復(fù)雜山區(qū)隧道棄砟場選址及設(shè)計的探討

韓華軒 許占良

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300142)

隨著我國“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”和“科學(xué)發(fā)展觀”在工程建設(shè)領(lǐng)域的深入推進,如何最大限度地彌補或者降低鐵路工程施工建設(shè)對環(huán)境和社會造成的不利影響,作為一大挑戰(zhàn)擺在鐵路建設(shè)者的面前。大型鐵路工程標(biāo)準(zhǔn)高,工程量大,且呈線狀分步,跨越地貌類型多,隧道、路塹、橋臺等挖方棄土方量巨大,在鐵路沿線將產(chǎn)生大小不等形狀各異的棄砟場。棄砟場在工程竣工運營后將交付地方,地方相關(guān)部門對棄土棄砟場的安全防護、環(huán)境保護、水土保持等的設(shè)計和施工要求越來越高,越來越嚴(yán)格。因此，因地制宜地選擇及設(shè)計棄砟場不僅能有效地降低安全隱患,防止水土流失及環(huán)境破環(huán),減少環(huán)水保治理的工程投資,而且能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路建設(shè)與環(huán)境和諧結(jié)合和可持續(xù)發(fā)展的目的。

1 概況

某鐵路正線隧道總延長約192 km,占線路長度的46.6%。線路地處我國南方山區(qū),沿線地形起伏,山巒疊嶂,溝谷縱橫,一般沒有外運條件,且區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育,河網(wǎng)密布,支流眾多,縱橫交錯,沿線許多溝谷都常年流水,小型灌溉水庫星羅棋布。加之線路穿越許多人口密集的城鎮(zhèn)及村寨,附近既有老鐵路、不同等級的公路或并行或交叉,互相干擾。這些因素均需要在棄砟場的選擇及設(shè)計中因地制宜、科學(xué)合理地進行考慮。

受山區(qū)地形、地質(zhì)、水文、人文等制約因素影響,同時,施工單位進場后施工便道的開拓使得沿線交通環(huán)境發(fā)生較大改變,施工期間一些棄砟場的變更不可避免。此時,同樣需要結(jié)合新的環(huán)境、交通等邊界條件因地制宜地進行論證。

2 棄砟場的選址及設(shè)計

2.1 棄砟場的選擇原則

隧道工程棄砟設(shè)計是施工組織設(shè)計中重要的設(shè)計內(nèi)容之一。為滿足隧道施工工期要求,一般隧道棄砟場的選址都是結(jié)合隧道施工組織就近確定,盡量縮短運距以節(jié)省投資。但是,鑒于棄砟堆一般為松散堆積體,是發(fā)生人為危害的固體物質(zhì)來源之一,隧道棄砟場位置的選擇同時還應(yīng)遵循以下原則。

(1)棄砟場應(yīng)遵守國家土地的相關(guān)政策,合理占用土地。與棄砟場選址相關(guān)的法律法規(guī),如《中華人民共和國自然保護區(qū)條例》、《中華人民共和國森林法》、《中華人民共和國水土保持法》、《基本農(nóng)田保護條例》、《中華人民共和國防洪法》、《風(fēng)景名勝區(qū)管理條例》、《中華人民共和國文物保護法》、《地質(zhì)遺跡保護管理規(guī)定》和《森林公園管理辦法》等。棄砟必然要占用土地,在山區(qū),可供耕作的土地資源是有限的[1]。因此,棄砟設(shè)計時,選用或規(guī)劃棄砟場地應(yīng)按國家土地利用的基本政策,合理占用土地,盡量占用荒地,少占耕地,嚴(yán)格控制侵占良田。選取時需要與地方的土地規(guī)劃相結(jié)合,盡量選用荒地、邊角地,優(yōu)先選用天然溝頂部或側(cè)部,利用棄砟棄土造地,并采取防止水土流失的工程措施[2-4]。

(2)棄砟場的選擇應(yīng)以環(huán)評及水保報告書及批復(fù)、水土流失的防治原則為指導(dǎo)；選址時應(yīng)非常重視場地的地形地貌條件,避免在一些自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝等環(huán)境敏感點棄砟,盡量選擇地形低洼、匯水面積較小、不會有較大流量徑流匯集沖刷的地區(qū),且選定后必須征求地方相關(guān)環(huán)保、水利、林業(yè)等部門的意見[5-8]。

(3)棄砟場的棄砟不能對新建鐵路或既有鐵路存在安全隱患。該條論證意義重大,主要考慮由于洪水或其他原因,一旦擋砟墻潰壩,泥石流可能造成對新建鐵路或既有運營鐵路造成破壞。

