改建鐵路工程水土保持方案編制探討——以包蘭鐵路惠農(nóng)至銀川段改建二線工程為例

宋子煒

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

鐵路作為中國運(yùn)輸系統(tǒng)的骨干基礎(chǔ)設(shè)施,將不斷擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模[1]。根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,規(guī)劃既有線增建二線1.9×104km,既有線電氣化2.5×104km[2]。水土流失已成為我國的頭號環(huán)境問題[3],改建鐵路工程勢必會因施工活動,加劇區(qū)域水土流失。因此,針對改建鐵路水土流失特點,有針對性的提出水土保持措施,不但是落實《水土保持法》的重要體現(xiàn),而且能夠預(yù)防和減輕項目實施后對水土保持造成的不良影響[4],對有效防治水土流失,保護(hù)水土資源及改善項目區(qū)生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要[5]。本文以“包蘭鐵路惠農(nóng)至銀川段改建二線工程”為例,對改建工程水土保持方案編制進(jìn)行探討。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

包蘭鐵路惠農(nóng)至銀川段改建二線工程位于寧夏回族自治區(qū)石嘴山市、銀川市境內(nèi),等級為國鐵I級,設(shè)計速度200 km/h,全線總長97.763 km,其中路基 80.32 km,共設(shè)車站8處,大橋141.25m/1座,梁式中橋624.03 m/11座。工程占地276.13 hm2,其中永久用地154.86 hm2,臨時用地121.27 hm2。土石方填挖總量 421.87×104m3,填方386.53×104m3,挖方35.34×104m3,無棄方?？偼顿Y279 022.4萬元,土建投資252 192萬元,2010年3月開工,2011年9月竣工,總工期1.5 a。

1.2 水土流失特點

本工程具有線路里程長、土石方填挖量大等特點,水土流失特點如下:

(1)挖方工程破壞地表結(jié)皮、植被,將會造成地表裸露或半裸露,增加風(fēng)力侵蝕的物質(zhì)來源。

(2)填方工程產(chǎn)生的填筑面疏松多孔,若不采取適當(dāng)?shù)姆乐未胧?一旦遇到暴雨或大風(fēng),極易形成面蝕和風(fēng)蝕。

(3)項目區(qū)內(nèi)硬化面積擴(kuò)大,促使土壤入滲性能降低,降水形成的地表徑流增加,間接導(dǎo)致水土流失加劇。

(4)施工結(jié)束后,水土保持措施體系功能的完全發(fā)揮需要2 a時間,在此期間,受大風(fēng)、降雨等因素影響,仍會形成土壤侵蝕。

2 項目區(qū)生態(tài)環(huán)境特征

項目區(qū)地處賀蘭山山前洪積平原、黃河沖積平原地貌區(qū),屬于黃河流域,中溫帶干旱氣候,年均氣溫8.2℃～9.6℃,年均降水量178.9 mm～202.9 mm,降雨集中在7月～9月,年均風(fēng)速1.0 m/s～3.7 m/s。土壤為灰鈣土、灌淤土、風(fēng)沙土等類型。

3 水土流失與防治現(xiàn)狀

3.1 水土流失現(xiàn)狀

3.1.1 區(qū)域水土流失現(xiàn)狀

賀蘭山山前洪積平原以中度風(fēng)力侵蝕為主,兼具輕度水力侵蝕,風(fēng)力侵蝕背景值約3 000 t/km2?a,水力侵蝕背景值1 500 t/km2?a;黃河沖積平原兼具輕度風(fēng)力侵蝕、微度水力侵蝕,風(fēng)力侵蝕背景值約 2 250 t/km2?a,水力侵蝕背景值800 t/km2?a。

3.1.2 水土流失成因分析

(1)地形地貌因素:賀蘭山前洪積平原與銀川黃河沖積平原地形平坦、開闊,水系發(fā)育,寬淺的季節(jié)性沖溝較發(fā)育,具備了有利于剝蝕、沖蝕等侵蝕發(fā)生發(fā)展的地形地貌和侵蝕主應(yīng)力條件;地表灌溉渠網(wǎng)縱橫交錯,局部為風(fēng)積沙覆蓋,松散的地表物質(zhì)、地表覆蓋物稀疏構(gòu)成了水土流失產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件[3]。

