王冠琪

（中國(guó)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）

黨的十八屆五中全會(huì)提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享的新發(fā)展理念，其中，綠色是新發(fā)展理念的重要內(nèi)容之一，是要解決好人與自然的和諧共生問(wèn)題，要把經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過(guò)程和結(jié)果的“綠色化”“生態(tài)化”作為綠色發(fā)展的主要內(nèi)容和途徑。設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)鐵路工程綠色發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在初步設(shè)計(jì)階段通過(guò)優(yōu)化土石方數(shù)量、占地面積等內(nèi)容，最大限度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)與破壞，是貫徹綠色發(fā)展理念的根本要求和基本做法[1-4]。本文以某鐵路工程為例，從設(shè)計(jì)優(yōu)化輔助坑道數(shù)量、線(xiàn)路縱斷面、提高隧道棄渣綜合利用率、減少取棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量及占地等方面研究鐵路工程設(shè)計(jì)如何踐行綠色發(fā)展理念。

1 項(xiàng)目概況及分析

1.1 項(xiàng)目概況

新建某鐵路線(xiàn)路全長(zhǎng)429.771 km，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值350 km/h。隧道占比約50%，橋梁占比約27%，路基占比約23%。工程沿線(xiàn)屬中低山丘陵區(qū)，總體地勢(shì)為西南低東北高，地形起伏，溝谷縱橫。原初步設(shè)計(jì)挖方5 609.84 萬(wàn)m3，填方1 711.32 萬(wàn)m3，利用方586.37萬(wàn)m3，借方1 124.94萬(wàn)m3，棄方5 023.47萬(wàn)m3。共設(shè)置222處棄土(渣)場(chǎng)、占地面積767.43 hm2，25處取土場(chǎng)、占地面積78.79 hm2，18處隧道輔助坑道。

1.2 問(wèn)題分析

（1）局部工點(diǎn)形式不合理引起土方量增加。該工程原初步設(shè)計(jì)挖填比3.28，挖方遠(yuǎn)大于填方，應(yīng)考慮在淺路塹地段，通過(guò)適當(dāng)調(diào)高縱斷面，以橋梁的形式跨越山體，減少挖方路塹的工點(diǎn)長(zhǎng)度，從而解決挖方量過(guò)大的問(wèn)題；將部分隧道進(jìn)出口的短橋梁改為短路堤，路堤填方利用隧道挖方，從而解決挖方利用率低的問(wèn)題。

（2）隧道輔助坑道數(shù)量設(shè)置不合理引起挖方量及臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)面積增加。隧道輔助坑道的作用是加快工程進(jìn)度，從而緩解長(zhǎng)隧道對(duì)整條線(xiàn)路工期的制約，但除作為緊急出口或避難所的輔助坑道外，挖掘輔助坑道在施工結(jié)束后無(wú)利用價(jià)值，施工過(guò)程中對(duì)地表植被擾動(dòng)劇烈，不符合綠色發(fā)展理念，應(yīng)考慮施工工藝、施工組織是否有優(yōu)化提升空間，在滿(mǎn)足工期的前提下，優(yōu)化斜井設(shè)置數(shù)量。

（3）土石方利用率不高引起臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)面積增加。該工程原初步設(shè)計(jì)挖方5 609.84 萬(wàn)m3，利用方586.37萬(wàn)m3，利用率僅10.45%，近90%的棄渣需要單獨(dú)設(shè)置棄土(渣)場(chǎng)安置，易造成沿線(xiàn)耕地、林地的擾動(dòng)破壞；另一方面，鐵路工程建設(shè)需要外購(gòu)、自采石料和土方作為混凝土骨料、路基填料，既不經(jīng)濟(jì)，又造成了新的地表擾動(dòng)，不符合綠色發(fā)展理念，應(yīng)考慮提高鐵路工程自身的土石方利用率，減少外部供給。

