艰险山区铁路隧道弃碴经验总结与工程实践

廖雄

【摘 要】 文章总结了西部艰险山区的弃碴场种类和不同类型的弃碴场防护措施设计，其中防护措施包括工程防护措施及生态防护措施，同时，以叙永至毕节铁路斑竹林隧道、下坪隧道及下坪车站站场弃碴场为工程案例，介绍了该弃碴场科学正确合理的弃碴方式，并提出了相应的弃碴建议，本文总结所得到的结果可以为类似隧道工程提供参考。

【关键词】铁路隧道; 弃碴场; 经验总结; 工程实践

随着经济的超高速发展，各项基础设施及大型工程如铁路、公路、矿山等不断被建设[1-2]。然而，一些工程的不合理施工却对周围生态环境产生了较大的破坏，而且，施工废弃物的不正当处置甚至会危及到人民的生命财产安全。以川藏铁路为例， 全线隧道占比达到85 %，出碴量巨大，目前川藏铁路工作已进入攻坚期，受陡峻地形地貌、敏感生态环境、广布不良地质、薄弱交通设施、恶劣气候条件等影响，弃碴场选址及防护已成为工程师和设计人员们所关注的重点，鉴于川藏铁路严峻复杂的地质环境，关于弃碴场的选址及安全性要求更为严格，但在实际施工中弃碴问题却经常被人所忽视，施工人员对于弃碴不予以足够的重视，随意选址进行弃掷。即使统一运往固定堆放场也没有进行规范的堆放管理，这种只注重主体工程的建设，对生态环境的保护意识的缺失在工程建设中体现得尤为突出，也就为后续的水土保持及土地复垦等生态修复工作造成困难甚至埋下安全隐患[3-6]。

经过多年关于生态修复基础理论的研究，国内外专家学者己经有了成果，提出理论如下：不利干扰是造成生态系统退化的主要原因，包括自然干扰和人为干扰两大类[7-8]。生态系统的退化程度由不利干扰的频率和强度决定。因此，生态修复首先需要做的就是消除和减轻不利干扰的影响。生态系统退化包括荒地、废弃耕地、荒漠、树木采伐迹地、废矿地等。修复自然生态时又可分别为自然修复和人工修复。不同的修复条件所产生的修复过程具有不同的差异。生态自我修复时，最开始的条件是根据生态系统演替过程所确定的[9-12]。

1 铁路弃碴场类型

在艰险的山区，铁路选线由于受到地形和地质条件的限制，因此在线路总长中，隧道占比较高，通常达到50 %以上，外加填挖方地段的开工时间不同步、弃碴材料质量、运距等诸多因素的影响，要控制工程的土石方填挖平衡具有一定的难度，这使得施工时产生大量弃碴。因此如何因地制宜的选择弃碴场尤为重要，一般山区铁路的弃碴场有以下几种：

（1）大型集中弃碴场。综合考虑沿线铁路工程的工程特点，在隧道分布较集中的段落，选取合适的位置进行集中弃碴。

（2）坡地型弃碴场。坡地型弃碴场的位置通常位于沟道两侧地势较高的台地或者缓坡地上。该种类型的弃碴场布置防护措施的关键主要是控制好碴场自身的稳定性和排除水的因素对碴场的干扰。在弃碴的坡脚需要设置挡碴墙或者其他种类的护脚护坡措施。碴体周围如果需要汇水，还要再布置截排水沟。弃碴场顶部可以种植植物，在碴场的坡面也可以优先考虑种植植物来进行防护。

（3）沟道型弃碴场。沟道型弃碴场的位置一般选择在山间不发育的支沟源头，同时支沟的沟底缓和，在沟道的下游没有重要的建筑物及构筑物等。

（4）拦沟型弃碴场。由于山区地形险峻、行车运输等条件不便利，如果没有明显合适的弃碴场位置，通常把施工后的废碴直接弃置于沟道的中间位置，即所谓的拦沟型弃碴场。对于水量较大的沟道，在采用占用沟道来弃碴时，可采用泄水洞将碴场上游来水引至碴场下游，该措施既克服了水流通道问题，又克服了废碴稳定性问题。

（5）填凹型棄碴场。与线路所属的行政管理等部门密切联系，征得相关部门的意见，结合地方的规划建设，可以把施工后的废碴用于城市规划建设中所需要的土地平整以及取土、石、沙等建筑材料之后所留下的废置凹坑地的回填，用废弃的弃碴填方增加土地，既处理了弃碴，又减少对现有土地资源的使用。

2 弃碴场防护措施设计

2.1 工程防护措施

2.1.1 挡碴墙

挡碴墙一般适用于地势相对较缓、弃碴量不大的碴场挡护;墙高一般为2～8 m，挡碴墙基础趾部一般埋入基岩1 m深度，在挡碴墙墙背铺设砂砾石反滤层，墙身设泄水管，如图1所示。