(4)棄砟場的棄砟應(yīng)避免對村民住房、既有等級公路和重要道路產(chǎn)生安全隱患。棄砟場的選址應(yīng)避開位于村莊、既有等級公路和重要道路上方的溝谷,主要考慮可能的泥石流災(zāi)害會對地方人民生命財產(chǎn)安全造成威脅。

(5)當(dāng)隧道棄砟含有放射性元素時,應(yīng)經(jīng)嚴(yán)格測定后,依據(jù)含量或濃度確定堆砌場地位置；對于含有放射性物質(zhì)的水、棄砟,應(yīng)置放于遠(yuǎn)離人群活動或居住的地方,同時還要考察棄砟場場地有無對棄砟進行封閉覆蓋的條件[4]。

2.2 棄砟場的設(shè)計

(1)項目環(huán)評及水保報告書的要求及批復(fù)

全面規(guī)劃,預(yù)防為主,防治結(jié)合,化害為利,堅持“誰開發(fā),誰保護；誰破壞,誰治理”的原則。

實施“重點突出,生態(tài)優(yōu)先,綜合治理”的水土保持原則。重點對棄土、棄砟場進行防護治理,優(yōu)先采取植樹、種草、噴播植草等植物生態(tài)措施,必要時采取植物、工程相結(jié)合的綜合防治措施。

對于上游或周圍匯水面積較大的棄砟場,應(yīng)在其上游或周圍設(shè)置適宜的截水溝槽,防止徑流對棄砟場的沖刷,在進行棄砟設(shè)計時,應(yīng)對勘測階段所掌握的山區(qū)河流水位的糙率、比降、流向、河彎沖高及河流沖淤變化等資料加以核實,做到水文、水力計算的準(zhǔn)確性。

棄砟場應(yīng)先擋后棄,充分發(fā)揮防護措施的效用；棄砟時宜從溝頭開始棄。

棄土棄砟場結(jié)束以后,應(yīng)根據(jù)實際情況,對場地進行平整修復(fù),或復(fù)墾為耕地,或植樹種草綠化,以盡快恢復(fù)其水土保持功能。

(2)設(shè)計要求

砟場頂部設(shè)2%的橫向排水坡并設(shè)置M10漿砌片石排水溝,排水溝縱向坡度不小于2%,以引排砟場頂部地表水；砟場底部設(shè)置干砌片石盲溝,以引排砟場底部積水。

砟場坡腳設(shè)擋砟墻,隧道棄砟完畢后,應(yīng)施工棄砟場頂部排水溝,排水溝與棄砟擋墻應(yīng)有效過渡,以便順利通過擋砟墻頂排泄；砟場頂面應(yīng)進行植草綠化處理,防止水土流失。

棄砟場棄砟前應(yīng)先砌好擋砟墻及砟底排水盲溝,排水盲溝應(yīng)與擋砟墻的底部泄水孔連通,以利排除棄砟場底部積水；應(yīng)清除棄砟場底部地表植被及腐殖土,對溝心自然坡度大的段落可采用修筑臺階,臺階長度一般不小于2 m。棄砟場最大堆積高度不大于30 m。

3 棄砟場的變更及選址分析

在復(fù)雜山區(qū)修建鐵路工程,施工單位進場后,必然會開辟較多的施工便道,當(dāng)?shù)氐慕煌?、地形、人文等邊界條件也發(fā)生了變化,一些棄砟場往往都是施工單位在與地方村鎮(zhèn)接觸后就近堆放,并未按設(shè)計的位置進行棄砟,需要在開工初期對新的棄砟場位置進行設(shè)計的評估及論證。

3.1 棄砟場的變更位置概況

從會勘情況來看,由于施工現(xiàn)場僅從運距就近節(jié)省投資方面考慮,棄砟場變更位置基本在運距或者便道開辟投入方面有一定優(yōu)勢。但是,從環(huán)水保隱患、正線運營安全、既有村莊、道路安全等方面考慮，許多變更位置均考慮欠佳。

3.2 棄砟場的變更選址原則

砟場前期勘測時均與地方達(dá)成了框架性的協(xié)議,為避免重復(fù)工作,棄砟場變更時如果沒有明顯的優(yōu)勢,原則上盡量利用設(shè)計位置。對于環(huán)境改變引起的確需變更的砟場,在認(rèn)真執(zhí)行棄砟場選位原則和設(shè)計要求的基礎(chǔ)上,針對我國復(fù)雜山區(qū)山巒疊嶂、溝谷縱橫、河網(wǎng)密布的特點,在保證鐵路安全的前提下,結(jié)合沿線的自然特征和便道分布情況,對不同地形條件和施工現(xiàn)場新的邊界情況,需要采取不同的變更選址原則。

