鐵路工程表土資源保護(hù)及利用研究

張春暉

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械動(dòng)力與環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300308）

0 引言

隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入開展，國家對(duì)表土資源的重要性認(rèn)識(shí)越來越深刻，《中華人民共和國水土保持法》第三十八條規(guī)定：“對(duì)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)所占用土地的地表土應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分層剝離、保存和利用”。目前，國內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量多、類型廣，土石方開挖、回填量大，部分表層土及地表植被易遭到破壞，表土流失量較自然狀態(tài)下顯著增加，易引起河道淤積及水質(zhì)污染[1]。

鐵路工程建設(shè)初期，需要清除地表附著的原生植被并剝離表土，如果實(shí)施過程中將表土作棄方處置則浪費(fèi)土壤資源；在工程建設(shè)后期，站場(chǎng)、路基邊坡、棄土(渣)場(chǎng)、大臨工程進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)時(shí)表土資源匱乏，會(huì)影響植被恢復(fù)進(jìn)展及恢復(fù)效果，增加綠化費(fèi)用，可能對(duì)鐵路沿線的其他土地資源造成影響。

因此，表土作為難以再生、生態(tài)價(jià)值顯著的基礎(chǔ)性資源，如何有效的剝離、科學(xué)的保護(hù)和合理的利用并發(fā)揮其最大價(jià)值，已成為生產(chǎn)建設(shè)過程中亟待解決的關(guān)鍵問題[1]。目前鐵路行業(yè)在表土資源保護(hù)及利用方面的相關(guān)研究較少，技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)不足，亟需補(bǔ)齊短板，為鐵路生態(tài)文明建設(shè)做好技術(shù)儲(chǔ)備。為此，以長三角地區(qū)某鐵路建設(shè)項(xiàng)目為例，針對(duì)鐵路建設(shè)過程中表土剝離、保護(hù)和利用存在的問題、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施方法展開探討，為表土剝離、保護(hù)和利用綜合防護(hù)措施體系的建立提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目區(qū)工程概況

該項(xiàng)目位于我國長三角地區(qū)的上海市、江蘇省和安徽省境內(nèi)，大致沿長江北岸東西走向，涉及3 個(gè)省(市)7 個(gè)市(區(qū))24 個(gè)縣(市、區(qū))，新建正線線路長度519.20 km，其中路基總長21.66 km，橋梁總長474.23 km/31 座，隧道長度23.31 km/4 座，全線橋隧比95.83%。工程占地面積共計(jì)3 164.17 hm2(永久占地2 298.09 hm2，臨時(shí)占地866.08 hm2)，表土剝離共計(jì)484.27 萬m3，全線設(shè)111 處表土臨時(shí)堆放場(chǎng)，表土臨時(shí)堆放場(chǎng)設(shè)置于各工程區(qū)征地紅線范圍不影響施工的位置，不再新增臨時(shí)堆置場(chǎng)地，剝離表土均用于后期綠化或復(fù)耕。

1.2 項(xiàng)目區(qū)自然概況

該項(xiàng)目沿線地貌類型主要為平原微丘區(qū)，依次經(jīng)過濱海平原、新三角洲平原、丘陵崗地、沖積平原、剝蝕丘陵及低山丘陵等地貌單元。沿線各城市多年平均氣溫13.9~16.4℃，多年平均降雨量1 055.7~1 293.2 mm，年平均蒸發(fā)量843.9~1 568.9 mm，年均風(fēng)速1.8~3.8 m/s。項(xiàng)目區(qū)氣候類型屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，土壤類型以水稻土和潮土為主，土壤可蝕性相對(duì)較小，土壤侵蝕類型為水力侵蝕，侵蝕強(qiáng)度平原區(qū)以微度侵蝕為主，低山丘陵區(qū)以輕度侵蝕為主。項(xiàng)目區(qū)耕地占比大，植被類型以亞熱帶常綠闊葉林為主，林草覆蓋率約為13%~35%。

2 表土保護(hù)概述

2.1 表土剝離

表土剝離是指將占用耕地、園地、林地、草地等的表土剝離出來用于損毀土地的植被恢復(fù)、土地復(fù)墾等，需重點(diǎn)關(guān)注表土剝離原則、剝離厚度、剝離方法及機(jī)械選擇等方面[2]。

2.1.1 表土剝離原則

表土具有不可再生性，表土剝離應(yīng)遵循“應(yīng)剝盡剝”原則；具體實(shí)施階段表土剝離應(yīng)遵循“先永后臨、先易后難、先厚后薄、先高后低”的原則；表土剝離應(yīng)避開降雨及大風(fēng)天氣，以避免水蝕、風(fēng)蝕及徑流沖刷加劇水土流失。表土評(píng)價(jià)分類及表土剝離優(yōu)先級(jí)劃分如表1所示。

