铁路工程表土资源保护及利用研究

张春晖

（中国铁路设计集团有限公司 机械动力与环境工程设计研究院，天津 300308）

0 引言

随着生态文明建设的深入开展，国家对表土资源的重要性认识越来越深刻，《中华人民共和国水土保持法》第三十八条规定：“对生产建设活动所占用土地的地表土应当进行分层剥离、保存和利用”。目前，国内生产建设项目数量多、类型广，土石方开挖、回填量大，部分表层土及地表植被易遭到破坏，表土流失量较自然状态下显著增加，易引起河道淤积及水质污染[1]。

铁路工程建设初期，需要清除地表附着的原生植被并剥离表土，如果实施过程中将表土作弃方处置则浪费土壤资源；在工程建设后期，站场、路基边坡、弃土(渣)场、大临工程进行生态恢复时表土资源匮乏，会影响植被恢复进展及恢复效果，增加绿化费用，可能对铁路沿线的其他土地资源造成影响。

因此，表土作为难以再生、生态价值显著的基础性资源，如何有效的剥离、科学的保护和合理的利用并发挥其最大价值，已成为生产建设过程中亟待解决的关键问题[1]。目前铁路行业在表土资源保护及利用方面的相关研究较少，技术及经验不足，亟需补齐短板，为铁路生态文明建设做好技术储备。为此，以长三角地区某铁路建设项目为例，针对铁路建设过程中表土剥离、保护和利用存在的问题、技术标准、实施方法展开探讨，为表土剥离、保护和利用综合防护措施体系的建立提供借鉴。

1 项目概况

1.1 项目区工程概况

该项目位于我国长三角地区的上海市、江苏省和安徽省境内，大致沿长江北岸东西走向，涉及3 个省(市)7 个市(区)24 个县(市、区)，新建正线线路长度519.20 km，其中路基总长21.66 km，桥梁总长474.23 km/31 座，隧道长度23.31 km/4 座，全线桥隧比95.83%。工程占地面积共计3 164.17 hm2(永久占地2 298.09 hm2，临时占地866.08 hm2)，表土剥离共计484.27 万m3，全线设111 处表土临时堆放场，表土临时堆放场设置于各工程区征地红线范围不影响施工的位置，不再新增临时堆置场地，剥离表土均用于后期绿化或复耕。

1.2 项目区自然概况

该项目沿线地貌类型主要为平原微丘区，依次经过滨海平原、新三角洲平原、丘陵岗地、冲积平原、剥蚀丘陵及低山丘陵等地貌单元。沿线各城市多年平均气温13.9~16.4℃，多年平均降雨量1 055.7~1 293.2 mm，年平均蒸发量843.9~1 568.9 mm，年均风速1.8~3.8 m/s。项目区气候类型属亚热带季风气候区，土壤类型以水稻土和潮土为主，土壤可蚀性相对较小，土壤侵蚀类型为水力侵蚀，侵蚀强度平原区以微度侵蚀为主，低山丘陵区以轻度侵蚀为主。项目区耕地占比大，植被类型以亚热带常绿阔叶林为主，林草覆盖率约为13%~35%。

2 表土保护概述

2.1 表土剥离

表土剥离是指将占用耕地、园地、林地、草地等的表土剥离出来用于损毁土地的植被恢复、土地复垦等，需重点关注表土剥离原则、剥离厚度、剥离方法及机械选择等方面[2]。

2.1.1 表土剥离原则

表土具有不可再生性，表土剥离应遵循“应剥尽剥”原则；具体实施阶段表土剥离应遵循“先永后临、先易后难、先厚后薄、先高后低”的原则；表土剥离应避开降雨及大风天气，以避免水蚀、风蚀及径流冲刷加剧水土流失。表土评价分类及表土剥离优先级划分如表1所示。

表1 表土评价分类及表土剥离优先级划分

2.1.2 表土剥离厚度

表土剥离前应进行现场表土调查，结合表土层厚度、土壤肥力、后期土地利用方向及施工条件等因素综合确定，依据《水土保持工程设计规范》(GB 51018—2014)[3]，表土剥离厚度可取20～80 cm，但应在地下水常水位以上。对于不同水土流失类型区推荐表土剥离及回覆厚度如表2所示。

表2 不同水土流失类型区推荐表土剥离及回覆厚度

2.1.3 表土剥离方法及机械选择

目前国内普遍使用的表土剥离方法主要有3 种，分别为条带剥离法、梯田模式剥离法和分层平移剥离法。较为常用的表土剥离机械为推土机、拖式铲运机及挖掘机等。各表土剥离方法对照情况如表3 所示、表土剥离机械对照情况如表4所示。

