摘要：為防止棄渣場水土流失，推進棄渣場生態(tài)化進程，本研究以新建鄭州至萬州鐵路重慶段工程大周渣場為例，采用先進的環(huán)境保護理念、生態(tài)化設計方案和生態(tài)修復技術，減輕棄渣對環(huán)境的影響，提出構建一種與周邊環(huán)境相和諧的新型棄渣場防護體系，使得棄渣、臨占地和施工方案等實現生態(tài)、經濟、社會有機統(tǒng)一。結果表明：經過對大周渣場生態(tài)選址、表土資源保護、固體廢棄物資源化利用、生態(tài)排水溝仿生設計、坡面生態(tài)設計、渣頂生態(tài)設計以及植被恢復等環(huán)節(jié)的優(yōu)化，大周渣場生態(tài)恢復效果良好，為解決西南山區(qū)乃至我國鐵路工程棄渣場生態(tài)恢復問題提供了新的技術思路。

關鍵詞：鐵路建設項目；生態(tài)修復；棄渣場；防護措施

中圖分類號：X731 文獻標識碼：A 文章編號：1673-6478（2023）01-0186-05

Research on Ecological Slag Dump in Mountainous Areas under the New Cincept

——A Case Study of Dazhou Slag Dump in Chongqing Section of

Zhengzhou-Wanzhou Railway

WANG Bijun LIU Lei WU Zhen

（1.China Railway 11th Bureau Group Fifth Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 400037，China；

2. Environmental Protection Centre of the Ministry of Transport，Beijing 100013，China）

Abstract：In order to prevent soil and water loss and promote that ecological process of slag disposal site，this paper takes Dazhou slag disposal site of Chongqing section of Zhengzhou—Wanzhou railway project as an example，adopts advanced environmental protection concept，ecological design scheme and ecological restoration technology to reduce the impact of slag disposal on the environment. A new protection system for slag discarding field in harmony with the surrounding environment is proposed，to realize the organic unity of ecology，economy and society of slag discarding，immediate" land occupation and construction scheme. The results show that： through the optimization of ecological site selection，surface soil resource protection，solid waste resource utilization，bionic design of ecological drainage ditch，ecological design of slope surface，ecological design of slag top and vegetation restoration，the ecological restoration effect of Dazhou slag disposal site is good，which provides a new technical idea for solving the ecological restoration problem of waste discarding field of railway engineering in southwest mountainous area and even in China .

Key words：railway construction project；ecological restoration；abandoned slag dump；protective measures

0 引言

隨著我國生態(tài)文明建設的發(fā)展，人們對水土保持工作的認識和需求也越來越高，隨之產生了許多水土保持工作新理念新內涵?；謴蜕鷳B(tài)學是研究生態(tài)恢復的生態(tài)學原理和過程的科學，自1987年誕生以來發(fā)展迅速[1]。這一理論的應用大大拓寬了水土保持工作的領域，推進了水土保持工作由單純的水土流失治理到現代水土保持的發(fā)展。棄渣場作為鐵路工程建設中一種特殊的人工構造物，是為堆存路基、隧道、軟基換填等主體工程施工產生的多余棄土、棄石而設置的。但在實際工程建設中，大量的渣場選址于溝道內，導致溝道內原生季節(jié)性溪流或永久性溪流中斷，對溝道原生生態(tài)系統(tǒng)的完整性、連續(xù)性造成較大破壞。因此，研究棄渣場的生態(tài)修復，推進棄渣場生態(tài)化進程，對防治環(huán)境污染，防止水土流失，促進鐵路建設高質量發(fā)展等具有現實意義。

