1、新建太原至焦作城际铁路水土保持措施探讨 宋珺 翟伟锋 中国铁路总公司发展和改革部节能环保处 水利部建设管理与质量安全中心 摘 要： 随着国家生态文明建设的不断推进, 水土保持工作日益受到重视。通过探讨新建太原至焦作城际铁路水土保持措施布局, 分析铁路水土流失环节, 根据预测结果, 提出不同分区的防治措施, 以此分析铁路水土保持措施体系, 总结其在既有铁路工程中的重要作用。关键词： 水土保持; 太原至焦作铁路; 新建工程; 作者简介：宋珺 (1972-) , 女, 山西省运城市人, 副研究员, 主要从事铁路建设环境保护与水土保持工程管理及新技术研究推广应用等工作。收稿日期：2017-10-10R
2、eceived： 2017-10-10新建太原至焦作城际铁路地处山西东部, 北起山西省太原市, 途经上党之地长治, 南至河南焦作, 是我国重要的南北运输通道。水土流失已成为我国的头号环境问题1, 新建铁路工程势必会因施工活动加剧区域水土流失。因此, 针对新建铁路水土流失特点, 有针对性地提出水土保持措施, 不仅是落实水土保持法的重要体现, 而且能够预防和减轻项目实施后对水土保持造成的不良影响2,3。铁路项目具有建设规模大、涉及范围广、挖填方量大等特点4, 本文以新建太原至焦作城际铁路工程为例, 对新建铁路工程水土保持措施体系进行探讨。1 工程概况太焦城际铁路主要位于山西省, 末端部分位于河南省
3、, 为客运专线, 设计最高行车速度 250km/h, 正线 362.095km, 相关工程 4.582km。全线共设 12 个车站, 新设 10 个车站, 改建 2 个既有车站。正线设特大桥 34 座, 大中桥 59 座;正线涵洞 235 座 (含灌溉) 、框构 32 座, 旅客地道 14 座, 隧道 41 座, 新建牵引变电所 7 座, 新建 AT 分区所 9 座。工程总占地 1 916.90 hm, 其中永久占地 898.79hm, 临时占地 1 018.11hm。土石方挖填总量 5 935.65 万 m, 挖方 4 725.73 万 m, 填方 1 209.92 万 m, 利用方 841
4、.82 万 m, 借方 252.16 万 m (设取土场 9 处) , 弃土 (渣) 3 469.46 万 m (设弃土 (渣) 场 110 处) 。2 项目区概况工程沿线地貌主要分为中低山丘陵区和平原区。沿线所经的河流分属海河及黄河流域, 气候属暖温带半湿润大陆性季风气候。年平均风速 0.92.08m/s, 年降水量 397.1620.6mm, 年平均气温 9.115.6。沿线土壤类型主要为黄绵土、黑垆土、潮土、褐土等。线路所经区域属于暖温带落叶阔叶林区域的暖温带北部落叶栎林地带和暖温带南部落叶栎林地带, 沿线林草植被覆盖率为30%40%。项目区涉及国家级重点治理区 (太行山国家级水土流失重
5、点治理区) 、山西省和河南省水土流失重点治理区和预防区。水土流失侵蚀类型以轻、中度水蚀为主。3 水土流失现状3.1 区域水土流失现状根据全国第一次水利普查和沿线各地的水土流失调查报告等资料, 工程沿线水土流失侵蚀类型以轻、中度水蚀为主。项目区丘陵区原地貌土壤侵蚀模数在 2 0004 000t/kma, 平原区原地貌土壤侵蚀模数在 200t/kma。项目区属于北方土石山区和西北黄土高原区, 北方土石山区容许土壤流失量 200t/kma, 西北黄土高原区容许土壤流失量 1 000t/kma。3.2 水土流失成因分析3.2.1 地形地貌因素项目区地貌单元有平原区、低中山区、低山丘陵区和盆地等, 整体
6、呈现中间高南北两端低的特点, 最高点位于北部的太岳山脉, 海拔约 1 700m。各种不良地质, 如矿产及采空区、地震液化层、滑坡、泥石流、崩塌落石、岩溶等的发育加剧水土流失的产生。3.2.2 气候因素沿线气候属暖温带半湿润大陆性季风气候, 四季分明, 昼夜温差大, 冬季寒冷干燥, 夏季炎热多雨, 降水量多集中在 7、8 月份, 降水产生的地表径流对表土层冲蚀严重。4 防治措施布局4.1 防治责任范围按照开发建设项目水土保持技术规范的规定及铁路建设的特点, 将本工程的水土流失防治责任范围划定为项目建设区和直接影响区。本工程水土流失防治责任范围为 2 612.31hm, 项目建设区 1 916.9
