高速铁路工程建设水土流失防治初探

雷晓琴 江民 张昕川

摘 要：高速铁路建设跨度大，周期长，在建设过程中，会造成一定的生态环境压力，尤其会加剧建设区水土流失，影响区域生态安全。以高速铁路建设的生态影响为出发点，阐述了高速铁路建设水土流失成因和治理重点，探讨了水土流失防治思路和策略，指出治理高铁建设水土流失需针对水土流失过程进行管理，提高水土流失防治措施的可靠性。相关成果可为高速铁路水土流失综合防治提供技术支持。

关键词：高速铁路；水土流失；生态环境

中圖分类号：S175.2                                             文献标志码：A

收稿日期：2023-04-17

作者简介：雷晓琴，女，高级工程师，硕士，主要从事水土保持和环境保护工作。E-mail：53870843@qq.com

通信作者：江 民，男，高级工程师，博士，主要从事水土保持与荒漠化治理工作。E-mail：664288094@qq.com

高速铁路（以下简称“高铁”）因其速度快、运力大、安全舒适、高效环保等独特优势，在城市间生产要素流的空间传导和优化重组等方面发挥着重要作用，是实现地区间资源高效调度的重要推动力[1]，在高速交通运输体系中具有不可替代的战略价值[2]。然而，高速铁路作为典型线性工程，在建设过程中会对沿线生态环境造成一定压力，尤其是近年来社会经济的快速发展，高铁建设规模不断扩大，加剧了水土流失等一系列生态问题[3]，制约着生态、社会和经济的可持续发展。高铁建设的水土流失防治技术源自普通铁路的治理经验。目前，针对高铁建设水土流失的研究主要从水土流失量预测[4]、水土保持监测[5]和验收[6]等方面对项目管理和政策执行进行探讨，在高铁建设水土流失防治方面的研究相对较少且不成体系，加之高铁各项设计标准高于普通铁路，普通铁路的水土流失防治经验不宜直接套用于高铁建设水土流失防治工作中。因此，开展高速铁路建设的水土流失防治措施研究十分必要。

1 高速铁路建设对生态环境的影响

1.1 高速铁路工程建设内容

高速铁路建设通常可以划分为设计、施工和运营三个阶段。各阶段建设内容和工作重点不同（见表1），对生态环境和水土流失的影响也各不相同。从对环境和地表的扰动来说，环境危害主要集中在施工阶段。

1.2 高速铁路工程建设对生态环境的影响和主要方式

高速铁路施工的建设规模大，工艺难度高于普通铁路。工程的生态影响范围主要是在建设期对施工红线和工程影响范围内生态环境的结构、功能与过程的破坏、损害或抑制，因此建设期间对生态系统的扰动较易造成路域景观系统的斑块破碎化，在景观相邻组分间产生隔离效果。而对路域原生植被的破坏，影响了不同类型景观斑块的结构和分布特性，诸如地形、植被、水系、土壤基质等景观要素都会因为工程建设的深入而受到影响，易造成土壤及水环境污染，诱发不稳定因素，通过空间溢出效应，改变地区生态系统的动态平衡。在部分生态环境脆弱区，生态服务功能甚至会由于扰动的加剧而出现明显退化，尤其是水分调节服务、生境提供服务和土壤保持服务的降低对施工区生境保护和生态恢复造成了很大的压力。

以长江流域高铁项目为例，高铁建设通常线路较长，跨越不同类型的区域，穿越各种生态系统，由于主要施工方式是土石方挖填作业和地表扰动，最直接且易感知的影响就是造成施工区水土流失。施工期对区域生态环境的影响通常表现为高强度、低频率的暂时性局部干扰，水土流失影响范围集中、扰动强度大、流失隐患大。高铁工程的土石方开挖、回填、弃渣总量巨大，这些弃渣主要来源于桥、隧、路基开挖的石方以及回填余方，且大部分弃渣分散在高铁沿线，如果不进行妥善处理将造成巨大的水土流失隐患。随着我国欠发达地区城市群的快速发展，高铁线路及配套设施建设将持续增加，高铁沿线的水土流失问题将会日益显著。

2 高速铁路建设水土保持现状

高速铁路线路通直，一般难以完全避让生态脆弱区和水土流失易发区，容易破坏生态环境和加剧水土流失。目前，高速铁路水土流失防治基本沿用普通铁路的基本思路，根据不同地形地貌和施工工艺造成的水土流失差异将水土流失防治分区大致划分为路基防治区、桥梁防治区、隧道防治区、站场防治区、取土场防治区、弃渣场防治区、施工便道防治区、施工生产生活防治区等；针对各分区特点进行分区治理，布设以工程措施、植物措施和临时措施为主的水土保持措施体系。

