云南公路弃渣场分布特征及其影响因素分析

2021-09-09冯明明税大洲潘俊良

公路交通技术 2021年4期

叶咸，冯明明，税大洲，尹淏，潘俊良

(1.云南省交通规划设计研究院有限公司陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室，昆明 650041； 2.云南交通咨询有限公司，昆明 650499)

西南山区是我国重要的生态功能区，在水源涵养、生物多样性保护、土壤保持等方面具有极为重要的意义。云南省是我国西南山区大省，十三五期间，新增高速公路里程近6 000 km。公路建设过程中，产生的大量废弃土石方堆放于弃渣场中。弃渣场若出现滑坡、泥石流等地质灾害，将对环境保护、水土保持、公路建筑物等造成严重的安全隐患。弃渣场工程一般归入水利行业，在公路行业研究较浅。通过分析近年来的文献发现，目前围绕弃渣场方面的研究工作主要集中在弃渣场的选址布置[1-4]、弃渣场边坡稳定性分析方法[5-9]、弃渣场泥石流、水土保持监测[10-13]、植被恢复[14]等方面，针对公路线性工程项目弃渣场分布方面的研究较少。本文在分析云南省地质环境背景条件及路网情况基础上，搜集在建及部分规划建设的道路资料，分析弃渣场数量与公路建设里程、桥隧比等的关系，以期为西南山区高速公路弃渣场的选址布置和规划设计提供依据。

1 地质环境背景条件

1.1 区域地质构造特征

云南省位于云贵高原，处于印度板块与欧亚板块碰撞带的东缘部位，随着印度板块向北东向移动，其前锋进入欧亚板块底部，导致接触带不断向上隆升，形成喜马拉雅山脉、青藏高原和横断山脉及滇东高原。因此云南境内构造运动极为强烈，深大断裂等构造尤为发育[10]。

1.2 地形地貌特征

云南省地形地貌在长期的地质历史时期中，内外地质营力活跃，形态丰富。省内整体地势从北西向南东倾斜，江河顺地势呈扇形分别向东、东南、南流去[10]。根据地质构造、地形地貌可将云南省分为滇西横断山地、滇中红色高原和滇东喀斯特高原3个地貌单元，如图1所示。云南省地形地貌呈高原波状起伏、高山峡谷相间分布、地势自北西向南东3大阶梯递降、断陷盆地广泛分布的显著特点。

1.3 地层岩性特征

在云南省境内，各个地层年代、各类岩石均有分布，其中的一些地层，特别是松散岩土体、软弱岩层等与地质灾害关系紧密。在滇东高原岩溶发育，上覆地层分布有红粘土、膨胀土等，易受降雨、干湿循环条件影响。滇中及滇西区域分布了泥岩、粉砂质泥岩等红层岩土体，受气候影响，风化强烈。受人类工程活动影响的弃渣体，其稳定性较原岩斜坡更弱。

云南省独特而复杂的地质环境背景条件，对省内公路建设形成了制约，公路建设过程中，选线难度大，需增加更多的桥梁、隧道、深挖高填等大量人工构筑物，对弃渣场的布置、建设也产生了影响。

图1 云南省地貌单元分区

2 公路弃渣场分布情况

本文搜集了云南省境内51条高速公路的施工图设计资料、水保专项设计资料和环境影响评价报告，涉及高速公路里程3 295.38 km，如图2所示，共规划弃渣场1 369座，平均每2.4 km就有一座弃渣场。

图2 云南高速公路路网

图2中黑色路网表示纳入统计的高速公路，基本涵盖了云南省各个地貌单元区，涉及公路包括新建的双向4车道、6车道、8车道高速公路以及改扩建双向4车道、6车道高速公路。

在公路建设过程中，弃渣场数量可能根据实际需要发生较大变更，因此环境影响评价报告中规划的弃渣场数量可能与实际数量不同。为了准确分析弃渣场数量与公路里程的关系，剔除了源于环境影响评估报告中的线路，仅保留水保专项设计和施工图设计中的32条高速公路，见表1，统计公路总里程2 010.59 km，一共设置了744座弃渣场，即平均每2.7 km设置1座弃渣场。

表1 主要高速公路弃渣场设置情况

为进一步分析新建高速、改扩建高速公路和不同车道数量下弃渣场与线路长度的关系，对统计数据进行回归分析，结果表明，高速公路线路长度与设置弃渣场数量具有明显的正相关关系，如图3所示。