表1 表土評(píng)價(jià)分類及表土剝離優(yōu)先級(jí)劃分

2.1.2 表土剝離厚度

表土剝離前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)表土調(diào)查，結(jié)合表土層厚度、土壤肥力、后期土地利用方向及施工條件等因素綜合確定，依據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018—2014)[3]，表土剝離厚度可取20～80 cm，但應(yīng)在地下水常水位以上。對(duì)于不同水土流失類型區(qū)推薦表土剝離及回覆厚度如表2所示。

表2 不同水土流失類型區(qū)推薦表土剝離及回覆厚度

2.1.3 表土剝離方法及機(jī)械選擇

目前國內(nèi)普遍使用的表土剝離方法主要有3 種，分別為條帶剝離法、梯田模式剝離法和分層平移剝離法。較為常用的表土剝離機(jī)械為推土機(jī)、拖式鏟運(yùn)機(jī)及挖掘機(jī)等。各表土剝離方法對(duì)照情況如表3 所示、表土剝離機(jī)械對(duì)照情況如表4所示。

表3 不同表土剝離方法對(duì)照分析

表4 表土剝離機(jī)械對(duì)照分析

2.2 表土保護(hù)

2.2.1 表土堆放原則

臨時(shí)堆土場(chǎng)的選址不得影響周邊重要基礎(chǔ)設(shè)施、居民點(diǎn)的安全，按照就近原則、交通便利確定堆放位置。

（1）分層堆放。表土剝離后，區(qū)分熟土和半熟土，各土層分開堆放便于回覆階段更好發(fā)揮表土價(jià)值。

（2）堆放高度。為促進(jìn)土壤內(nèi)部氣體流動(dòng)，保證土壤微生物存活、維持土壤養(yǎng)分，表土堆高一般不超過4 m。邊坡比控制在1:2以內(nèi)。

（3）堆放位置。表土堆放原則上應(yīng)堆放于征地紅線范圍或主體工程臨時(shí)征地不影響施工的區(qū)域。堆土區(qū)邊長或直徑宜<20 m。

2.2.2 表土堆放方式

項(xiàng)目區(qū)地形地貌是影響表土堆放方式的首要因素，一般可分為5 類：填洼(塘)堆土、平地堆土、坡面堆土、山坳堆土、溝道堆土[5]。

推薦堆土方式依次為：填洼(塘)堆土、平地堆土、山坳地堆土、坡面堆土。溝道堆土易發(fā)生上游集水區(qū)域地表徑流沖刷坡面，故不推薦。

2.3 表土利用

剝離的表土富含大量的有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素和本地種子庫，可用于植被恢復(fù)、土地復(fù)墾、土壤修復(fù)等，利用自身剝離表土的優(yōu)勢(shì)主要有2 個(gè)方面：表土含有較多有機(jī)質(zhì)，有利于改善土壤理化性質(zhì)，提升土壤發(fā)育初期質(zhì)量；表土所含營養(yǎng)元素及本地種子庫，可促進(jìn)本區(qū)域植物生長及植被群落建設(shè)，實(shí)現(xiàn)回覆區(qū)域與周邊地貌的和諧統(tǒng)一[6]。

表土利用應(yīng)堅(jiān)持3 個(gè)分配原則：先原后異，應(yīng)先滿足原地利用，剩余表土可考慮區(qū)間調(diào)配或異地利用；先永后臨，應(yīng)優(yōu)先用于本工程永久用地的綠化或復(fù)墾；先高后低，應(yīng)先用于高標(biāo)準(zhǔn)植被建設(shè)及土地復(fù)墾區(qū)域[7]?；馗哺餐练绞街饕?種，分別為平面均勻式、圓形點(diǎn)狀式、坑狀式、帶(條)狀方式，不同覆土方式適用范圍及要求如表5所示。

表5 不同覆土方式適用范圍及要求

3 鐵路表土剝離、保護(hù)及利用

3.1 鐵路項(xiàng)目表土剝離

3.1.1 沿線表土調(diào)查

該工程項(xiàng)目區(qū)分布的土壤類型主要為水稻土和潮土，部分地區(qū)分布粗骨土、海濱鹽土、黃棕壤等。根據(jù)區(qū)域地層巖性特征的調(diào)查結(jié)果，占地范圍內(nèi)表層土壤厚度約為10~50 cm。其中，平原地區(qū)林地可剝離厚度10~20 cm，低山丘陵區(qū)林地可剝離厚度5~15 cm，占用林地的隧道洞口、取土場(chǎng)、棄土(渣)場(chǎng)邊坡坡度較大，表土不易剝離，部分渣場(chǎng)溝心區(qū)域?yàn)椴莸?，表土夾雜碎石，不易分離。工程沿線土壤表土層厚度情況如表6所示。