工程措施多为稳固的混凝土和浆砌石构筑物，但造价高昂，防护效果受地形条件限制，且难以在施工早期进行布设。因此，在实际工作中需要在工程措施防治的基础上采取临时措施作为必要补充。临时措施造价低廉，布设灵活，在施工前期效果明显，是较为经济且时效性强的过渡措施。植物措施是施工后期和运营期的主要防治手段，具有改善生态、美化景观的重要作用。在西南地区高铁建设早期就有学者提出需根据高铁沿线植物品种和类型优化边坡防护植物的配置[7]。考虑到山区高铁建设需要重点防护边坡流失造成的潜在滑坡、泥石流危害，工程措施结合植物措施的防治策略开始在西南地区高铁建设中应用，并很快推广到其他地区的高铁建设中。目前，我国对于高铁建设的需求依然旺盛，亟待进一步研究适合我国国情的高铁建设水土流失防治策略。

3 高速铁路建设水土流失特点

高铁建设水土流失是在各种自然因素作用下，通过人类扰动活动而产生，属于典型的人为加速侵蚀。它既具有自然条件下水土流失的一般性特征，也具有人类干扰特殊性的特点，主要表现在以下方面。

3.1 时间分布不均

高铁工程建设周期长，完成所有建设任务通常需要数年，这就导致工程引发的水土流失危害在时间分布上极不均匀。高速铁路工程的水土流失集中在施工期，且与运行期流失量差异显著。主要原因是线路挖填作业必然造成地表植被等覆盖物遭到破坏，形成裸露地面，导致水土流失在人为因素影响下加剧。此外，施工过程中产生的弃土弃渣和临时堆土若不进行合理防护也会成为潜在的水土流失风险，在强降水条件下极易形成大量水土流失。

3.2 空间呈帶状放射分布

高速铁路工程建设属于典型的线性扰动，一般来说是以线路中心为轴线向周边溢出扰动影响。水土流失特征为线性连续，线路越长，其防治责任面积和损坏水土保持措施面积越大，潜在流失源越复杂多样。与普通铁路以挖填路堤或路堑形式建设不同，高速铁路的路基大部分以高架桥梁和隧道形式建设，桥隧比较高的线路表现出较显著的连续点状高强度扰动。此外，取、弃土场以及施工生产生活区等临时用地以施工中心线为轴线不规则放射分布于沿线各地区，总体形态上逐步形成一条带状空间，水土流失影响范围大大增加。

3.3 水土流失类型和影响因素复杂

高速铁路建设不可避免穿越各种复杂地貌类型，而建设过程中的开挖、破碎、搬运、碾压等活动极易对山体和岩石稳定性造成影响，从而诱发甚至加剧各种侵蚀类型的发生。例如，在高铁施工期，施工区内水力侵蚀、重力侵蚀以及混合侵蚀的发生频数会随人为干扰的加剧而大幅增加；不同的地貌形态直接或间接对水土流失的驱动因子存在影响，高程影响水热条件的垂直分布，直接影响植被类型；起伏度越大，地形切割越为强烈，越容易诱发水土流失。此外，坡度坡向决定径流的剥离能力和输移能力，从而影响水土流失强度和方向。

由于不同侵蚀类型的发生条件存在差异，且影响因素复杂，导致各种侵蚀类型的针对性防治策略差异明显，在措施设计阶段较难采用相同的措施手段进行治理，增加了项目区水土流失治理的难度。

3.4 潜在水土流失危害难以预测

高速铁路建设涉及多种地貌，如山地、丘陵、河谷等，地貌性质复杂多变。开挖过程会影响原有的坡面支撑结构，加剧潜在的泥石流及滑坡风险。松散且裸露的坡面更易造成强烈泻溜的发生。另外，河道侧弃渣场在极端天气下存在弃渣进入河道的风险，极易堵塞河道，危害行洪安全。因此，多重因子的作用使得潜在的风险难以预料。

4 高速铁路建设项目水土流失防治初步分析

目前，高速铁路项目建设区的生态影响治理，通常以水土流失综合治理的方式开展。依据水土保持方案确定的原则、要求和防治体系，对项目建设区采取合理有效的工程措施、植物措施和临时措施，以达到控制建设区内的新增水土流失，遏制生态恶化趋势，营造良好生态环境的总体目的。

4.1 强化水土保持专项设计

近些年，随着行政监管力度的不断加大，主体工程建设单位在建管过程中积累了大量的经验，新近开工的高铁项目已经设计有较为完善的永久水土保持措施，主要包括：骨架护坡、坡面截排水措施、拦挡和各种景观绿化措施等，但对临时工程的定量设计很少涉及，导致水土保持方案措施体系难以发挥作用。因此，应将批复的水土保持措施纳入到主体设计的措施体系中，强化工程措施和临时措施的设计深度，便于施工时将这些措施落实到位。场平清表设计应重点关注表土的收集和保护，加强临时拦挡等防护。弃渣需考虑资源化、减量化方式，根据施工布置优化土石方调配，减少永久弃渣。水土保持措施应与环保措施相互融合、协调运作，以求生态效益最大化，避免造成水土流失，危害周边生态环境。