7、0hm, 包括铁路建设主体工程的永久性占地区、取土场、弃土 (渣) 场、施工便道、其他临时工程占地。直接影响区 695.41hm, 包括铁路项目建设区以外因铁路建设而可能产生的水土流失区及其直接危害的范围。4.2 水土流失预测通过对本工程建设中水土流失类型、分布和水土流失量进行综合分析和预测, 根据工程建设特点, 确定工程建设区水土流失的重点时段为工程建设期, 其主要预测结论为:(1) 本工程扰动原地貌、损坏地表和植被的面积, 即工程扰动地表面积, 为永久征地、临时用地之和, 共计 1 916.90hm, 其中永久占地 898.79hm, 临时用地1 018.11hm。(2) 损坏水土保持设施
8、面积 1 916.90hm, 其中山西省 1 730.26hm, 河南省186.64hm。(3) 本工程共产生弃土 (渣) 3 469.46 万 m, 主要来源于路基、站场、隧道、桥梁工程, 需布设弃土 (渣) 场进行安置。(4) 工程建设期可能产生水土流失量为 71.26 万 t, 新增水土流失量 51.65 万t。4.3 水土保持防治措施根据工程建设特点, 结合施工布局, 将项目划分为 8 个防治分区, 包括路基防治区、站场防治区、桥梁防治区、隧道防治区、取土场防治区、弃土 (渣) 场防治区、施工便道防治区和施工生产生活防治区。水土保持措施布局如下:4.3.1 工程措施4.3.1. 1 表
9、土剥离、表土回填。为充分利用有限的表层土资源, 工程施工前, 对施工区占用耕地、林地、园地和草地的地块剥离表层土。旱地、水浇地表土剥离厚度为 30cm, 有林地、园地表土剥离厚度 20cm, 其他草地表土剥离厚度 15cm, 剥离的表层土堆置在工程沿线设置的临时堆土场。施工结束后利用临时堆土场堆置的表层土对绿化区域覆土, 覆土厚度约3050cm, 剩余土方用于附近弃土 (渣) 场的恢复用土。4.3.1. 2 土地整治、土地复垦。桥墩墩身占地区域施工结束后, 进行场地平整, 以利于进行植被恢复;取土场施工完毕后进行土地整治, 为植被恢复提供条件。弃渣场弃渣后进行土地复垦;施工便道施工结束后应清理
10、路面杂物, 回填表土进行土地整治恢复原地貌;施工生产生活区的临时设施区, 施工结束后平整场地即可。占用草地和林地的, 施工结束后将硬化地面全部拆除, 拆除后进行土地整治。4.3.1. 3 边坡防护。边坡防护区域主要涉及路基防治区、站场防治区和隧道防治区。路堤边坡高度小于 3m 时, 边坡采用 C25 混凝土预制正六边形空心块 (0.02m (边长) 0.08m (高) 0.04m (厚) ) 防护。路堤边坡高度大于 3m 时, 采用带截水槽的 C25 混凝土拱型骨架防护 (主骨架间距 3.0m, 支骨架间距 3.0m) 。土质、全风化岩路堑边坡采用带截水槽的 C25 混凝土拱型骨架防护 (主骨
11、架间距 3.0m, 支骨架间距 3.0m) , 骨架嵌入边坡 0.5m, 骨架内满铺 C25 混凝土正六边形空心块。强风化硬质岩、强风化弱风化软质岩路堑边坡采用 C35 钢筋混凝土菱形锚杆框架防护。硬质岩路堑边坡采用 M10 水泥砂浆砌片石孔窗式护坡或菱形锚杆框架防护。隧道洞门开挖坡面采用拱形骨架护坡。4.3.1. 4 截排水沟及顺接工程。主体工程对路基、路面综合排水进行系统设计, 通过设置排水沟、边沟、侧沟等构造物, 来满足路基排水要求。路基排水设施顺接至桥涵下水沟。站场股道间排水槽、站区排水沟与桥涵、路基等排水设施衔接配合, 顺接至附近的排水涵或沟渠。隧道洞门边仰坡 510m 外设截水天沟