表6 工程沿線土壤表土層厚度情況

3.1.2 表土剝離厚度及方法

工程施工準(zhǔn)備期對(duì)占地類型為耕地、園地、林地、草地的區(qū)域進(jìn)行表土剝離。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況及表土層分布綜合確定剝離厚度：耕地、園地30 cm，林地、草地15 cm，回覆厚度15~50 cm 不等。表土剝離面積結(jié)合表土分布情況估算，施工擾動(dòng)較大的區(qū)域表土按面積剝離，施工生產(chǎn)生活區(qū)現(xiàn)狀植被覆蓋、施工擾動(dòng)很小的區(qū)域不剝離。

工程表土剝離采用機(jī)械剝離為主、人工剝離為輔的方式進(jìn)行作業(yè)。地形較為平坦的區(qū)域采用機(jī)械進(jìn)行剝離，而地形較陡、機(jī)械無法操作的地方可采用人工剝離表土。

3.2 鐵路項(xiàng)目表土保護(hù)

表土臨時(shí)堆放及保護(hù)期間為防止水土流失，采取臨時(shí)種草、臨時(shí)攔擋、臨時(shí)排水溝等措施進(jìn)行防護(hù)。工程共剝離表土484.27 萬m3，區(qū)間調(diào)配144.91 萬m3，表土回填484.27萬m3。

3.2.1 表土臨時(shí)堆放場(chǎng)設(shè)置

全線共設(shè)置表土臨時(shí)堆土區(qū)111 處，總占地面積152.57 hm2，其中57 處堆置于站場(chǎng)、橋梁、隧道、路基工程區(qū)征地紅線范圍不影響施工的區(qū)域，54處堆置于工程施工生產(chǎn)生活區(qū)、棄土(渣)場(chǎng)、取土場(chǎng)臨時(shí)占地范圍內(nèi)，均不新增臨時(shí)占地。各工程區(qū)表土臨時(shí)堆放場(chǎng)設(shè)置情況如表7所示。

表7 各工程區(qū)表土臨時(shí)堆放場(chǎng)設(shè)置情況

3.2.2 堆置方式及堆放時(shí)間

表土臨時(shí)堆放場(chǎng)應(yīng)集中堆置于以上指定位置。按照“先攔后堆”原則，堆土前先在堆土場(chǎng)周邊布設(shè)填土編織袋攔擋后方可堆存土方。當(dāng)場(chǎng)地表面倒?jié)M后播撒草籽，表層土應(yīng)保持一定適度透水性，利于后期苫蓋期植被生長。同時(shí)，土堆頂面應(yīng)保持中間高于周邊的三角狀，便于排水。每處臨時(shí)堆土場(chǎng)最大堆渣高度不宜超過4 m。表土臨時(shí)堆放時(shí)間自表土剝離存放開始至土建施工完成后；表土不宜長期堆放，具備回覆條件后應(yīng)及時(shí)覆土綠化、復(fù)耕。

3.2.3 表土堆存期防護(hù)

表土堆存期內(nèi)，自然沉降、水蝕和風(fēng)蝕均會(huì)引起表土結(jié)構(gòu)損壞和養(yǎng)分流失，為有效保護(hù)堆存期內(nèi)的表土資源，應(yīng)當(dāng)采取臨時(shí)攔擋、臨時(shí)排水、臨時(shí)沉沙及臨時(shí)覆蓋等措施進(jìn)行系統(tǒng)性防護(hù)。

（1）臨時(shí)攔擋。鐵路工程臨時(shí)攔擋措施有裝土編織袋攔擋、土埂、干砌石擋墻等；結(jié)合堆土區(qū)地形地貌，平地堆土宜在堆土區(qū)周邊布設(shè)，坡面堆土應(yīng)在邊坡下側(cè)修建臨時(shí)攔擋。臨時(shí)攔擋工程的規(guī)模應(yīng)根據(jù)堆土高度、地面坡度、降雨強(qiáng)度等分析確定，本工程表土臨時(shí)堆高均控制在4 m 以下，坡度為1:1.5 至1:2.0，坡腳四周采用裝土編織袋攔擋，梯形斷面，頂寬0.5 m、高1.0 m，邊坡1:0.5。

（2）臨時(shí)排水。堆土場(chǎng)周邊及下游設(shè)置臨時(shí)排水設(shè)施：排水溝、暗涵、抽排水管等。臨時(shí)排水規(guī)模應(yīng)根據(jù)排水級(jí)別、匯水面積、徑流系數(shù)、降雨量等因素分析確定。本工程施工利用期間，為防止堆土區(qū)內(nèi)積水影響施工，擬在各自堆場(chǎng)四周設(shè)置簡(jiǎn)易排水溝。堆土場(chǎng)臨時(shí)排水溝采用梯形斷面，底寬40 cm、深40 cm，邊坡1:0.5，只開挖不襯砌，邊坡需拍實(shí)。