(1)基于環(huán)水保方面的考慮

認(rèn)真評估棄砟場位置是否對當(dāng)?shù)丨h(huán)境、水土保持造成不良影響,尤其是變更位置臨近江河湖泊、水庫等水體,或者位于山區(qū)主要泄洪匯水沖溝或者占用河床、古河道及溪流。

對于在小江河湖泊、小水庫等水體上方的變更位置(如圖1和圖2所示),確實存在變更必要時,應(yīng)視水體的規(guī)模大小、砟量的大小及棄砟場與水體的距離,請地方相關(guān)水利部門及水土保持部門作水力計算及評估,并根據(jù)評估意見制定相應(yīng)的工程措施。對于評估不通過的,應(yīng)予以遷移。

圖1 小型灌溉水庫上方棄砟

圖2 小型灌溉水庫上方棄砟(照片)

復(fù)雜山區(qū)許多自然溝谷都存在小湖泊、小型灌溉水庫(土壩)等小水體,對于在下方的變更位置(如圖3和4所示),應(yīng)視水體的規(guī)模大小、砟量的大小及棄砟場與水體的距離,謹(jǐn)慎確定。由于上方水體的存在,雨季水體溢出及潰壩時,極易沖擊下方砟體形成泥石流,對于蓄水能力在20萬m3以上的水體,下方500 m以內(nèi)不得作為棄砟場。對于蓄水能力在20萬m3以下的水體,下方500 m以內(nèi)棄砟時,應(yīng)根據(jù)水力計算制定砟場排水設(shè)施。

圖3 小型灌溉水庫下方棄砟

圖4 小型灌溉水庫下方棄砟(照片)

對于占用河床、古河道及溪流及山區(qū)主要泄洪匯水沖溝的變更砟場(如圖5和圖6所示),為避免形成淤積甚至堰塞湖,應(yīng)根據(jù)《中華人民共和國河道管理條例》及有關(guān)地方法規(guī),予以否決。確實存在變更必要時,請地方相關(guān)水利部門及水土保持部門作水力計算及評估,并根據(jù)評估意見制定相應(yīng)的工程措施。對于評估不通過的,應(yīng)予以遷移。

圖5 人工改移小河道河床棄砟

圖6 人工改移小河道河床棄砟(照片)

(2)基于安全方面的考慮

認(rèn)真評估棄砟場位置對新建鐵路和既有老鐵路及對村民住房、既有等級公路和重要道路產(chǎn)生的安全隱患。

變更砟場棄砟范圍侵占隧道洞身沖溝時,如果沖溝處隧道為淺埋段落,(如圖7所示)應(yīng)慎重考慮棄砟對隧道結(jié)構(gòu)可能造成的額外土壓力,并進行檢算,且檢算時土壓力按照松散飽和水土壓力全荷載檢算。檢算不能通過的,不能棄砟；檢算能通過的,明確棄砟高度。

圖7 砟場棄砟范圍侵占隧道洞身沖溝(否決)

新老鐵路、等級公路涵洞所在的溝道上游不得棄砟。

新老鐵路、等級公路橋梁所在的主溝不應(yīng)棄砟(如圖8所示),應(yīng)棄在支溝內(nèi),支溝溝口距離鐵路不得小于500 m。必須棄在主溝內(nèi)時,必須有充分的依據(jù),同時棄砟場近端距離鐵路不得小于1 000 m。

圖8 變更砟場棄砟位于主線橋梁上游(否決)

橋梁所在溝道設(shè)置棄砟土場后,必須保證橋位處河道維持設(shè)計中的天然地面高程。為此,棄砟土場位于鐵路及等級公路上游時,應(yīng)避免棄砟土體發(fā)生泥石流等類似情況；棄砟土場位于鐵路及等級公路下游時(如圖9所示),應(yīng)避免設(shè)置棄砟[9-12]。