（4）棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量過(guò)多引起臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)面積增加。該工程原初步設(shè)計(jì)棄方5 023.47萬(wàn)m3，共設(shè)置棄土(渣)場(chǎng)222 處，平均2 km 設(shè)置1 處，每處平均棄渣約22.63萬(wàn)m3，棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量過(guò)多。該工程沿線(xiàn)植被良好，施工過(guò)程中對(duì)地表植被擾動(dòng)破壞劇烈，不符合綠色發(fā)展理念，在提高棄渣利用率的前提下，應(yīng)適當(dāng)合并優(yōu)化棄土(渣)場(chǎng)設(shè)置數(shù)量及占地面積。

（5）取土場(chǎng)數(shù)量過(guò)多引起臨時(shí)用地?cái)_動(dòng)面積增加。該工程原初步設(shè)計(jì)借方1 124.94萬(wàn)m3，共設(shè)置25處取土場(chǎng)，在優(yōu)化縱斷面、提高填料利用率后，取土場(chǎng)數(shù)量和借方量應(yīng)有優(yōu)化空間。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 縱斷面優(yōu)化

對(duì)部分路塹段落抬高縱斷面，以橋梁的形式跨過(guò)山體，可減少工程挖方從而減少棄土量；對(duì)部分隧道口附近的橋梁工點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整縱斷面，改為路基填方，利用隧道挖方作為路基填方，可增加隧道挖方利用量。

2.1.1 抬高縱斷面，以橋梁替代路塹

全線(xiàn)共對(duì)4 處工點(diǎn)的縱斷面進(jìn)行了抬高，以橋梁替代路塹，調(diào)整后合計(jì)減少棄方56.05 萬(wàn)m3。優(yōu)化情況如表1所示。

2.1.2 以路堤替代橋梁

為增加隧道棄渣利用量，全線(xiàn)共將2 處橋梁工點(diǎn)調(diào)整為路堤工點(diǎn)，合計(jì)增加路基填方18.05 萬(wàn)m3，全部采用隧道棄渣，優(yōu)化概況如表2所示。

2.2 輔助坑道優(yōu)化

在合理選擇施工進(jìn)度指標(biāo)的情況下，根據(jù)圍巖狀況優(yōu)化輔助坑道布設(shè)，減少環(huán)境擾動(dòng)和工程投資。原初步設(shè)計(jì)共對(duì)13 座隧道設(shè)置了18 處輔助坑道，通過(guò)調(diào)整隧道施工進(jìn)度指標(biāo)，在保證工期的前提下，可以減少2 處輔助坑道，優(yōu)化后，斜井長(zhǎng)度減少511 m，隧道出渣量減少3.2 萬(wàn)m3。同時(shí)，由其引起的施工便道減少2.5 km，臨時(shí)電力線(xiàn)減少4 km，臨時(shí)占地面積減少2.27 hm2。

表1 以橋梁替代路塹優(yōu)化概況

表2 以路堤替代橋梁優(yōu)化概況

2.3 隧道棄渣綜合利用

通過(guò)增加填方路基對(duì)隧道出渣的利用量、增加填方站場(chǎng)對(duì)隧道出渣的利用量、將隧道出渣作為施工混凝土骨料利用3個(gè)途徑提高隧道棄渣的利用率。

（1）增加填方路基對(duì)隧道出渣的利用量。根據(jù)施工組織方案，對(duì)路基工程利用隧道棄渣可實(shí)施性進(jìn)行計(jì)算，原初步設(shè)計(jì)路基利用隧道棄渣92.60 萬(wàn)m3，調(diào)整后共利用隧道棄渣199.04萬(wàn)m3，增加利用方106.44萬(wàn)m3。

（2）增加填方站場(chǎng)對(duì)隧道出渣的利用量。原初步設(shè)計(jì)車(chē)站利用隧道棄渣43.77 萬(wàn)m3，調(diào)整后共利用隧道棄渣142.18萬(wàn)m3(其中1號(hào)車(chē)站14.82萬(wàn)m3、2號(hào)車(chē)站1.62萬(wàn)m3、3號(hào)車(chē)站17.13萬(wàn)m3、4號(hào)車(chē)站41.35萬(wàn)m3、5 號(hào)車(chē)站22.38 萬(wàn)m3、6 號(hào)車(chē)站11.26 萬(wàn)m3、7 號(hào)車(chē)站33.62萬(wàn)m3)，增加利用方98.41萬(wàn)m3。

