周衛(wèi)軍

（中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司 發(fā)展和改革部，北京100844）

鐵路作為國(guó)家戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性、關(guān)鍵性重大基礎(chǔ)設(shè)施，在交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展中的地位和作用至關(guān)重要。黨的十九大報(bào)告提出了建設(shè)“交通強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展目標(biāo)；2020年中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(國(guó)鐵集團(tuán))發(fā)布的《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》中提出，到2035年，現(xiàn)代化鐵路網(wǎng)率先建成，全國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模達(dá)20萬(wàn)公里左右，其中高鐵7萬(wàn)公里左右[1]。盡管鐵路在綜合交通運(yùn)輸體系中具有顯著的節(jié)能環(huán)保比較優(yōu)勢(shì)，但鐵路工程施工難以避免對(duì)沿線地表環(huán)境帶來(lái)擾動(dòng)，產(chǎn)生大量的土石方開(kāi)挖。受各種因素影響，工程挖方難以全部利用，土方棄置需占用沿線土地資源、影響生態(tài)環(huán)境。因此，為深入貫徹生態(tài)文明理念、落實(shí)水土保持要求，有必要從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段開(kāi)展棄渣減量研究。

1 鐵路建設(shè)項(xiàng)目棄渣減量化概述

1.1 棄渣主要來(lái)源

鐵路建設(shè)項(xiàng)目的土石方作業(yè)主要包含挖方、填方、借方、棄方和利用方。其中，挖方是將妨礙工程實(shí)施的多余土方挖除，如高于車(chē)站場(chǎng)坪的土方挖除、隧道開(kāi)挖；填方是通過(guò)填筑方式確保工程通過(guò)低洼地段，如路堤填筑；借方是通過(guò)遠(yuǎn)運(yùn)的方式，將其他區(qū)域土方用于填補(bǔ)區(qū)段工程土石方的不足；棄方是將區(qū)段工程內(nèi)多余的土石方運(yùn)至適當(dāng)位置；利用方是將工程挖方用于其他需要填筑地段。

由于地形原因，在山區(qū)、丘陵區(qū)修建鐵路需要以隧道、路塹、橋梁等線路形式通過(guò)。這些線路形式會(huì)產(chǎn)生大量的隧道挖方和路塹挖方。受地形條件限制，區(qū)間多數(shù)區(qū)段挖出的土方難以利用，一般就近選擇適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行棄置，從而形成棄渣。

1.2 棄渣影響分析

大量土石方的棄置會(huì)對(duì)環(huán)境造成擾動(dòng)和破壞，主要表現(xiàn)在以下方面。首先，占用土地導(dǎo)致植被破壞，減少局部植被面積，降低局部生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。例如，棄渣占用林地前需對(duì)原有林地進(jìn)行清表，將原地面植被砍伐，清理表面后進(jìn)行土石方堆置，使局部的植被覆蓋率急劇下降，造成施工期水土流失強(qiáng)度增大，即使施工結(jié)束后采取恢復(fù)措施，植被覆蓋率也難以快速恢復(fù)原有水平[2]。其次，土石方棄置位置一般與產(chǎn)生位置有一定的距離，需要開(kāi)辟施工便道進(jìn)行運(yùn)輸，增加臨時(shí)工程及投資，對(duì)沿線環(huán)境產(chǎn)生影響。此外，棄渣場(chǎng)選址不當(dāng)還會(huì)對(duì)下游居民及基礎(chǔ)設(shè)施安全帶來(lái)隱患。一旦出現(xiàn)洪水、地震等極端狀況有可能出現(xiàn)棄渣場(chǎng)失穩(wěn)，形成人為泥石流災(zāi)害。因此，通過(guò)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化，從源頭上減少土石方的棄置對(duì)減緩工程建設(shè)帶來(lái)的環(huán)境影響、消除安全隱患、節(jié)約工程建造成本具有重要意義。

2 棄渣減量途徑分析

棄渣減量的方法主要包括線路及輔助工程優(yōu)化設(shè)計(jì)、棄渣場(chǎng)優(yōu)化布設(shè)、施工組織優(yōu)化和資源化利用等。

2.1 線路優(yōu)化設(shè)計(jì)

影響線路設(shè)計(jì)方案的因素很多，如地形地貌、水文、地質(zhì)條件、限制區(qū)域等。當(dāng)工程出現(xiàn)大量路塹和大量隧道時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量棄方。從選址選線角度來(lái)講，在曲線半徑等技術(shù)指標(biāo)允許的情況下應(yīng)盡量避開(kāi)山丘谷地，減少土石方數(shù)量。根據(jù)地形條件及最大限制坡度合理選擇線路高度，盡量避免大挖大填，減少土石方棄置。

