此引起的施工便道减少124.7 km，临时占地共减少了56.24 hm2。

2.5 取土场数量优化

取土场数量优化的前提是提高本工程自身挖方的利用率，从而减少外购、自采取土场数量。原初步设计全线共设置取土场25处，本次研究在加大隧道弃渣利用的基础上，对取土场设置进一步调整，调整后全线设置取土场16处，较原初步设计核减9处。

3 效益分析

（1）纵断面优化。4 处以桥梁替代路堑工点合计减少弃方56.05 万m³，但同时由于纵断面抬高，引起调整范围内平均桥高增加，工程投资合计增加5 743.4万元。2处以路堤替代桥梁合计增加路基填方18.05万m³，全部采用隧道弃渣，工程投资减少1 898.1万元。

（2）辅助坑道数量优化。全线减少2处辅助坑道，斜井长度减少511 m，隧道出渣量减少3.2万m³，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，投资减少234万元。

（3）隧道弃渣综合利用。原初步设计利用隧道弃渣合计136.37万m³，本次研究重点对填方路基、站场及混凝土骨料3 个方面进一步增加利用率，优化后合计利用隧道弃渣834.35 万m³，工程投资减少16 418万元。

（4）弃土(渣)场数量优化。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，工程投资减少17 355 万元，临时占地减少65.06 hm2；同时，由其引起的施工便道减少124.7 km，临时占地减少了56.24 hm2，工程投资减少4 273万元。

（5）取土场数量优化。取土场数量减少，引起截排水、植被恢复等工程数量相应减少，工程投资减少496 万元，临时占地减少11.72 hm2；同时，由其引起的施工便道长度减少1.8 km，临时占地减少0.58 hm2(包括施工便道占地、取土场占地)，工程投资减少48.6万元。

4 结束语

本次设计优化，该工程共减少占地面积140.60 hm2，减少弃渣量775.28 万m³，从土石方数量、占地面积上均较原初步设计方案有所减少，除上述优化方向外，还可从桥下摊铺弃土、桥下取弃土相结合、路基帮宽利用弃土等方面进一步优化设计，减少取弃土数量。