表3 不同表土剥离方法对照分析

表4 表土剥离机械对照分析

2.2 表土保护

2.2.1 表土堆放原则

临时堆土场的选址不得影响周边重要基础设施、居民点的安全，按照就近原则、交通便利确定堆放位置。

（1）分层堆放。表土剥离后，区分熟土和半熟土，各土层分开堆放便于回覆阶段更好发挥表土价值。

（2）堆放高度。为促进土壤内部气体流动，保证土壤微生物存活、维持土壤养分，表土堆高一般不超过4 m。边坡比控制在1:2以内。

（3）堆放位置。表土堆放原则上应堆放于征地红线范围或主体工程临时征地不影响施工的区域。堆土区边长或直径宜<20 m。

2.2.2 表土堆放方式

项目区地形地貌是影响表土堆放方式的首要因素，一般可分为5 类：填洼(塘)堆土、平地堆土、坡面堆土、山坳堆土、沟道堆土[5]。

推荐堆土方式依次为：填洼(塘)堆土、平地堆土、山坳地堆土、坡面堆土。沟道堆土易发生上游集水区域地表径流冲刷坡面，故不推荐。

2.3 表土利用

剥离的表土富含大量的有机质、营养元素和本地种子库，可用于植被恢复、土地复垦、土壤修复等，利用自身剥离表土的优势主要有2 个方面：表土含有较多有机质，有利于改善土壤理化性质，提升土壤发育初期质量；表土所含营养元素及本地种子库，可促进本区域植物生长及植被群落建设，实现回覆区域与周边地貌的和谐统一[6]。

表土利用应坚持3 个分配原则：先原后异，应先满足原地利用，剩余表土可考虑区间调配或异地利用；先永后临，应优先用于本工程永久用地的绿化或复垦；先高后低，应先用于高标准植被建设及土地复垦区域[7]。回覆覆土方式主要有4种，分别为平面均匀式、圆形点状式、坑状式、带(条)状方式，不同覆土方式适用范围及要求如表5所示。

表5 不同覆土方式适用范围及要求

3 铁路表土剥离、保护及利用

3.1 铁路项目表土剥离

3.1.1 沿线表土调查

该工程项目区分布的土壤类型主要为水稻土和潮土，部分地区分布粗骨土、海滨盐土、黄棕壤等。根据区域地层岩性特征的调查结果，占地范围内表层土壤厚度约为10~50 cm。其中，平原地区林地可剥离厚度10~20 cm，低山丘陵区林地可剥离厚度5~15 cm，占用林地的隧道洞口、取土场、弃土(渣)场边坡坡度较大，表土不易剥离，部分渣场沟心区域为草地，表土夹杂碎石，不易分离。工程沿线土壤表土层厚度情况如表6所示。

表6 工程沿线土壤表土层厚度情况

3.1.2 表土剥离厚度及方法

工程施工准备期对占地类型为耕地、园地、林地、草地的区域进行表土剥离。结合项目区实际情况及表土层分布综合确定剥离厚度：耕地、园地30 cm，林地、草地15 cm，回覆厚度15~50 cm 不等。表土剥离面积结合表土分布情况估算，施工扰动较大的区域表土按面积剥离，施工生产生活区现状植被覆盖、施工扰动很小的区域不剥离。

工程表土剥离采用机械剥离为主、人工剥离为辅的方式进行作业。地形较为平坦的区域采用机械进行剥离，而地形较陡、机械无法操作的地方可采用人工剥离表土。

3.2 铁路项目表土保护

表土临时堆放及保护期间为防止水土流失，采取临时种草、临时拦挡、临时排水沟等措施进行防护。工程共剥离表土484.27 万m3，区间调配144.91 万m3，表土回填484.27万m3。

3.2.1 表土临时堆放场设置

全线共设置表土临时堆土区111 处，总占地面积152.57 hm2，其中57 处堆置于站场、桥梁、隧道、路基工程区征地红线范围不影响施工的区域，54处堆置于工程施工生产生活区、弃土(渣)场、取土场临时占地范围内，均不新增临时占地。各工程区表土临时堆放场设置情况如表7所示。

表7 各工程区表土临时堆放场设置情况

3.2.2 堆置方式及堆放时间

表土临时堆放场应集中堆置于以上指定位置。按照“先拦后堆”原则，堆土前先在堆土场周边布设填土编织袋拦挡后方可堆存土方。当场地表面倒满后播撒草籽，表层土应保持一定适度透水性，利于后期苫盖期植被生长。同时，土堆顶面应保持中间高于周边的三角状，便于排水。每处临时堆土场最大堆渣高度不宜超过4 m。表土临时堆放时间自表土剥离存放开始至土建施工完成后；表土不宜长期堆放，具备回覆条件后应及时覆土绿化、复耕。