2.2 輔助工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

輔助工程主要包括隧道施工輔助坑道、制梁場(chǎng)、拌和站、施工便道等。

隧道施工輔助坑道設(shè)置主要受施工工期、地形條件、防災(zāi)救援及施工進(jìn)度等影響。為滿足合理工期要求，長(zhǎng)大隧道施工中需要設(shè)置輔助坑道，增辟工作面，通過(guò)“長(zhǎng)隧短打”加快長(zhǎng)隧道施工進(jìn)度，但會(huì)增加大量挖方形成棄渣。為減少棄渣，應(yīng)根據(jù)圍巖類(lèi)別選擇合理的掘進(jìn)速度，在滿足工期要求的情況下，通過(guò)優(yōu)化施工組織，盡量減少輔助坑道的設(shè)置，以減少土石方開(kāi)挖數(shù)量。

制梁場(chǎng)的占地面積相對(duì)較大，一般為10 hm2以上。修建制梁場(chǎng)需平整土地，進(jìn)行較大數(shù)量的土石方開(kāi)挖，從降低環(huán)境影響、減少棄渣的角度，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件盡量擴(kuò)大制梁場(chǎng)的梁片供應(yīng)范圍，減少制梁場(chǎng)數(shù)量。

拌和站是鐵路建設(shè)必不可少的輔助設(shè)施，占地面積1 hm2左右，雖然其面積遠(yuǎn)小于制梁場(chǎng)，但數(shù)量眾多，且位于山區(qū)、丘陵區(qū)的拌和站建設(shè)需要進(jìn)行場(chǎng)地平整，造成大量土石挖填，易形成棄渣。因此，應(yīng)結(jié)合環(huán)境條件和工程技術(shù)條件盡量減少拌和站設(shè)置數(shù)量。

施工便道是山區(qū)、丘陵區(qū)鐵路產(chǎn)生大量土石方的輔助設(shè)施，多數(shù)情況下其修建要依據(jù)山勢(shì)變化進(jìn)行半挖半填。在方案設(shè)計(jì)階段，隧道施工輔助坑道洞口、制梁場(chǎng)、拌和站等輔助工程選址應(yīng)盡量靠近已有交通道路，減少施工便道修建長(zhǎng)度，減少開(kāi)挖土石方的棄置。

2.3 棄渣場(chǎng)優(yōu)化布設(shè)

棄渣場(chǎng)布設(shè)是否合理直接影響周邊環(huán)境及下游安全。棄渣場(chǎng)設(shè)置數(shù)量應(yīng)根據(jù)棄置土石方的來(lái)源和數(shù)量進(jìn)行合理匹配。棄渣場(chǎng)設(shè)置過(guò)于零散，會(huì)增大占地面積，加重對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)和破壞，同時(shí)增加防護(hù)措施數(shù)量及配套便道數(shù)量。棄渣場(chǎng)設(shè)置過(guò)于集中，會(huì)造成棄渣遠(yuǎn)運(yùn)，從而增加運(yùn)輸成本、環(huán)境影響范圍及施工便道數(shù)量。因此，合理布設(shè)棄渣場(chǎng)對(duì)減少環(huán)境擾動(dòng)、合理利用工程投資具有重要意義。根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50433—2018)[3]及《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 51018—2014)[4]的規(guī)定，嚴(yán)禁在對(duì)公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點(diǎn)等有重大影響區(qū)域設(shè)置棄渣場(chǎng)。因此，在棄渣場(chǎng)選址時(shí)應(yīng)避開(kāi)敏感區(qū)域和對(duì)象。此外，溝道型棄渣場(chǎng)應(yīng)盡量布設(shè)在溝道上游，減少匯水面積，降低強(qiáng)降雨等極端氣候?qū)壴鼒?chǎng)產(chǎn)生的安全威脅。

2.4 施工組織優(yōu)化

鐵路建設(shè)通過(guò)采取移挖作填的方式將挖方路段的土石方用于低洼路段的填筑，避免了大量取土和棄渣。例如，將路塹開(kāi)挖土方用于路基工程填筑，傍山車(chē)站山體開(kāi)挖用于站前廣場(chǎng)填筑等，均有效提高了土石方利用率，減少棄渣數(shù)量。由于鐵路建設(shè)各環(huán)節(jié)施工進(jìn)度差異大，隧道開(kāi)挖掘進(jìn)速度相對(duì)較慢，因此需要通過(guò)精細(xì)化、科學(xué)化的施工組織安排，才能最大限度的利用隧道挖方。

2.5 資源化利用

有些隧道出渣可改造用于其他建筑材料，如花崗巖等可改制成混凝土骨料、機(jī)制砂等，既減少了土石方的棄置數(shù)量、降低了環(huán)境影響，又提高了資源利用效率。此外，部分施工單位結(jié)合地方建設(shè)需求，將工程多余挖方用于土地平整和填筑，為改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件產(chǎn)生了積極的正效益。