12、, 截水天沟根据地形应与路堑天沟妥善顺接或自行引排至地势低洼处。截水沟、天沟排出隧道洞口外设排水顺接工程将其接入自然沟渠。在取土场上部设置截水沟, 疏导外来水至周围排水系统, 平台内侧设横向排水沟, 截排水沟相连, 与周围排水系统衔接, 截水沟末端顺接沉砂池。弃渣场弃渣堆积平台修建浆砌石排水沟, 顺接沉砂池, 用于排除弃渣场堆积平台及其周边自然坡面上的洪水。4.3.1. 5 浆砌石沉砂池。在取土场防治区和弃渣场防治区设置浆砌石沉砂池作为消能设施, 与截排水沟衔接。沉砂池的断面尺寸均根据 2 个分区的设计洪峰流量和泥沙沉降速率等因素来确定。施工过程中, 定期清除沉砂池内淤积泥沙。4.3.1. 6
13、 挡渣墙。渣场堆渣遵循“先拦后弃”的原则, 堆渣前根据需要修筑挡渣墙。挡渣墙高按5m 计算, 挡土墙型式采用重力式, 利用重力式挡土墙及计算程序计算稳定性, 挡墙长度依据地形图实际量算所得。沿挡墙纵向每隔 1015m 设 1 道伸缩沉降缝, 缝宽为 2cm, 缝中嵌柏油沥青杉板, 墙体纵向每隔 23m 设置排水孔, 在墙体垂直方向 23m 处设置 2 排排水孔, 最低一排孔设在地面高程以上 0.3m 处;挡渣 (土) 墙的排水孔用土工布反滤, 基础埋深不小于冻土层厚度。共设置浆砌石挡渣墙 85m, 经计算其稳定性满足规范要求。4.3.2 植物措施4.3.2. 1 路基防治区。C25 混凝土预制
14、正六边形空心块内、带截水槽的 C25 混凝土拱型骨架内、C35 钢筋混凝土菱形锚杆框架内均种紫穗槐并撒草籽防护, M10 水泥砂浆砌片石孔窗内喷混植生防护。沿线和改移道路沟渠两边选用当地的乡土乔木和灌木, 采用混交的方式进行绿化。乔木建议选择新疆杨 (Populus alba) 、旱柳 (Salix matsudana Koidz.) 、小叶杨 (Populus simonii Carr) 、银白杨 (Populus alba) 等树种, 株行距2m2m, 每穴 1 株, 胸径 35cm。灌木选择紫穗槐 (Amorpha fruticosa Linn.) 、丁香 (Syzygiumaromat
15、icum) 、柽柳 (Tamarix chinensis Lour.) 、柠条 (Caragana Korshinskii Kom.) 、沙棘 (Hippophae rhamnoides Linn.) 等树种, 株行距 1m1m, 每穴 2 株, 12 年生实生苗。草种选择高羊茅 (Festuca elata Keng ex E.Alexeev) 、小冠花 (Coronilla varia L.) 、狗牙根 (Cynodondactylon (Linn.) Pers.) 等。4.3.2.2 站场防治区。 (1) 护坡绿化:C25 混凝土预制正六边形空心块内、带截水槽的 C25 混凝土拱型骨架内
16、、C35 钢筋混凝土菱形锚杆框架内种紫穗槐并撒草籽防护, M10 水泥砂浆砌片石孔窗内喷混植生防护。车站附近采用三维柔性生态护坡防护。乔木建议选择紫穗槐 (Amorpha fruticosa Linn.) , 灌木建议选择柠条 (Caragana Korshinskii Kom.) 、沙棘 (Hippophae rhamnoides Linn.) 等树种, 株行距 1m1m, 每穴 2 株, 12 年生实生苗。草种选择高羊茅 (Festuca elata Keng ex E.Alexeev) 、小冠花 (Coronilla varia L.) 、狗牙根 (Cynodondactylon (Li
17、nn.) Pers.) 等。(2) 站区绿化:站场周围要进行园林绿化, 结合房屋等设施, 种植观赏树种、铺植草皮, 用乔、灌、花、草立体综合配置, 做到点、线、面相结合, 达到绿化、彩化、美化的目的。树草种选择:草坪草种选用高羊茅 (Festuca elata Keng ex E.Alexeev) 、小冠花 (Coronilla varia L.) 、狗牙根 (Cynodondactylon (Linn.) Pers.) 等;园林树木选用油松 (Pinus tabuliformis Carrire) 、樟子松 (Pinus sylvestris L.var.mongholica Litv.)