目前國內外對棄渣場水土流失特征、水土保持措施體系研究較多，黃予[2]利用室內人工降雨的方法揭示了廣西地區(qū)棄渣場邊坡的土壤侵蝕特征，為棄渣場水土保持措施的布設以及水土保持監(jiān)測提供了科學依據；吳軍等[3]為提高雅安至康定高速公路棄渣場安全穩(wěn)定性，采取工程措施、林草措施相結合的綜合整治措施，形成系統(tǒng)、完整的水土流失防治措施體系，為同類工程提供參考；連振龍等[4]從工程措施、植物措施、臨時措施等方面提出相應的防治措施，使研究區(qū)域內棄渣場水土流失得到有效防治?，F有研究多側重于研究棄渣場穩(wěn)定性，但是針對棄渣場生態(tài)恢復研究較少，以恢復生態(tài)學理論為基礎的棄渣場生態(tài)修復方面研究鮮有報道。周述明[5]針對溝道型棄渣場設計防護提出在主體工程溝水處理基礎上還應增加泥石流防治措施以保證工程的安全穩(wěn)定性，并增加植物措施以形成完整的水土保持體系。

本文在前人的探究基礎上，以新建鄭州至萬州鐵路重慶段工程大周渣場為例，以棄渣場原區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的重構恢復及效果為目標，從水土保持生態(tài)恢復理念出發(fā)，探究棄渣場生態(tài)防護措施設計，以期為解決西南山區(qū)鐵路工程棄渣場生態(tài)恢復問題提供新的技術思路。

1 工程概況

1.1 項目概況

新建鄭州至萬州鐵路湖北、重慶段工程，位于中國西南的重慶市云陽縣和萬州區(qū)境內。線路起于湖北省襄陽市襄州區(qū)，沿線經過襄陽市東津新區(qū)、襄城區(qū)、南漳縣、?？悼h，宜昌市興山縣、恩施州巴東縣以及重慶市巫山縣、奉節(jié)縣、云陽縣、萬州區(qū)，正線長度27.4 km，沿線村莊民房分布廣泛，有公路和線路相通，屬于開發(fā)建設項目中典型線性工程，總占地面積約1 133.18 hm2。該項目橋隧比較高，最大限度地減少了山體大規(guī)模開挖，保護了原地形地貌、水系和生態(tài)環(huán)境。但同時隧道出渣需要渣場存納，給當地局部的地形地貌和動植物、水系等生態(tài)環(huán)境造成了一定影響。

1.2 渣場概況

鄭州至萬州鐵路重慶段土建九標大周隧道棄渣場變更后位于小周鎮(zhèn)馬褡村八組，屬于溝谷地貌，海拔約在170 ～ 230 m之間，附近溝谷中基本為次生林和少量園地、農地；沒有發(fā)現大樹古樹，少量柏木樹齡較高的在20 ～ 30年左右。植被覆蓋率較高，喬灌草和攀緣植物復合覆蓋率幾乎達到100%。溝谷中有天然小溪，在約5 km后匯入長江干流。棄渣場設計占地面積7.47 hm²，設計容渣量65萬m³；實際占地面積7.87 hm²，實際容渣量65萬m³（松方），剩余可棄容渣量8.5萬m³（松方）。根據現場勘察，大周渣場棄渣主要由塊石土、粉質黏土和泥巖夾砂巖構成，其中以泥巖夾砂巖為主。大周渣場如圖1所示。

2 設計原則

根據大周渣場的實際情況，水土保持生態(tài)防護總體布局設計宜從全過程、全方位考慮，充分貫徹減量化、資源化、無害化的可持續(xù)理念。山區(qū)渣場選址和布設較為復雜，需要考慮的因素較多，如溝谷、山坡、溪流、村莊等因素都制約著渣場的選址和布設形式，針對渣場存在的問題，總體設計原則應貫徹：（1）優(yōu)化的渣場布設形式，優(yōu)先貼坡型渣場，盡量保持一側原生自然環(huán)境；（2）渣體穩(wěn)定保證安全；（3）生態(tài)聯通，不能截斷，基本穩(wěn)定的有水常態(tài)；（4）因地制宜、政府主導，復墾（耕）優(yōu)先，生態(tài)恢復融歸自然；（5）低碳設計，自然資源充分利用。