（3）隧道出渣利用為混凝土骨料。全線(xiàn)可利用隧道棄渣作為粗骨料數(shù)量共計(jì)493.13萬(wàn)m3。

綜上，原初步設(shè)計(jì)利用隧道出渣136.37萬(wàn)m3，優(yōu)化后利用隧道出渣834.35萬(wàn)m3，增加利用量697.98萬(wàn)m3。隧道棄渣綜合利用優(yōu)化概況如表3所示。

表3 隧道棄渣綜合利用優(yōu)化概況

2.4 棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化

棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化的前提是提高隧道出渣利用率，減少永久棄渣數(shù)量，通過(guò)充分利用可棄渣的庫(kù)容，合并距離較近的棄土(渣)場(chǎng)，有效減少棄土(渣)場(chǎng)設(shè)置數(shù)量，減少環(huán)境擾動(dòng)。原初步設(shè)計(jì)全線(xiàn)路基、站場(chǎng)、隧道共設(shè)棄土(渣)場(chǎng)222 處，通過(guò)加大隧道棄渣利用率，調(diào)整合并部分棄土(渣)場(chǎng)，調(diào)整后共設(shè)棄渣場(chǎng)96 處，減少126 處。由此引起的施工便道減少124.7 km，臨時(shí)占地共減少了56.24 hm2。

2.5 取土場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化

取土場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化的前提是提高本工程自身挖方的利用率，從而減少外購(gòu)、自采取土場(chǎng)數(shù)量。原初步設(shè)計(jì)全線(xiàn)共設(shè)置取土場(chǎng)25處，本次研究在加大隧道棄渣利用的基礎(chǔ)上，對(duì)取土場(chǎng)設(shè)置進(jìn)一步調(diào)整，調(diào)整后全線(xiàn)設(shè)置取土場(chǎng)16處，較原初步設(shè)計(jì)核減9處。

3 效益分析

（1）縱斷面優(yōu)化。4 處以橋梁替代路塹工點(diǎn)合計(jì)減少棄方56.05 萬(wàn)m3，但同時(shí)由于縱斷面抬高，引起調(diào)整范圍內(nèi)平均橋高增加，工程投資合計(jì)增加5 743.4萬(wàn)元。2處以路堤替代橋梁合計(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。

（2）輔助坑道數(shù)量?jī)?yōu)化。全線(xiàn)減少2處輔助坑道，斜井長(zhǎng)度減少511 m，隧道出渣量減少3.2萬(wàn)m3，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(xiàn)減少4 km，臨時(shí)占地面積減少2.27 hm2，投資減少234萬(wàn)元。

（3）隧道棄渣綜合利用。原初步設(shè)計(jì)利用隧道棄渣合計(jì)136.37萬(wàn)m3，本次研究重點(diǎn)對(duì)填方路基、站場(chǎng)及混凝土骨料3 個(gè)方面進(jìn)一步增加利用率，優(yōu)化后合計(jì)利用隧道棄渣834.35 萬(wàn)m3，工程投資減少16 418萬(wàn)元。

（4）棄土(渣)場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化。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，工程投資減少17 355 萬(wàn)元，臨時(shí)占地減少65.06 hm2；同時(shí)，由其引起的施工便道減少124.7 km，臨時(shí)占地減少了56.24 hm2，工程投資減少4 273萬(wàn)元。

（5）取土場(chǎng)數(shù)量?jī)?yōu)化。取土場(chǎng)數(shù)量減少，引起截排水、植被恢復(fù)等工程數(shù)量相應(yīng)減少，工程投資減少496 萬(wàn)元，臨時(shí)占地減少11.72 hm2；同時(shí)，由其引起的施工便道長(zhǎng)度減少1.8 km，臨時(shí)占地減少0.58 hm2(包括施工便道占地、取土場(chǎng)占地)，工程投資減少48.6萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)優(yōu)化，該工程共減少占地面積140.60 hm2，減少棄渣量775.28 萬(wàn)m3，從土石方數(shù)量、占地面積上均較原初步設(shè)計(jì)方案有所減少，除上述優(yōu)化方向外，還可從橋下攤鋪棄土、橋下取棄土相結(jié)合、路基幫寬利用棄土等方面進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少取棄土數(shù)量。