（3）臨時(shí)沉沙。排水溝末端設(shè)置沉沙池，沉沙池容量根據(jù)一次暴雨搬運(yùn)堆積泥沙量來確定。本工程臨時(shí)沉沙池尺寸4 m×2 m×1.5 m(長×寬×深)，開挖邊坡1:0.5，以利于邊坡穩(wěn)定，只開挖，不襯砌，沉沙池使用期間應(yīng)定期挖泥清淤。沉沙池上層雨水可用作綠化灌溉、車輛沖洗及灑水降塵等，場(chǎng)地利用結(jié)束后，回填沉沙池。

（4）臨時(shí)覆蓋。臨時(shí)覆蓋措施應(yīng)根據(jù)堆放時(shí)長分別確定：①對(duì)堆放時(shí)間較短、不超過一個(gè)生長季節(jié)的表土，采用密目網(wǎng)、土工布、防塵網(wǎng)等臨時(shí)覆蓋，風(fēng)沙區(qū)場(chǎng)地可采用礫石覆蓋；②對(duì)堆放時(shí)間較長的表土，應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)種草，減少表土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力。該工程各防治分區(qū)施工時(shí)間均超過1 年，故表土堆土場(chǎng)采用撒播草籽覆蓋。

3.3 鐵路項(xiàng)目表土調(diào)配及利用

3.3.1 表土調(diào)配、利用原則

（1）就近利用原則。該工程表土利用遵循“就近利用”原則，對(duì)于表土剝離數(shù)量不足的臨時(shí)占地跡地恢復(fù)區(qū)域，可考慮調(diào)配利用臨近區(qū)域富余表土資源，避免增加新的工程創(chuàng)面。

（2）節(jié)約成本原則。利用該工程剝離表土可減少外購種植土費(fèi)用；同時(shí)，表土中富含有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素，可減少生土培育過程中有機(jī)肥、緩釋性復(fù)合肥等用量，最大限度節(jié)約成本。

（3）充分利用原則。該工程表土利用堅(jiān)持以表土剝離為出發(fā)點(diǎn)，以充分利用為落腳點(diǎn)，過程中做好剝離與利用的銜接，避免表土閑置浪費(fèi)，做到應(yīng)用盡用，發(fā)揮表土價(jià)值[8]。

3.3.2 表土調(diào)配、利用方案

該工程表土剝離面積1 758.67 hm2，表土回填面積1 593.87 hm2，共剝離表土484.27 萬m3，剝離表土優(yōu)先用于本區(qū)域回填，富裕表土資源就近調(diào)配至臨近臨時(shí)占地區(qū)域用于后期跡地恢復(fù)，本次區(qū)間調(diào)配表土量144.91萬m3，表土回填484.27萬m3。各防治分區(qū)表土剝離、調(diào)配及回填情況如表8、圖1所示。

圖1 表土流向圖

表8 表土剝離及回填平衡表

4 結(jié)束語

根據(jù)鐵路工程建設(shè)的實(shí)際情況和項(xiàng)目區(qū)自然環(huán)境特征，量身定制表土剝離、保護(hù)及利用方案[6]，通過沿線表土實(shí)地調(diào)查確定表土剝離厚度及剝離量，利用工程永久及臨時(shí)占地區(qū)域設(shè)置表土臨時(shí)堆放場(chǎng)，采用攔擋、排水、沉沙、覆蓋措施防止堆放期水土流失，結(jié)合工程植被恢復(fù)及復(fù)耕需求有效調(diào)配表土資源，進(jìn)而建立系統(tǒng)的表土資源防護(hù)措施體系，工程表土保護(hù)率可達(dá)95%。在國家大力推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的背景下，綠色鐵路建設(shè)穩(wěn)步提升，在保障主體工程穩(wěn)定安全的前提下，最大限度減少鐵路建設(shè)擾動(dòng)地表面積，優(yōu)先開展工程土石方資源化、減量化、無害化利用，不斷提高植被覆蓋率已成為行業(yè)共識(shí)。同時(shí)，在努力實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的大環(huán)境下，鐵路行業(yè)碳減排更需充分利用表土資源，有效發(fā)揮其含有較好有機(jī)養(yǎng)分及本地種子庫等特點(diǎn)，助力鐵路工程生態(tài)體系及植被恢復(fù)高質(zhì)量建設(shè)、提高復(fù)耕土地生產(chǎn)力。