(a) 新建双向4车道

(b) 新建双向6车道

在新建双向4车道高速公路上，平均每2.01 km设置1座弃渣场，R2=0.70，表明线路长度与弃渣场数量相关性较高，如图3(a)所示；在新建双向6车道高速公路上，平均每1.59 km设置1座弃渣场，R2=0.88，表明线路长度与弃渣场数量相关性很高，如图3(b)所示；在改扩建高速公路上，平均每25.78 km设置1座弃渣场，R2=0.74，线路长度与弃渣场数量相关性较高，如图3(c)所示。

由表1和图3可知，单位长度的新建高速公路较改扩建高速公路需建弃渣场数量更多，且随车道数量的增加，单位长度高速公路需建更多的弃渣场。

3 弃渣场分布影响因素分析

弃渣场主要用于堆放高速公路建设过程中产生的废弃土石方，根据王韬等[3]的分析，山区高速公路弃渣场可分为锁口型弃渣场、敞口型弃渣场以及坡面型弃渣场，弃渣场分布主要受地形条件的限制。本文在搜集大量数据的基础上，对弃渣场分布与桥梁占比、隧道占比、地形地貌以及流域地形切割的关系进行了分析。

3.1 弃渣场分布与桥梁占比的关系

在新建双向4车道高速公路上，经过回归分析后，R2=0.089，表明线路桥梁占比与弃渣场数量相关性很低，如图4(a)所示；在新建双向6车道高速公路上，经过回归分析后，R2=0.02，表明线路桥梁占比与弃渣场数量相关性很低，如图4(b)所示；在改扩建高速公路上，回归曲线斜率为负，R2=0.91，表明线路桥梁占比与弃渣场数量相关性很高，即桥梁占比越高，弃渣场数量越多，如图4(c)所示。

(a) 新建双向4车道

(b) 新建双向6车道

根据上述分析发现，在新建高速公路上，桥梁占比与弃渣场数量没有直接的相关关系。在公路建设过程中，一般桥梁产生的废方较少，即桥梁数量或长度若越大，弃渣场数量可能相应减少。但是桥梁数量或长度大的地方，相应的高填深挖量不会小，致使弃渣场量会增加，进一步说明桥梁占比与弃渣场数量的对应关系较为复杂。

3.2 弃渣场分布与隧道占比的关系

在新建双向4车道高速公路上，经过回归分析后，R2=0.074，表明线路隧道占比与弃渣场数量相关性很低，如图5(a)所示；在新建双向6车道高速公路上，经过回归分析后，R2=0.167，表明线路隧道占比与弃渣场数量相关性很低，如图5(b)所示；在改扩建高速公路上，回归曲线斜率为负，R2=0.81，表明线路隧道占比与弃渣场数量相关性很高，即隧道占比越高，弃渣场数量越多，如图5(c)所示。

(a) 新建双向4车道

(b) 新建双向6车道

与桥梁占比情况较为相同，在新建高速公路上，隧道占比与弃渣场数量没有直接的相关关系。在公路建设过程中，隧道是一个连续地下工程。隧道长度越长，导致弃渣场数量越少，但是弃渣量会相应增加。若某线路隧道短而数量多，则弃渣场数量多，反之若隧道长，隧道占比多，弃渣场数量仍会少，从而隧道占比与弃渣场数量的相关关系不明显。

3.3 弃渣场分布与地貌的关系

李昆等[15]根据云南省地质构造特征及地貌形态，划分了云南省公路地貌分区，包括2个地貌区，9个地貌小区，分布如图6所示，地貌区弃渣场布置情况见表2，二者关系如图7所示。

图6 云南省公路地貌分区

由表2及图7可知，每个弃渣场涉及线路长度小于2 km的地貌小区(Ⅰ3及Ⅱ2区)有一定的地形坡度，具有弃渣场选址条件，因此弃渣场数量多而弃渣量小；每个弃渣场涉及线路长度介于2 km～2.5 km地貌小区(Ⅰ2及Ⅱ1区)、介于2.5 km～3 km的地貌小区(Ⅰ1及Ⅱ5区)及小于3 km的地貌小区(Ⅰ4、Ⅱ4及Ⅱ6区)地形坡度总体较缓，为了节约占地面积，考虑到综合运输成本等因素，弃渣场数量少，弃渣量大。

上述分析结果表明，弃渣场的分布受地形地貌的控制作用较为明显，在地形坡度较大区，若地形切割深度小，具有较好的选址条件，则可多设置弃渣场，这类弃渣场堆渣量小；若地形切割较深，选址条件较差，则需要设置数量少而堆渣量大的弃渣场；在地形坡度较缓区，运输成本低，占地费用高，则一般设置数量少而堆渣量大的弃渣场。