艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路隧道棄碴經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與工程實(shí)踐

廖雄

【摘 要】?文章總結(jié)了西部艱險(xiǎn)山區(qū)的棄碴場(chǎng)種類和不同類型的棄碴場(chǎng)防護(hù)措施設(shè)計(jì)，其中防護(hù)措施包括工程防護(hù)措施及生態(tài)防護(hù)措施，同時(shí)，以敘永至畢節(jié)鐵路斑竹林隧道、下坪隧道及下坪車站站場(chǎng)棄碴場(chǎng)為工程案例，介紹了該棄碴場(chǎng)科學(xué)正確合理的棄碴方式，并提出了相應(yīng)的棄碴建議，本文總結(jié)所得到的結(jié)果可以為類似隧道工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】鐵路隧道; 棄碴場(chǎng); 經(jīng)驗(yàn)總結(jié); 工程實(shí)踐

隨著經(jīng)濟(jì)的超高速發(fā)展，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施及大型工程如鐵路、公路、礦山等不斷被建設(shè)[1-2]。然而，一些工程的不合理施工卻對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較大的破壞，而且，施工廢棄物的不正當(dāng)處置甚至?xí)＜暗饺嗣竦纳?cái)產(chǎn)安全。以川藏鐵路為例， 全線隧道占比達(dá)到85 %，出碴量巨大，目前川藏鐵路工作已進(jìn)入攻堅(jiān)期，受陡峻地形地貌、敏感生態(tài)環(huán)境、廣布不良地質(zhì)、薄弱交通設(shè)施、惡劣氣候條件等影響，棄碴場(chǎng)選址及防護(hù)已成為工程師和設(shè)計(jì)人員們所關(guān)注的重點(diǎn)，鑒于川藏鐵路嚴(yán)峻復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，關(guān)于棄碴場(chǎng)的選址及安全性要求更為嚴(yán)格，但在實(shí)際施工中棄碴問(wèn)題卻經(jīng)常被人所忽視，施工人員對(duì)于棄碴不予以足夠的重視，隨意選址進(jìn)行棄擲。即使統(tǒng)一運(yùn)往固定堆放場(chǎng)也沒(méi)有進(jìn)行規(guī)范的堆放管理，這種只注重主體工程的建設(shè)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)的缺失在工程建設(shè)中體現(xiàn)得尤為突出，也就為后續(xù)的水土保持及土地復(fù)墾等生態(tài)修復(fù)工作造成困難甚至埋下安全隱患[3-6]。

經(jīng)過(guò)多年關(guān)于生態(tài)修復(fù)基礎(chǔ)理論的研究，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者己經(jīng)有了成果，提出理論如下：不利干擾是造成生態(tài)系統(tǒng)退化的主要原因，包括自然干擾和人為干擾兩大類[7-8]。生態(tài)系統(tǒng)的退化程度由不利干擾的頻率和強(qiáng)度決定。因此，生態(tài)修復(fù)首先需要做的就是消除和減輕不利干擾的影響。生態(tài)系統(tǒng)退化包括荒地、廢棄耕地、荒漠、樹木采伐跡地、廢礦地等。修復(fù)自然生態(tài)時(shí)又可分別為自然修復(fù)和人工修復(fù)。不同的修復(fù)條件所產(chǎn)生的修復(fù)過(guò)程具有不同的差異。生態(tài)自我修復(fù)時(shí)，最開始的條件是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)演替過(guò)程所確定的[9-12]。

1 鐵路棄碴場(chǎng)類型

在艱險(xiǎn)的山區(qū)，鐵路選線由于受到地形和地質(zhì)條件的限制，因此在線路總長(zhǎng)中，隧道占比較高，通常達(dá)到50 %以上，外加填挖方地段的開工時(shí)間不同步、棄碴材料質(zhì)量、運(yùn)距等諸多因素的影響，要控制工程的土石方填挖平衡具有一定的難度，這使得施工時(shí)產(chǎn)生大量棄碴。因此如何因地制宜的選擇棄碴場(chǎng)尤為重要，一般山區(qū)鐵路的棄碴場(chǎng)有以下幾種：

（1）大型集中棄碴場(chǎng)。綜合考慮沿線鐵路工程的工程特點(diǎn)，在隧道分布較集中的段落，選取合適的位置進(jìn)行集中棄碴。

（2）坡地型棄碴場(chǎng)。坡地型棄碴場(chǎng)的位置通常位于溝道兩側(cè)地勢(shì)較高的臺(tái)地或者緩坡地上。該種類型的棄碴場(chǎng)布置防護(hù)措施的關(guān)鍵主要是控制好碴場(chǎng)自身的穩(wěn)定性和排除水的因素對(duì)碴場(chǎng)的干擾。在棄碴的坡腳需要設(shè)置擋碴墻或者其他種類的護(hù)腳護(hù)坡措施。碴體周圍如果需要匯水，還要再布置截排水溝。棄碴場(chǎng)頂部可以種植植物，在碴場(chǎng)的坡面也可以優(yōu)先考慮種植植物來(lái)進(jìn)行防護(hù)。