3 鐵路項(xiàng)目棄渣減量實(shí)例分析

某新建鐵路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為高速鐵路、雙線、速度目標(biāo)值350 km/h；線路正線長(zhǎng)度429.771 km。其中，路基工程總長(zhǎng)100.477 km、占線路全長(zhǎng)的23.49%；橋梁共165座，長(zhǎng)度113.871 km、占線路全長(zhǎng)的26.62%；隧道共82座，長(zhǎng)度213.404 km、占線路全長(zhǎng)的49.89%。該工程土石方總量7 907.52萬(wàn)m3，其中，挖方5 900.36萬(wàn)m3，填方2 007.16萬(wàn)m3。工程利用方1 059.65萬(wàn)m3、混凝土骨料利用493.13萬(wàn)m3、地方企業(yè)利用122.41萬(wàn)m3，借方947.51萬(wàn)m3，棄方4 225.17萬(wàn)m3。該鐵路隧道工程占比較高，是土石方開(kāi)挖的主要來(lái)源。通過(guò)技術(shù)審查，主要從線路縱斷面調(diào)整、隧道輔助坑道設(shè)置、隧道棄渣綜合利用、棄土(渣)場(chǎng)及取土場(chǎng)等方面進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的棄渣減量化效果。具體內(nèi)容如下。

3.1 優(yōu)化線路方案

為增加隧道棄渣利用率，全線合計(jì)2處橋梁工點(diǎn)調(diào)整為路基工點(diǎn)，合計(jì)增加路基填方18.05萬(wàn)m3，全部采用隧道棄渣，工程投資減少1 898.1萬(wàn)元。

3.2 優(yōu)化隧道輔助坑道

該鐵路特長(zhǎng)隧道等重點(diǎn)工程施工難度較大，經(jīng)測(cè)算，適宜工期為4.5年。根據(jù)《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10020—2017)[5]的規(guī)定，隧道長(zhǎng)度10 km及以上的單洞隧道，應(yīng)在洞身段設(shè)置不少于1處緊急出口或避難所。為滿足工期要求，結(jié)合施工組織及防災(zāi)疏散救援條件，對(duì)隧道方案進(jìn)行優(yōu)化，減少輔助坑道2座，縮短長(zhǎng)度511 m，削減棄渣量約3.2萬(wàn)m3。工程投資減少1 496萬(wàn)元。同時(shí)，由其引起的施工便道減少2.5 km，臨時(shí)電力線減少4 km，臨時(shí)占地面積減少2.27 hm2，工程投資減少234萬(wàn)元。

3.3 加大隧道出渣利用率

原設(shè)計(jì)路基利用隧道棄渣92.60萬(wàn)m3，優(yōu)化后利用隧道棄渣177.07萬(wàn)m3，增加利用84.47萬(wàn)m3，利用率提高91%左右。原設(shè)計(jì)車(chē)站利用隧道棄渣44.0萬(wàn)m3，優(yōu)化后利用149.5萬(wàn)m3，增加利用105.5萬(wàn)m3，利用率提高239%左右。全線隧道可利用棄渣作為粗骨料數(shù)量493萬(wàn)m3。在滿足性能要求的前提下，加工后的碎石可用于路基級(jí)配碎石填筑、碎石墊層填筑及非高性能混凝土粗骨料使用。綜合對(duì)比外購(gòu)碎石單價(jià)、利用隧道棄渣，洞外平均運(yùn)距按40 km考慮，利用隧道棄渣費(fèi)用減少總計(jì)16 418萬(wàn)元。

3.4 優(yōu)化棄渣場(chǎng)布局

原設(shè)計(jì)方案全線路基、站場(chǎng)、隧道專(zhuān)業(yè)共設(shè)棄土(渣)場(chǎng)222處。通過(guò)優(yōu)化研究，加大了隧道棄渣利用率，調(diào)整合并部分棄土(渣)場(chǎng)，優(yōu)化后共設(shè)棄土(渣)場(chǎng)114處，優(yōu)化108處，棄渣場(chǎng)數(shù)量降低約48%。棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量減少，引起渣場(chǎng)擋護(hù)、截排水等工程數(shù)量相應(yīng)減少，施工便道減少124 km，臨時(shí)占地減少56.24 hm2，減輕了工程建設(shè)占地對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)。減少投資21 628萬(wàn)元。

3.5 優(yōu)化取土場(chǎng)布局

原設(shè)計(jì)全線共設(shè)置取土場(chǎng)25處，通過(guò)優(yōu)化研究，在加大隧道棄渣利用的基礎(chǔ)上，充分考慮鐵路樞紐、局部段落等特殊情況，對(duì)取土場(chǎng)設(shè)置進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整后共設(shè)置取土場(chǎng)17處，較原設(shè)計(jì)減少8處，數(shù)量減少32%。取土場(chǎng)的減少使截排水、植被恢復(fù)等工程數(shù)量相應(yīng)減少，同時(shí)，施工便道長(zhǎng)度減少1.8 km，臨時(shí)占地減少0.58 hm2。減少投資545萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路工程建設(shè)是“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的重要組成部分，工程實(shí)施會(huì)產(chǎn)生大量土石方填挖作業(yè)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案可以有效減少土石方開(kāi)挖及廢棄的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)棄渣場(chǎng)等大臨工程合理化布設(shè)，從而將鐵路建設(shè)的生態(tài)環(huán)境影響降到最低，同時(shí)節(jié)約工程投資，可實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。