(2)氣候因素:降水量集中分布在7月～9月,降水強(qiáng)度大,歷時短,容易產(chǎn)生面蝕;春季與夏初大風(fēng)天氣較多,此時植被枯萎、土壤表層松散,極易形成風(fēng)蝕。

(3)人為因素:超載放牧,基本建設(shè)增加,耕地裸露面積大,時間長等諸多以及不合理的人類活動,導(dǎo)致水土流失加劇。

3.2 既有包蘭鐵路水土保持分析

根據(jù)資料分析和現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn):建設(shè)期,既有包蘭鐵路土石方開挖、填筑造成的水土流失較為突出,部分地段由于取土、墾荒產(chǎn)生地表浮沙;運(yùn)營期水土流失主要集中在路基邊坡。多年來,鐵路部門通過布設(shè)砌石護(hù)坡、植物防護(hù)、機(jī)械固沙相等多種治理措施結(jié)合,線路兩側(cè)已形成寬約30 m～50 m的防護(hù)體系,基本消除了風(fēng)沙危害,有效的控制了水土流失。

3.3 本工程可借鑒經(jīng)驗

通過對既有鐵路、公路、輸氣管道等線性工程的調(diào)查,以下經(jīng)驗可供借鑒:

(1)施工過程加強(qiáng)防護(hù)措施,如堆土、堆料四周采用草袋擋護(hù);區(qū)塊狀單元周邊布設(shè)臨時排水溝、沉淀池等措施;風(fēng)沙較大地區(qū),采用防塵網(wǎng)臨時覆蓋。

(2)站場周邊布設(shè)排水溝,站場內(nèi)采取喬、灌、草相結(jié)合植物防護(hù)措施。

(3)取土場高陡邊坡需進(jìn)行削坡處理,并進(jìn)行造林、撒播草籽綠化。

(4)適宜的植物包括刺槐(Robinia pseudoacacia L)、新疆楊(Populus bolleana Lauche)、沙棗(Elaeagnus angustifolia L.)、國槐(Sophora japonica Linn.)、檉柳(Tamarix chinensis)等品種。

4 水土保持措施體系構(gòu)建

4.1 防治責(zé)任范圍

按照《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,本工程水土流失防治責(zé)任范圍429.23 hm2。其中項目建設(shè)區(qū)276.13 hm2,直接影響區(qū)范圍采用類比分析法確定,即類比其他線路工程,確定直接影響范圍包括:路基、站場、取土場、施工場地周邊各5m;施工便道兩側(cè)各2 m;橋梁上游20 m,下游30 m,涵洞上下游各10 m;拆遷安置區(qū),共計 156.29 hm2。水土流失防治責(zé)任主體為蘭州鐵路局。

4.2 水土流失預(yù)測

進(jìn)行水土流失預(yù)測時,應(yīng)充分考慮不同區(qū)域的水土流失特點,采取分區(qū)域分別預(yù)估[6]。對開發(fā)建設(shè)項目可能造成的水土流失形式、危害和水土流失量進(jìn)行預(yù)估和推測,為水土保持措施布局提供依據(jù)[7]。通過數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗公式、類比分析等方法計算得出本工程擾動原生地表面積276.13 hm2;損壞水土保持設(shè)施270.80 hm2;水土流失總量43 957.29 t,其中風(fēng)蝕36 087.21 t、水蝕7 870.08 t。施工期新增水土流失量占新增總量的68.08%(圖1)是水土流失重點時段;路基、取土場等為水土流失重點區(qū)域(圖2)。