圖9 變更砟場棄砟位于主線橋梁下游

溝口有較多居民住戶時,應(yīng)根據(jù)沖溝方向與居民房屋方位關(guān)系和砟場棄砟高程與居民房屋高度關(guān)系,評估潛在的泥石流是否會對居民生命財產(chǎn)造成威脅。對于溝口10戶以上常住居民且確有安全隱患的變更位置,應(yīng)予以遷走；對于房屋較少的,溝谷又無轉(zhuǎn)彎緩沖的,砟場近端應(yīng)距離房屋500 m以外,且砟場擋護結(jié)構(gòu)和排水系統(tǒng)均應(yīng)加強。

4 棄砟場施工應(yīng)關(guān)注的問題

隧道棄砟場施工的一般要求為：砟場底部設(shè)置干砌片石盲溝,以引排砟場底部積水。棄砟前應(yīng)先砌好砟底排水盲溝,排水盲溝應(yīng)與擋砟墻的底部泄水孔連通,以利排除棄砟場底部積水；應(yīng)清除棄砟場底部地表植被及腐殖土,對溝心自然坡度大的段落可采用修筑臺階,臺階長度一般不小于2 m。同時,要求棄砟分層填實,每層厚度≤1 m,棄砟場最大堆積高度不大于30 m。

現(xiàn)場具體施工時,棄砟場往往存在棄砟無規(guī)劃,隨意性較大,無序傾倒現(xiàn)象嚴(yán)重的問題,施工單位僅從施工方便和節(jié)約成本方面考慮,不能完全規(guī)范棄砟,最終會導(dǎo)致棄砟堆積體排水不暢,雨季飽水,與溝底自然坡面產(chǎn)生滑動,在山洪來臨時成為潛在的“人工泥石流”。這些問題應(yīng)引起高度重視,在棄砟之前,應(yīng)先對棄砟場地進行清理規(guī)整,開挖臺階并施作砟底土工布片石盲溝,降低安全隱患。

5 結(jié)束語

山區(qū)鐵路挖方較多,棄砟場數(shù)量多,制約邊界復(fù)雜,工作容易反復(fù),筆者在參與棄砟場現(xiàn)場選址及變更評估核對工作中,深感棄砟場選址、變更及后期交付過程中工作繁雜,且需要考慮多方面因素并與多部門接觸協(xié)調(diào),稍有不慎就會留下后患。在對復(fù)雜山區(qū)棄砟場現(xiàn)場選擇及變更核對進行總結(jié)之后,對以后的棄砟場勘測及設(shè)計工作提如下建議：

(1)棄砟場外業(yè)勘察時應(yīng)結(jié)合隧道工作面和既有道路(包括2 m以下小土路)調(diào)查便道可能走向,在考慮環(huán)水保、安全因素的前提下,盡量選址在交通較為便利或者便道引入投入較小的地方。

(2)對可能存在隱患但缺少備選位置的砟場,設(shè)計時應(yīng)對砟量、擋護結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)及堆棄方式做明確要求,確保安全。

(3)對于位于隧道洞身頂部的沖溝,盡量避免在洞頂棄砟；不能避免時,應(yīng)進行嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)檢算,并在設(shè)計中對棄砟要求予以明確。

(4)在遵循小隧道棄砟場的“集中堆棄”原則時,應(yīng)結(jié)合地形適當(dāng)考慮不同工作面道路交通情況,避免施工時便道貫通困難無法實現(xiàn)集中棄砟。

(5)砟場位置必須征求地方國土、環(huán)水保、水利、林業(yè)部門的正式意見,并將地方相關(guān)部門的意見納入設(shè)計中。

[1]張華君.山丘區(qū)高速公路棄砟場選址原則及復(fù)墾方式探討[J].公路交通技術(shù),2011(4):146-150

[2]鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊.隧道[M].北京：中國鐵道出版社,1999

[3]QJ/SSY034—2000 鐵路勘測細(xì)則[S]

[4]TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范[S]

[5]中華人民共和國國務(wù)院令第三號.中華人民共和國河道管理條例[S]

[6]GB 50433—2008 開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范[S]

[7]朱永全,宋玉香.隧道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2007

[8]李小青.隧道工程技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011

[9]韓 信,張敏靜.棄土場位置選擇和設(shè)計原則方法探討[J].公路,2008(9):282-285

[10] 張瑞清.淺談鐵路建設(shè)中棄砟場的合理布設(shè)[J].中國水土保持2003(2):25-27

[11] 陳永亮,蔡德志.影響棄砟場穩(wěn)定的因素及針對性治理措施探討[J].西部探礦工程2009(12):32-33

[12] 尹勤思,邵社剛.山區(qū)公路棄砟場恢復(fù)措施與驗收標(biāo)準(zhǔn)探討[J].公路交通科技,2009(1):173-175