4.2 优化施工时间安排

高速铁路工程工期通常需要数年，水土流失防治重点随着施工进度发生阶段性变化。由于高铁严格的路基沉降标准，施工前中期形成的边坡往往不同于其他类型的项目。施工前期，尤其是前两个雨季通常进行场平清表和边坡开挖，是施工前期主要的水土流失来源，防治重点在于对各分区内可利用表土进行剥离与保护，并对已经形成的路堑边坡、隧洞仰坡等高陡边坡进行必要防护，此外为避免路堤不均匀沉降，高铁大量采用高架线路，桥墩数量众多，且线性连续，桥墩施工产生的挖方和泥浆也是前期水土流失防治的重点。施工时间安排应有计划地规避雨季的影响，将清表和土石方作业安排在雨季之后进行，缩短工程在雨季的扰动时间，减少降水对裸露作业面的侵蚀。施工中期，随着隧道的增多，启用的弃渣场也逐步增加，即使对其选址进行优化，高铁弃渣场也难免分布零散，不如弃渣场集中的项目容易治理。同时，高铁弃渣场渣量大，堆积体的高差大，且渣场多选址在沟道内。因此，在弃渣前建成安全可靠的挡渣墙，并配套排水、沉沙及消能措施十分重要。施工后期扰动烈度逐渐降低，水土保持各项工程措施开始稳定发挥作用，防治重点转为全线绿化和大临用地复垦，在有效治理水土流失和景观绿化的前提下，植物措施尽可能选择乡土树种，融入当地自然景观。根据不同施工阶段水土流失重点，优化施工安排，针对性地完善相关措施，可以有效降低潜在水土流失危害和综合治理难度。

4.3 分级治理水土流失防治

高速铁路工程施工线路较长，不可避免穿越各种地区。这些地区的地形、地貌、气象、水文条件差异显著，同时，施工线路上不同地理空间的单位工程施工工艺、进度安排、资源调度也存在明显差异，不可能在全线都采用相同程度的防治手段和措施体系。基于此种情况，在防治措施实施过程中，需依据自然环境、地形地貌、施工特点以及作业区功能等水土流失要素，针对施工区域水土流失敏感性程度进行防治，而非仅仅根据功能分区进行整体防治。将施工区域分为重点治理和一般治理两个等级，根据流失要素差异实施分级防护措施。水土流失较严重且敏感性强的区域应进行重点防治，施工扰动尽可能规避敏感区域，着重加强重点区域临时防护，完工后尽快进行场地植被恢复；流失敏感性较一般区域防治原则基本不变，按照设计实施，采取适宜的防护措施开展现场水土流失防治工作，不能随意变更，减轻扰动造成的影响。

依前文所述，高速铁路工程一般划分为不同水土流失防治分区进行治理。其中，路基防治区、桥梁防治区、隧道防治区、取土场防治区、弃渣场防治区、施工便道防治区为重点治理区域，需要投入较多的工程措施资源；站场防治区、施工生产生活防治区为一般治理区域。措施布局上采取“点、线、面”相结合的措施布局思路。路基、桥梁、隧道等“线”状工程以截排水、边坡防护措施以及植物措施为主；在取土场、弃渣场、站场等“点”状区域以拦挡、排导措施为主，植物措施和复耕措施为辅，恢复土地资源；施工生产生活区等“面”状区域则采用土地整治和植物措施相结合的方式开展水土流失防治。

4.4 综合性防护技术措施

线路的复杂性和水土流失因素的多样性决定了高速铁路工程水土流失防治措施使用的综合性。现有行业规范并未强制要求所有建设项目进行水土保持专项设计，在未进行专项设计的部分需要采取多种措施相互配合的综合防护模式，切实有效地降低水土流失影响。

目前，高速铁路工程主要的水土保持措施分为工程措施、临时措施、植物措施三种。常见的工程措施包括表土剥离、土地整治、混凝土挡墙、骨架护坡、截水天沟、水平沟等；植物措施包括栽植乔木、灌草护坡、植草绿化、喷播植草、植生袋等；临时措施包括临时覆盖、临时拦挡、临时排水沟、临时沉沙池等。