18、、侧柏 (Platycladus orientalis (L.) Franco) 、圆柏 (Sabinachinensis (Linn.) Ant.) 、垂柳 (Salix babylonica) 、白蜡 (Fraxinus chinensis) 、柽柳 (Tamarix chinensis Lour.) 、黄荆 (Vitex negundo Linn.) 、绣线菊 (Spiraea salicifolia L.) 等。4.3.2. 3 桥梁区和隧道防治区。桥梁区采用播草和栽植灌木的方式进行绿化, 桥梁地段绿化设计范围包括桥下及用地界内。桥梁地段的绿化不得影响维修通道的设置, 并宜采用耐荫草、
19、灌木植物。桥下范围内应选择耐荫草种进行绿化, 用地界边缘处栽植 1 排灌木;隧道防治区的绿化区域为洞口种草绿化。4.3.2. 4 取土场防治区。取土场边坡采取灌草结合的方式进行防护, 取土场取土完毕后, 取土场平台回填表层土, 栽植灌木、播撒草籽恢复植被。草籽选择苜蓿 (Medicagosativa Linn) 、早熟禾 (Poa annua L.) 等混合草种, 撒播密度为 60kg/hm;灌木选择当地适生树种紫穗槐 (Amorpha fruticosa Linn.) 、柠条 (Caragana Korshinskii Kom.) , 株行距 1m1m, 每穴 2 株, 2 年生壮苗。4.3
20、.2. 5 弃土 (渣) 场防治区。弃渣结束后弃土坡面造林种草, 恢复植被。种植灌木树种, 行间撒播混合草种。灌木树种选择紫穗槐 (Amorpha fruticosa Linn.) 、柠条 (Caragana Korshinskii Kom.) 等, 株行距 1m1m, 每穴 2 株, 2 年生壮苗;草种选用苜蓿 (Medicagosativa Linn) 、早熟禾 (Poa annua L.) 等, 撒播密度 60kg/hm。4.3.2. 6 施工便道防治区。施工便道挖填方边坡采用植草防护, 草种选择当地适生草种, 羊草 (Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.) 、
21、披碱草 (Elymus dahuricus Turcz.) 等混播, 撒播密度 60kg/hm。4.3.2. 7 施工生产生活区。占用草地的临时设施施工结束后平整场地、土地整治, 回填表土, 撒播草籽, 草种选用苜蓿 (Medicagosativa Linn) 、早熟禾 (Poa annua L.) 等, 种植密度为 60kg/hm。4.3.3 临时措施4.3.3. 1 临时排水沉砂。为有效疏导坡面来水, 减轻对工程区裸露面和临时堆土场等的冲刷, 在各个分区的临时堆土场设置临时排水沟和临时沉砂池;在路基防治区设置挡水埂、急流槽和临时排水沟进行路基临时排水;在施工生产生活区外围设临时土质排水沟和
22、沉砂池。临时排水沟采用土质梯形断面, 底宽和深度根据各个分区的集雨面积大小和设计洪峰流量而定, 边坡 11, 只开挖不衬砌, 排水沟边坡需拍实。在临时排水沟末端设沉砂池, 沉砂池为土质, 沉砂池尺寸根据各区域的设计洪峰流量和泥沙沉降速率来逐一确定, 开挖边坡 11, 以利于边坡稳定, 只开挖, 不衬砌。施工过程中, 定期清除沉砂池内淤积泥沙。场地利用结束时, 回填沉砂池。4.3.3. 2 表土临时防护。考虑工程施工工艺时序, 对各个分区堆存的表土从剥离后至利用前的临时堆置期间需采取装土草袋拦挡和密目网覆盖的方式进行临时防护。表层土堆高控制在 3.04.0m, 堆土坡度为 11.512.0, 坡
23、脚四周采用装土草袋围护, 装土草袋采用梯形断面, 顶宽 0.5m, 高 1.0m, 边坡 10.5, 同时采用密目网苫盖。5 结语5.1 铁路建设项目规模大、施工线路长, 渣料场数量较多且分布零散, 本工程在汲取其他同类项目的水土保持治理经验之上, 完善、补充和新增水土保持措施和建议, 希望在下一步的工作中能够得到强有力的落实。5.2 工程弃渣场选址总体较为合理, 占地以荒沟、凹地为主。取弃土场在工程完工以后将采取相应的措施进行土地整治、复垦和植被恢复, 最大限度地恢复耕地, 减少工程建设带来的不利影响;植物措施设计中采用乡土树种为主, 在以生态效益最大化为目标的同时, 兼顾了当地的经济发展和
24、周边环境的协调统一。5.3 铁路建设项目点多、面广、人杂, 施工周期长, 各参建单位及施工人员水土保持意识还不够强。因此, 在施工过程中应加强水土保持宣传教育, 为工程水土保持工作奠定坚实基础, 积极促进铁路建设与生态文明的协调发展。5.4 随着科技的发展, “3S 技术”和“水土保持天地一体化”监督管理系统的应用已经越来越广泛, 建议在项目实施过程中应用新技术、采用新方法判明铁路沿线水土流失现状, 为水土保持工作的全面开展提供强大的技术支持。参考文献1杨艳, 陈敬云, 陈绍伦.促进水土保持方案编报工作的几种措施J.中国水土保持, 2005 (5) :17 2白晓军, 吕冬梅, 孙健.关于铁路建设项目水土保持方案的编制和建议J.铁道劳动安全卫生与环保, 2007 (3) :108110 3宋子炜.改建铁路工程水土保持方案编制探讨以包兰铁路惠农至银川段改建二线工程为例J.水利与建筑工程学报, 2010, 8 (6) :150152 4康玲玲, 张庆霞, 刘坤, 等.公路、铁路项目水土保持方案编制重点探讨J.中国水土保持, 2012 (10) :1820