3 棄渣場生態(tài)恢復措施設計

根據大周渣場特點及水土保持設計規(guī)范[5]，將從施工準備期的表土剝離、攔擋措施、排洪溝建設、邊坡防護措施、綠化復墾等方面設計棄渣場防護措施。

3.1 棄渣場選址

修正主體工程選址和布局，從源頭上減輕水土流失和環(huán)境影響是生產建設項目水土保持理念之一。本次研究將提出的生態(tài)概念融入渣場的選址和布設形式的設計中，將保證區(qū)域水系暢通，完整的生態(tài)系統(tǒng)的聯通性等作為一個新的重要的指標因素。重慶萬州境內山丘起伏，低山、丘陵面積約占四分之一，低中山和山間平地面積約占四分之一，少平壩和臺地，且零星散布，受地形條件限制，棄渣場選址應充分考慮其安全性和生態(tài)性。

根據無人機現場勘察，大周渣場原位置部分占用基本農田，且擋渣墻下方有一座新建的110 kV變電站，同時有部分居民居住于匯水區(qū)下游位置，具有一定的安全隱患。且大周渣場舊址采用傳統(tǒng)溝谷棄渣形式，將渣土棄置于山谷中，設計堆渣高程較高，兩側設計排水溝將徑流排至下游，排水系統(tǒng)設置落差較大，雨季容易形成雨洪，且阻斷了原水系，造成了水系隔斷，不利于區(qū)域水系聯通。為了解決上述問題，渣場使用無人機輔助勘查，進行了重新選址，解決了占用基本農田和安全隱患的問題，同時新址采用新理念的貼坡型渣場，靠近山體一側緊貼南側山勢長度約500 m，寬度90 m，棄土高度約26 m，坡長約41 m，坡度約39°，體現生態(tài)性的同時最大程度保持另一側的原生自然環(huán)境。

3.2 表土資源保護措施

表土資源保護措施包括表土剝離、回填及整治。表土資源十分珍貴，在棄渣場植被恢復工程中能發(fā)揮重要作用。為了避免不必要的水土流失和土壤侵蝕，在施工中應剝離熟土層并集中堆放，用作復耕地及林草地的覆土。根據現場勘察，大周渣場主要為旱地、園地、林地、水域、宅基地等，為防止渣場成型后表土層形成軟弱夾層造成渣場滑移，對旱地、園地、林地區(qū)域等適合進行表土剝離的區(qū)域采取表土剝離措施，剝離厚度20 cm，使用噸袋形式直接存放，存放土壤中沒有直徑大于10 cm的土壤團塊或石礫，存放點應在地勢相對較高的位置，采用架空底座和苫蓋防水布和環(huán)保土工布等工藝進行分層保存。

3.3 渣體堆置施工要點

優(yōu)化渣體堆置施工對棄渣場后期生態(tài)恢復影響較大，要嚴格控制棄渣場堆渣的最大堆高，盡可能降低邊坡坡率和高度，并布設適宜寬度的馬道。棄渣過程中根據渣體性質分類堆放，硬巖、軟巖、大塊和破碎巖石分別堆置到棄渣場的不同位置，避免形成軟弱夾層（即潛在的滑動面）或軟巖石集中的棄渣場邊坡，同時為了穩(wěn)固棄渣場基底，可以將堅硬大塊渣體堆置在底層，或大塊渣體堆置在棄渣場最下面一個臺階，實現反壓護坡。此外，堆渣前應充分調研棄渣場水系分布情況，堆渣時盡可能不顛覆性改變原地貌，如溝道型棄渣場盡量選擇貼坡式，這樣可以在渣場一側流出水系通道，為后期重構生態(tài)系統(tǒng)做準備[7]。