3.2.3 表土堆存期防护

表土堆存期内，自然沉降、水蚀和风蚀均会引起表土结构损坏和养分流失，为有效保护堆存期内的表土资源，应当采取临时拦挡、临时排水、临时沉沙及临时覆盖等措施进行系统性防护。

（1）临时拦挡。铁路工程临时拦挡措施有装土编织袋拦挡、土埂、干砌石挡墙等；结合堆土区地形地貌，平地堆土宜在堆土区周边布设，坡面堆土应在边坡下侧修建临时拦挡。临时拦挡工程的规模应根据堆土高度、地面坡度、降雨强度等分析确定，本工程表土临时堆高均控制在4 m 以下，坡度为1:1.5 至1:2.0，坡脚四周采用装土编织袋拦挡，梯形断面，顶宽0.5 m、高1.0 m，边坡1:0.5。

（2）临时排水。堆土场周边及下游设置临时排水设施：排水沟、暗涵、抽排水管等。临时排水规模应根据排水级别、汇水面积、径流系数、降雨量等因素分析确定。本工程施工利用期间，为防止堆土区内积水影响施工，拟在各自堆场四周设置简易排水沟。堆土场临时排水沟采用梯形断面，底宽40 cm、深40 cm，边坡1:0.5，只开挖不衬砌，边坡需拍实。

（3）临时沉沙。排水沟末端设置沉沙池，沉沙池容量根据一次暴雨搬运堆积泥沙量来确定。本工程临时沉沙池尺寸4 m×2 m×1.5 m(长×宽×深)，开挖边坡1:0.5，以利于边坡稳定，只开挖，不衬砌，沉沙池使用期间应定期挖泥清淤。沉沙池上层雨水可用作绿化灌溉、车辆冲洗及洒水降尘等，场地利用结束后，回填沉沙池。

（4）临时覆盖。临时覆盖措施应根据堆放时长分别确定：①对堆放时间较短、不超过一个生长季节的表土，采用密目网、土工布、防尘网等临时覆盖，风沙区场地可采用砾石覆盖；②对堆放时间较长的表土，应进行临时种草，减少表土流失，改善土壤结构和肥力。该工程各防治分区施工时间均超过1 年，故表土堆土场采用撒播草籽覆盖。

3.3 铁路项目表土调配及利用

3.3.1 表土调配、利用原则

（1）就近利用原则。该工程表土利用遵循“就近利用”原则，对于表土剥离数量不足的临时占地迹地恢复区域，可考虑调配利用临近区域富余表土资源，避免增加新的工程创面。

（2）节约成本原则。利用该工程剥离表土可减少外购种植土费用；同时，表土中富含有机质和营养元素，可减少生土培育过程中有机肥、缓释性复合肥等用量，最大限度节约成本。

（3）充分利用原则。该工程表土利用坚持以表土剥离为出发点，以充分利用为落脚点，过程中做好剥离与利用的衔接，避免表土闲置浪费，做到应用尽用，发挥表土价值[8]。

3.3.2 表土调配、利用方案

该工程表土剥离面积1 758.67 hm2，表土回填面积1 593.87 hm2，共剥离表土484.27 万m3，剥离表土优先用于本区域回填，富裕表土资源就近调配至临近临时占地区域用于后期迹地恢复，本次区间调配表土量144.91万m3，表土回填484.27万m3。各防治分区表土剥离、调配及回填情况如表8、图1所示。

图1 表土流向图

表8 表土剥离及回填平衡表

4 结束语

根据铁路工程建设的实际情况和项目区自然环境特征，量身定制表土剥离、保护及利用方案[6]，通过沿线表土实地调查确定表土剥离厚度及剥离量，利用工程永久及临时占地区域设置表土临时堆放场，采用拦挡、排水、沉沙、覆盖措施防止堆放期水土流失，结合工程植被恢复及复耕需求有效调配表土资源，进而建立系统的表土资源防护措施体系，工程表土保护率可达95%。在国家大力推动生态文明建设的背景下，绿色铁路建设稳步提升，在保障主体工程稳定安全的前提下，最大限度减少铁路建设扰动地表面积，优先开展工程土石方资源化、减量化、无害化利用，不断提高植被覆盖率已成为行业共识。同时，在努力实现“双碳”战略目标的大环境下，铁路行业碳减排更需充分利用表土资源，有效发挥其含有较好有机养分及本地种子库等特点，助力铁路工程生态体系及植被恢复高质量建设、提高复耕土地生产力。