在实施综合性水土保持措施的过程中，应针对所跨越的不同水土流失分区的防护重点，考虑各种措施的时效性和互补性。如西北黄土高原区内以水力侵蚀为主，应优化截排水措施设计，综合防护重点以减少集中暴雨造成的水力侵蚀为主；北方土石山区和东北黑土漫岗区以水力侵蚀、风力侵蚀为主，兼具冻融侵蚀，强调因害设防，重点关注冬春交替期间的冻融和风力侵蚀影响，保护黑土资源，完善冻融及风力侵蚀防护措施布设；南方红壤丘陵区、西南土石山区和西南岩溶区地形复杂且降水丰沛，以水力侵蚀及重力侵蚀为主，应重点建设拦挡措施，优化完善截排水措施设计布设，根据水热条件优化不同品种植物的布设进度，与工程措施进度充分衔接；北方风沙区和青藏高原区干旱多风，以风力侵蚀为主，此类地区生态脆弱、表土瘠薄，植被一旦遭到破坏难以恢复。施工过程应严格划定施工范围，严格落实工程防风固沙措施，最大限度减少施工破坏。此外，青藏高原部分高海拔地区分布有冻土层，易发生冻融侵蚀，应优化低温冻土施工工艺，严防施工扰动和融雪引发的冻融侵蚀。在水土流失分区施工还应重视临时措施在全施工周期的作用，部分临时措施可以在后期完善为永久措施，以永临结合的方式减少重复和无效建设，选取互补性强的措施组合，提升综合防护措施的防治效率。

4.5 強化现场施工管理

目前已知的高铁项目，其施工期的水土流失问题主要由现场管理不到位导致。一是各参建单位未能形成新形势下的水土保持和生态保护意识。二是部分施工单位在现场实操时以施工便利和压缩成本为主要考量，临时堆土和弃渣杂乱堆放，存渣地点随意选定，指定弃渣场地经常变更，防护措施体系实施不完整，造成现场杂乱，水土流失隐患严重。三是水土保持监测和监理单位对现场的监督较为迟缓，对现场施工单位的违规行为没有做到及时制止，只能在事发后进行补救。综上所述，现场管理应加强对建设单位、施工单位的政策宣贯和法律法规教育，树立与新时代相符的生态保护理念。监测、监理单位应联合建设单位进行施工现场常态化管控，明确各方水土流失责任，履行好水土流失防治义务。

5 结束语

当前，铁路建设仍处在高速发展时期。高速铁路建设对区域生态环境造成一定影响，尤其是加重了施工区域的水土流失问题。应秉持生态优先、绿色发展的理念助力水土保持事业高质量发展。基于此，以高速铁路建设过程中的生态影响为出发点，分析了高速铁路建设水土流失防治问题。主要结论如下。

（1）高速铁路水土流失具有呈带状分布、时空差异显著、侵蚀类型多样等特点。开挖过程造成了地表裸露，影响了原有的坡面支撑结构，加剧了潜在的泥石流、滑坡、泻溜等风险。

（2）高速铁路的水土流失防治需要强化和落实水土保持专项设计，并根据施工组织管理优化施工时段安排，注意过程控制。根据水土流失防治分区分级防治的原则，区分重点治理区域，以及一般治理区域。措施布局上采取“点、线、面”相结合的措施布局思路。“线”状工程以截排水、边坡防护措施以及植物措施为主；“点”状区域以拦挡、排导措施为主，植物措施和复耕措施为辅；“面”状区域采用土地整治和植物措施相结合的方式。此外，还应合理化水土保持措施布局，形成完整、高效的措施防护体系，采取综合性多元化的防护措施提升防治效率，同时，强化现场施工过程管理，明确各参建单位水土保持责任。

（3）通过分析高铁建设对生态环境和水土流失影响，阐述水土流失成因并确定治理重点，进而完善防治措施体系，为升级高铁建设水土流失防治策略、推动水土流失科学防治、改善生态环境提供技术支持。

参考文献：

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[7] 張瑜.四川地区高速铁路路基边坡植物防护研究[D].重庆：西南大学，2011.

Preliminary Investigation on Soil Erosion Control in High-speed Railway Construction

LEI Xiaoqin，JIANG Min，ZHANG Xinchuan

（Changjiang Water Resources Protection Institute，Wuhan 430000，China）

Abstract：High-speed railway spans vast areas and takes a long time to build. It also exerts pressures on ecological environment，and particularly exacerbates soil erosion in the construction area，thereby jeopardizing regional ecological security. Taking into account the ecological impacts of high-speed railway construction，we examined the causes of soil erosion in high-speed railway construction，and propose the key points of management. We also expounded the approaches and strategies for preventing and controlling soil erosion，with an emphasis on the need for process-oriented soil erosion management，thereby enhancing the reliability of erosion control measures. The findings offer technical support for the comprehensive prevention and control of soil erosion in high-speed railroads.

Key words：high-speed railway；soil erosion；ecological environment