3.4 固體廢棄物資源化利用

對前期產生的廢棄截枝進行多種利用，包括修建護欄、修建人行步道、制作環(huán)保展示牌等，對廢棄物的資源化利用，也符合環(huán)境保護及可持續(xù)發(fā)展的理念。鄭萬鐵路隧道建設中，有大量的石塊棄渣，可以對拉入棄渣場的大量石塊進行加工，經過加工的廢石、碎石，用于棄渣場內坡面防護工程的擋墻修筑、生態(tài)排水溝、鋪設人行步道等，實現廢棄石材的資源化綜合利用。

3.5 邊坡防護措施

邊坡防護是為了穩(wěn)定斜坡，防治邊坡風化、面層流失、邊坡滑移、垮塌而采取的坡面防護措施，一般包括工程防護、植物防護和綜合防護三類。斜坡防護的首要目的是固坡，對擾動后邊坡或不穩(wěn)定自然邊坡具有防護和穩(wěn)固作用，同時兼具邊坡表層治理、美化坡面的效果。

本研究首先對渣場邊坡進行削坡和平整，通過穩(wěn)定性分析計算，渣場坡面穩(wěn)定。其次，在坡面間設置了3臺馬道，馬道寬10 m，馬道平臺坡率設置反坡，坡率為3%，內側設置馬道排水溝，有效地將上游坡面和馬道平臺匯水導出，以保證馬道平臺邊緣和坡腳免遭雨水掏蝕，造成塌方，而且較寬的馬道有利于后期植被恢復，尤其是經果林的栽植經營。最后，坡腳的防護也是邊坡防護的重要環(huán)節(jié)，坡腳一旦被掏蝕，則邊坡穩(wěn)定性將大幅下降，易造成塌方，從而導致嚴重的水土流失。大周棄渣場坡度較緩，邊坡自身穩(wěn)定性良好。因此在防護中重點預防其坡腳不被雨水掏蝕，故在邊坡坡腳處設置了干砌石淺碟形排水溝，可以有效排除坡面及馬道匯水，同時排水溝一側也可作為坡面護腳，減緩徑流對坡腳的侵蝕。后續(xù)設計中坡面主要采取灌草結合的方式進行綠化，以減緩水土流失，同時美化綠化。

3.6 攔擋措施

棄渣場攔擋工程包括擋渣墻、攔渣堤、圍渣堰、攔渣壩和攔洪壩五類。本工程棄渣場設置于溝道內，受到溪流的影響，因此主體設計對該渣場設計了C25重力式砼攔渣壩，壩高8 m，頂寬0.6 m，內外坡比均為1∶0.2。對攔渣壩抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性進行了驗算，其正常工況和非正常工況條件下的安全系數均符合標準要求，攔渣壩穩(wěn)定。

3.7 排水措施

棄渣場排水工程的設計是本研究的創(chuàng)新設計，從生態(tài)性和抗沖性角度出發(fā)，盡可能將人工排水溝生態(tài)化，減小對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。通過現場勘察資料，結合大周渣場現場水系分布（圖2），大周渣場東南、東北各有一條河流匯入渣場主溝道內，且渣場整體地勢為西低東高，南低北高。因此在大周渣場北側、南側設計排洪溝，分別排出東北側溝道、東南側溝道來水，東側設截水溝，排導東側坡面來水，渣體頂部及馬道設置排水溝，渣體底部布設盲溝，用于排導渣體滲水和地下水。由于研究渣場位于溝道內，且洪水流量較大，因此在設計生態(tài)排洪溝時，僅依靠漿砌石或干砌石等材料防沖力差，同時防滲效果不佳，若雨季發(fā)生排洪溝透水，滲入渣場可能導致渣場失穩(wěn)。故在考慮生態(tài)性的同時還應進一步加強防沖和防滲性，所以對該排洪渠采取了鋼筋混凝土側墻、溝底設計，下敷土工膜，既可有效保證排洪渠強度，增加其抗沖性，同時亦可保證其防滲性能。