2.1.2 拦碴坝

拦碴坝一般适用于弃碴量大、用于拦河、拦沟设坝，坝体背后弃碴浸水及用于坡地设坝。坝体上设有泄水孔及导流洞，坝体基底采用钢轨桩防护，坝体前方设有消能池（图2）。

2.1.3 桩间墙

桩间墙一般适用于弃碴量较大，挡护工程基础较差的弃碴场，如图3所示。

2.1.4 石笼挡墙

石笼通常适用于较平坦的河滩地或承载力较低的平坦耕地，弃碴时要求碴场顶面弃一层厚约1 m的易风化弃碴。石笼挡碴墙由涂塑热镀锌低碳钢丝网箱内装块石叠砌而成，网箱上表面应保持平整，并尽力降低空隙率。石笼码砌应交错码放，如图4所示。

2.2 生态防护措施

弃土场的场坪在生态防护时可以撒播灌木种子，以种植绿化的方式进行防护，除灌木种子外还可种植其他具有经济价值的作物，如图5所示;弃碴场的场坪在生态防护时可以先用适合种植的土壤铺平，再在土壤上撒播草籽进行防护，如图6所示。

在边坡生态防护时，弃土场边坡也可采用撒播灌木种子的方式进行绿化防护，同样的，弃碴场边坡采用摊铺种植土后再撒播草籽的方式进行防护。

3 工程案例分析

叙永至毕节铁路斑竹林隧道、下坪隧道及下坪车站站场弃碴场，总容碴量约为70×104 m3，碴场占地约5.267 ha。碴场位于D2K221+100里程自然冲沟内，为防止地表水直冲碴场，造成碴土流失，形成地质次生灾害，设置引水洞将自然冲沟水流改道绕过碴场范围，并引流至冲沟下游，引水洞长为480 m。

3.1 改沟、弃碴施工

（1）进场，施工场地平整，引水洞下游施作洞口防护工程。弃碴场两侧施作天沟。

（2）在弃碴场内下游施作临时挡碴墙，并将隧道弃碴及引水洞弃碴弃置在挡碴墙后侧。

（3）引水洞贯通后，改沟，将自然沟水引入引水洞。

（4）施工弃碴场上游拦碴挡水坝，封堵自然沟，施作拦碴挡水坝与引水洞上游洞口结合部位。同时设置急流槽，延缓自然水通过引水洞的速度。

（5）施工碴场下游拦碴坝，分层碾压密实。

（6）按设计要求弃碴到设计高程。

（7）施作洞顶排水沟，并将排水沟分别与各隧道洞口天沟衔接，形成完整的碴场天沟排水系统。

（8）为保证拦河坝达到截流拦蓄的效果，地表水不向拦河坝下游碴场扩散，拦河坝两侧铺设防渗土工膜。

3.2 弃碴场设计内容

（1）为确保碴场的稳定，弃碴应分层进行，分层厚度不大于1 m，并碾压密实，压实度k≥0.9，弃碴填筑边坡不得陡于1∶1.5，平台宽度20 m，分段高度不大于8 m。

（2）弃碴场坡脚设置C25混凝土拦碴坝，拦碴坝底设两排钢轨桩，梅花型布置。在拦碴坝前设置消能池，在坝内设置导流洞进行导流。

（3）碴顶边缘自然坡体上设截水天沟，作为碴场的排水系统。

（4）在碴场顶面做成纵向3 ‰的排水坡，横向3 ‰排水坡排入碴场顶面中心沟。在弃碴底部铺设盲沟。

（5）弃碴前必须完成挡碴墙、消能池、下游自然沟的清理铺砌、排水沟、盲沟等工程的修建。

（6）隧道弃碴体积大，地面横坡相对较陡，为确保弃碴及下坪站路基整体稳定，设置两排抗滑桩。

（7）为避免弃碴填筑及压实过程使抗滑桩发生较大位移，抗滑桩施工完成后再弃碴。

（8）弃碴必须由上游向下游逐步推进弃置，已弃碴体顶面应留出排水通道，待弃碴压实后再施做泄洪槽。

（9）为了方便在碴场顶部种植绿化进行防护，在弃置废碴前要将碴场地表所覆盖的土体进行剥离并存放到某一固定位置，待弃碴完成并对碴场顶面进行平整后，将该覆土置于弃碴表面（厚度不小于0.4 m），并对碴顶面及坡面进行绿化。

（10）弃碴前必须完成拦碴坝、下游自然沟的铺砌、排水沟、盲沟等工程的修建。

4 结论与建议

总结以往弃碴场的设计及施工过程中出现的问题，目前弃碴场设计工作依然采用传统思路，对设计流程没有系统性统筹规划，设计各环节之间联系不紧密，设计文件较为碎片化，导致部分弃碴场存在选址不尽合理。同时，个别施工单位环境保护及安全意识不强，不遵从设计要求，随意进行弃碴，出现堆碴形式不合理、防护体系不完善、生态恢复措施不到位等问题，出现不少环保及安全隐患，甚至产生次生灾害。在让绿水青山变成金山银山的顶层设计的理念下，希望能够引起各参建单位的重视，真正做到从设计源头就做好弃碴工作。

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