（3）溝道型棄碴場(chǎng)。溝道型棄碴場(chǎng)的位置一般選擇在山間不發(fā)育的支溝源頭，同時(shí)支溝的溝底緩和，在溝道的下游沒(méi)有重要的建筑物及構(gòu)筑物等。

（4）攔溝型棄碴場(chǎng)。由于山區(qū)地形險(xiǎn)峻、行車運(yùn)輸?shù)葪l件不便利，如果沒(méi)有明顯合適的棄碴場(chǎng)位置，通常把施工后的廢碴直接棄置于溝道的中間位置，即所謂的攔溝型棄碴場(chǎng)。對(duì)于水量較大的溝道，在采用占用溝道來(lái)?xiàng)壊陼r(shí)，可采用泄水洞將碴場(chǎng)上游來(lái)水引至碴場(chǎng)下游，該措施既克服了水流通道問(wèn)題，又克服了廢碴穩(wěn)定性問(wèn)題。

（5）填凹型棄碴場(chǎng)。與線路所屬的行政管理等部門密切聯(lián)系，征得相關(guān)部門的意見，結(jié)合地方的規(guī)劃建設(shè)，可以把施工后的廢碴用于城市規(guī)劃建設(shè)中所需要的土地平整以及取土、石、沙等建筑材料之后所留下的廢置凹坑地的回填，用廢棄的棄碴填方增加土地，既處理了棄碴，又減少對(duì)現(xiàn)有土地資源的使用。

2 棄碴場(chǎng)防護(hù)措施設(shè)計(jì)

2.1 工程防護(hù)措施

2.1.1 擋碴墻

擋碴墻一般適用于地勢(shì)相對(duì)較緩、棄碴量不大的碴場(chǎng)擋護(hù);墻高一般為2～8 m，擋碴墻基礎(chǔ)趾部一般埋入基巖1 m深度，在擋碴墻墻背鋪設(shè)砂礫石反濾層，墻身設(shè)泄水管，如圖1所示。

2.1.2 攔碴壩

攔碴壩一般適用于棄碴量大、用于攔河、攔溝設(shè)壩，壩體背后棄碴浸水及用于坡地設(shè)壩。壩體上設(shè)有泄水孔及導(dǎo)流洞，壩體基底采用鋼軌樁防護(hù)，壩體前方設(shè)有消能池（圖2）。

2.1.3 樁間墻

樁間墻一般適用于棄碴量較大，擋護(hù)工程基礎(chǔ)較差的棄碴場(chǎng)，如圖3所示。

2.1.4 石籠擋墻

石籠通常適用于較平坦的河灘地或承載力較低的平坦耕地，棄碴時(shí)要求碴場(chǎng)頂面棄一層厚約1 m的易風(fēng)化棄碴。石籠擋碴墻由涂塑熱鍍鋅低碳鋼絲網(wǎng)箱內(nèi)裝塊石疊砌而成，網(wǎng)箱上表面應(yīng)保持平整，并盡力降低空隙率。石籠碼砌應(yīng)交錯(cuò)碼放，如圖4所示。

2.2 生態(tài)防護(hù)措施

棄土場(chǎng)的場(chǎng)坪在生態(tài)防護(hù)時(shí)可以撒播灌木種子，以種植綠化的方式進(jìn)行防護(hù)，除灌木種子外還可種植其他具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的作物，如圖5所示;棄碴場(chǎng)的場(chǎng)坪在生態(tài)防護(hù)時(shí)可以先用適合種植的土壤鋪平，再在土壤上撒播草籽進(jìn)行防護(hù)，如圖6所示。

在邊坡生態(tài)防護(hù)時(shí)，棄土場(chǎng)邊坡也可采用撒播灌木種子的方式進(jìn)行綠化防護(hù)，同樣的，棄碴場(chǎng)邊坡采用攤鋪種植土后再撒播草籽的方式進(jìn)行防護(hù)。

3 工程案例分析

敘永至畢節(jié)鐵路斑竹林隧道、下坪隧道及下坪車站站場(chǎng)棄碴場(chǎng)，總?cè)莶炅考s為70×104 m3，碴場(chǎng)占地約5.267 ha。碴場(chǎng)位于D2K221+100里程自然沖溝內(nèi)，為防止地表水直沖碴場(chǎng)，造成碴土流失，形成地質(zhì)次生災(zāi)害，設(shè)置引水洞將自然沖溝水流改道繞過(guò)碴場(chǎng)范圍，并引流至沖溝下游，引水洞長(zhǎng)為480 m。