此外，為解決棄渣場剛性排水溝在保障行洪安全的前提下，能促進溝底生態(tài)系統(tǒng)快速重建，本研究采用“仿生生態(tài)水系”（圖3）代替常規(guī)“砼體系”排水溝設計，在溝渠中每間隔一定距離設置擋水坎形成生態(tài)保護區(qū)，在每個生態(tài)保水區(qū)的底部鋪設生態(tài)填料籠，生態(tài)填料籠采用鍍鋅鉛絲網籠或不銹鋼絲網籠，在網籠內裝有天然塊石、卵石或廢棄的混凝土塊，生態(tài)填料籠依次相互拼接從而覆蓋整個生態(tài)保水區(qū)作為基底，底層采用土工膜墊底，同時腐殖土填充縫隙，進而形成一個仿生排水體系，有利于動植物生長。

3.8 植被恢復措施

生態(tài)恢復措施布設時，全面調查了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)現狀，尤其是建群種、優(yōu)勢種等鄉(xiāng)土樹草種，在普查的基礎上，利用有潛力的喬灌草和藤本植物，為后期植被恢復選擇喬灌草種提供依據。同時，考慮到水土保持、土地利用現狀和土地復墾相關要求，在后期恢復過程中盡可能恢復為原占地類型。從棄渣場平整后的立地條件考慮，渣體頂部面積開闊、平坦、連續(xù)性好，且便于灌溉設施布置，故設計為旱地，初步規(guī)劃農作物為玉米。棄渣場馬道臺階寬度基本在10 m左右，設計為園地，初步規(guī)劃底部馬道平臺種植柑橘，柑橘種植密度3.5 m×3.5 m，第二級馬道平臺種植枇杷。

本設計擬采取灌草結合的方式進行邊坡綠化，灌木選擇耐貧瘠、抗旱且具有一定經濟價值的鄉(xiāng)土植物火棘，火棘株行距1.5 m×1.5 m，草本植被選擇抗逆性強的白三葉、狗牙根混播，其中白三葉播種密度120 kg/hm2，狗牙根播種密度60 kg/hm2。在部分坡度相對較大的區(qū)域斜坡坡腳種植葛根等藤蔓植物，起到穩(wěn)定固化表土，保持水土的作用。為了便于旱地耕作，本設計于渣頂東側排洪溝內緣布設管道型灌渠，水源取自渣場東北角集水井，同時利用施工便道修筑機耕道，便于渣場后期運營管養(yǎng)。

4 恢復效果

在充分考慮棄渣場的現場狀況的前提下，結合周圍環(huán)境特點，通過對大周渣場生態(tài)選址、表土資源保護、固體廢棄物資源化利用、生態(tài)排水溝仿生設計、坡面生態(tài)設計、渣頂生態(tài)設計以及植被恢復等環(huán)節(jié)的優(yōu)化，大周渣場水土保持措施防護體系生態(tài)恢復效果良好，基本達到了安全穩(wěn)定性、生態(tài)恢復、景觀優(yōu)美、社會經濟等設計效果。大周渣場生態(tài)恢復效果圖見圖4、圖5。

5 結語

棄渣場的水土保持是生產建設項目水土保持工作的重點.項目主要從保護渣體穩(wěn)定及解決周邊排水等方面采取相應的水土保持措施，包括攔擋工程和防洪導流工程，并根據“破壞什么，恢復什么”的原則進行植被恢復，通常采用喬、灌、草結合的方式進行恢復。本研究基于西南山區(qū)鐵路項目設置的溝道型棄渣場，保證生態(tài)性的同時首次提出構建生態(tài)仿生型排水溝的概念，為重慶市乃至我國生態(tài)棄渣場修復提供了新的理論基礎。但由于研究范圍有限，不能覆蓋所有渣場類型，因此對棄渣場生態(tài)防護措施設計具有一定局限性；同時，研究對象在項目立題時已經選址、動工，部分措施的設計需要根據實際情況進行調整，不能完全實現本文的棄渣場生態(tài)防護措施設計理念，需在未來做進一步研究。

參考文獻：

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