圖1 不同時段新增水土流失量比例

圖2 各防治分區(qū)新增水土流失量比例

4.3 水土保持措施體系構(gòu)建

4.3.1 指導(dǎo)思想

以工程措施為主、植物措施和臨時措施為輔,三者有機(jī)結(jié)合,構(gòu)建經(jīng)濟(jì)、合理、高效的水土流失防治體系,使項目新增水土流失得到有效控制,促進(jìn)工程建設(shè)與項目區(qū)生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

4.3.2 防治措施布設(shè)原則

“預(yù)防為主、全面規(guī)劃、綜合防治、因地制宜、加強(qiáng)管理、注重效益”原則;“三同時”原則;技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)可行原則;綜合防治與重點突出原則;生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合的原則。

4.3.3 防治分區(qū)

按照地貌類型劃分為賀蘭山山前洪積平原區(qū)、黃河沖積平原區(qū);按照工程特點,進(jìn)一步劃分為主體工程防治區(qū)(路基、站場、橋梁)、取土場防治區(qū)和大臨工程防治區(qū)(施工便道、施工生產(chǎn)生活區(qū))。

教學(xué)方法是否有效不僅決定了視覺傳達(dá)設(shè)計教學(xué)質(zhì)量的高低，而且決定了學(xué)生是否能適應(yīng)新媒體時代對視覺傳達(dá)設(shè)計提出的新要求。培養(yǎng)綜合型的應(yīng)用人才需要改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法，不斷根據(jù)新的內(nèi)容創(chuàng)新教學(xué)形式，能夠有效提高視覺傳達(dá)設(shè)計教學(xué)質(zhì)量，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

4.3.4 水土保持防治體系構(gòu)建

4.3.4.1 工程措施

(1)由于表層土腐殖質(zhì)含量較高,達(dá)不到填料要求的各防治分區(qū),需在施工前對表土進(jìn)行剝離、收集、保存,作為后期綠化或復(fù)耕土料。

(2)路基邊坡采取拱形骨架防護(hù),浸水路堤坡腳設(shè)置擋墻收坡,路基外側(cè)設(shè)置排水溝、沉砂池;風(fēng)沙區(qū)坡面采用粘性土包坡或載砌卵石的防護(hù)措施。

(3)完善各站場區(qū)域排水措施。

(4)橋梁防洪設(shè)計采用1/100的洪水頻率,橋頭錐體采取M7.5漿砌片石防護(hù)。

(5)取土場周邊設(shè)置截排水溝、沉砂池,順接至已有溝渠;取土完畢后,按照1∶1.5進(jìn)行削坡。

4.3.4.2 植物措施

(1)植物選擇:植被建設(shè)工程是開發(fā)建設(shè)項目水土保持方案設(shè)計的重要部分[8],植物選擇應(yīng)按照“因地制宜、因害設(shè)防、適地適樹”的原則,選擇抗逆性優(yōu)良、易于管理的鄉(xiāng)土植物或已經(jīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的植物品種,可考慮新疆楊(Populus bolleana Lauche)、臭椿(Ailanthus altissima)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、檸條(Caragana intermedia)、檉柳(Tamarix chinensis)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、無芒雀麥(Bromus inermis)、冰草(Agropyron cristatum)、蜀葵(Althaea rosea)等植物。

(2)栽植方式:①路基護(hù)坡工程內(nèi)栽植灌木、撒播草籽;路基外側(cè)栽植1排喬木、2排灌木,喬木株距2.0m,灌木株行距1.5m×1.5 m,每3km換一組樹種。連續(xù)養(yǎng)護(hù)2 a;站場工程防治區(qū),按照新增用地的20%進(jìn)行綠化設(shè)計,喬、灌、草混合配置,面積比例為3∶5∶2;橋梁防治區(qū),混播紫花苜蓿、無芒雀麥、冰草進(jìn)行綠化。②取土場防治區(qū),栽植檸條、紫穗槐,林下撒播紫花苜蓿、無芒雀麥、冰草、蜀葵,恢復(fù)植被覆蓋。③施工結(jié)束后,不可復(fù)耕或交由地方使用的大臨工程,進(jìn)行場地平整后,栽植灌木、林下撒播草籽,恢復(fù)植被覆蓋。