3.1 改溝、棄碴施工

（1）進(jìn)場(chǎng)，施工場(chǎng)地平整，引水洞下游施作洞口防護(hù)工程。棄碴場(chǎng)兩側(cè)施作天溝。

（2）在棄碴場(chǎng)內(nèi)下游施作臨時(shí)擋碴墻，并將隧道棄碴及引水洞棄碴棄置在擋碴墻后側(cè)。

（3）引水洞貫通后，改溝，將自然溝水引入引水洞。

（4）施工棄碴場(chǎng)上游攔碴擋水壩，封堵自然溝，施作攔碴擋水壩與引水洞上游洞口結(jié)合部位。同時(shí)設(shè)置急流槽，延緩自然水通過(guò)引水洞的速度。

（5）施工碴場(chǎng)下游攔碴壩，分層碾壓密實(shí)。

（6）按設(shè)計(jì)要求棄碴到設(shè)計(jì)高程。

（7）施作洞頂排水溝，并將排水溝分別與各隧道洞口天溝銜接，形成完整的碴場(chǎng)天溝排水系統(tǒng)。

（8）為保證攔河壩達(dá)到截流攔蓄的效果，地表水不向攔河壩下游碴場(chǎng)擴(kuò)散，攔河壩兩側(cè)鋪設(shè)防滲土工膜。

3.2 棄碴場(chǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）為確保碴場(chǎng)的穩(wěn)定，棄碴應(yīng)分層進(jìn)行，分層厚度不大于1 m，并碾壓密實(shí)，壓實(shí)度k≥0.9，棄碴填筑邊坡不得陡于1∶1.5，平臺(tái)寬度20 m，分段高度不大于8 m。

（2）棄碴場(chǎng)坡腳設(shè)置C25混凝土攔碴壩，攔碴壩底設(shè)兩排鋼軌樁，梅花型布置。在攔碴壩前設(shè)置消能池，在壩內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流洞進(jìn)行導(dǎo)流。

（3）碴頂邊緣自然坡體上設(shè)截水天溝，作為碴場(chǎng)的排水系統(tǒng)。

（4）在碴場(chǎng)頂面做成縱向3 ‰的排水坡，橫向3 ‰排水坡排入碴場(chǎng)頂面中心溝。在棄碴底部鋪設(shè)盲溝。

（5）棄碴前必須完成擋碴墻、消能池、下游自然溝的清理鋪砌、排水溝、盲溝等工程的修建。

（6）隧道棄碴體積大，地面橫坡相對(duì)較陡，為確保棄碴及下坪站路基整體穩(wěn)定，設(shè)置兩排抗滑樁。

（7）為避免棄碴填筑及壓實(shí)過(guò)程使抗滑樁發(fā)生較大位移，抗滑樁施工完成后再棄碴。

（8）棄碴必須由上游向下游逐步推進(jìn)棄置，已棄碴體頂面應(yīng)留出排水通道，待棄碴壓實(shí)后再施做泄洪槽。

（9）為了方便在碴場(chǎng)頂部種植綠化進(jìn)行防護(hù)，在棄置廢碴前要將碴場(chǎng)地表所覆蓋的土體進(jìn)行剝離并存放到某一固定位置，待棄碴完成并對(duì)碴場(chǎng)頂面進(jìn)行平整后，將該覆土置于棄碴表面（厚度不小于0.4 m），并對(duì)碴頂面及坡面進(jìn)行綠化。

（10）棄碴前必須完成攔碴壩、下游自然溝的鋪砌、排水溝、盲溝等工程的修建。

4 結(jié)論與建議

總結(jié)以往棄碴場(chǎng)的設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，目前棄碴場(chǎng)設(shè)計(jì)工作依然采用傳統(tǒng)思路，對(duì)設(shè)計(jì)流程沒(méi)有系統(tǒng)性統(tǒng)籌規(guī)劃，設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)之間聯(lián)系不緊密，設(shè)計(jì)文件較為碎片化，導(dǎo)致部分棄碴場(chǎng)存在選址不盡合理。同時(shí)，個(gè)別施工單位環(huán)境保護(hù)及安全意識(shí)不強(qiáng)，不遵從設(shè)計(jì)要求，隨意進(jìn)行棄碴，出現(xiàn)堆碴形式不合理、防護(hù)體系不完善、生態(tài)恢復(fù)措施不到位等問(wèn)題，出現(xiàn)不少環(huán)保及安全隱患，甚至產(chǎn)生次生災(zāi)害。在讓綠水青山變成金山銀山的頂層設(shè)計(jì)的理念下，希望能夠引起各參建單位的重視，真正做到從設(shè)計(jì)源頭就做好棄碴工作。

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