4.3.4.3 臨時措施

(1)橋梁橋墩鉆孔前修建泥漿池1座(需做防滲處理)、沉淀池2座,串聯(lián)并用,泥漿經(jīng)沉淀后循環(huán)使用,浮土和沉淀池出渣在干化堆積場脫水,沉淀池出水排入附近溝渠。沉淀池長×寬×深為2 m×2 m×2 m,三合土錘面。

(2)臨時堆土存放時間較長,土壤結(jié)構(gòu)疏松,易受水蝕和風(fēng)蝕,應(yīng)布設(shè)臨時擋護(hù)。臨時堆土高度應(yīng)控制在3 m以內(nèi),邊坡1∶1.5,坡腳壘砌填土草袋擋墻,其他裸露面人工拍實,并覆蓋密目網(wǎng)。草袋擋墻梯形斷面,高1.0 m、頂寬0.5 m、底寬1.5m,堆砌時應(yīng)相互咬合、搭接,搭接長度不小于草袋長度的1/3。

(3)施工便道兩側(cè)、施工生產(chǎn)生活區(qū)周邊布設(shè)土質(zhì)排水溝,梯形斷面,規(guī)格為底寬0.3 m、頂寬0.5 m、深0.4 m,排水溝出口處設(shè)置沉沙池,順接至周邊溝渠。

4.4 水土保持效益分析

通過方案實施,本工程擾動土地整治率達(dá)到95.14%,水土流失總治理度達(dá)到92.52%,土壤流失控制比1,攔渣率96.72%,林草植被恢復(fù)率90.11%,林草覆蓋率 27.04%,各指標(biāo)均達(dá)到水土流失防治二級標(biāo)準(zhǔn)。水土流失影響綜合指數(shù)0.1568,低于鐵路建設(shè)項目平均值0.3000[9],根據(jù)水土保持損益分析,工程可行。

5 結(jié) 論

(1)本工程基本符合水土保持相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)規(guī)范要求,不存在水土保持制約性因素,水土保持方案實施后,將有利于改善沿線生態(tài)環(huán)境和水土保持現(xiàn)狀。

(2)通過本方案編制,可以看出,既有鐵路與擬建工程在水土流失成因、特點等方面極其相似,因此,既有鐵路水土保持現(xiàn)狀調(diào)查對于指導(dǎo)改建工程水土方案的編制具有十分重要的指導(dǎo)意義,主要體現(xiàn)在:①有利于分析改建工程水土流失特點,確定水土流失重點時段和區(qū)域。②改建工程水土保持措施布設(shè),可以充分借鑒既有鐵路水土保持的成功經(jīng)驗,摒棄失敗教訓(xùn),不但經(jīng)濟(jì)合理性得到提高,而且防治效果得到預(yù)先驗證。例如工程措施規(guī)格、布設(shè)方式、植物品種等,均可直接借鑒。③有利于改建工程水土保持監(jiān)測方案設(shè)計。既有鐵路工程水土保持監(jiān)測成果不但可以為本方案水土流失預(yù)測提供依據(jù),而且其合理性分析,可作為改建工程水土保持監(jiān)測的重要依據(jù)。④既有鐵路水土保持現(xiàn)狀調(diào)查,可以通過現(xiàn)場踏勘、資料收集和專題遙感等方式進(jìn)行。其中資料收集具有簡便、直接、快捷、可靠等特點,可供收集的資料包括技術(shù)文件、科研成果、管理人員和專家咨詢意見等方面。

(3)水土保持方案編制作為改建鐵路工程環(huán)境保護(hù)的重要一環(huán),應(yīng)予以充分重視,特別是應(yīng)充分吸收既有工程水土流失治理經(jīng)驗和教訓(xùn),不斷深入、總結(jié)、提高,最終達(dá)到促進(jìn)鐵路、經(jīng)濟(jì)、社會協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。

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