高速鐵路工程建設水土流失防治初探

雷曉琴 江民 張昕川

摘 要：高速鐵路建設跨度大，周期長，在建設過程中，會造成一定的生態環境壓力，尤其會加劇建設區水土流失，影響區域生態安全。以高速鐵路建設的生態影響為出發點，闡述了高速鐵路建設水土流失成因和治理重點，探討了水土流失防治思路和策略，指出治理高鐵建設水土流失需針對水土流失過程進行管理，提高水土流失防治措施的可靠性。相關成果可為高速鐵路水土流失綜合防治提供技術支持。

關鍵詞：高速鐵路；水土流失；生態環境

中圖分類號：S175.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

收稿日期：2023-04-17

作者簡介：雷曉琴，女，高級工程師，碩士，主要從事水土保持和環境保護工作。E-mail：53870843@qq.com

通信作者：江 民，男，高級工程師，博士，主要從事水土保持與荒漠化治理工作。E-mail：664288094@qq.com

高速鐵路（以下簡稱“高鐵”）因其速度快、運力大、安全舒適、高效環保等獨特優勢，在城市間生產要素流的空間傳導和優化重組等方面發揮著重要作用，是實現地區間資源高效調度的重要推動力[1]，在高速交通運輸體系中具有不可替代的戰略價值[2]。然而，高速鐵路作為典型線性工程，在建設過程中會對沿線生態環境造成一定壓力，尤其是近年來社會經濟的快速發展，高鐵建設規模不斷擴大，加劇了水土流失等一系列生態問題[3]，制約著生態、社會和經濟的可持續發展。高鐵建設的水土流失防治技術源自普通鐵路的治理經驗。目前，針對高鐵建設水土流失的研究主要從水土流失量預測[4]、水土保持監測[5]和驗收[6]等方面對項目管理和政策執行進行探討，在高鐵建設水土流失防治方面的研究相對較少且不成體系，加之高鐵各項設計標準高于普通鐵路，普通鐵路的水土流失防治經驗不宜直接套用于高鐵建設水土流失防治工作中。因此，開展高速鐵路建設的水土流失防治措施研究十分必要。

1 高速鐵路建設對生態環境的影響

1.1 高速鐵路工程建設內容

高速鐵路建設通?？梢詣澐譃樵O計、施工和運營三個階段。各階段建設內容和工作重點不同（見表1），對生態環境和水土流失的影響也各不相同。從對環境和地表的擾動來說，環境危害主要集中在施工階段。

1.2 高速鐵路工程建設對生態環境的影響和主要方式

高速鐵路施工的建設規模大，工藝難度高于普通鐵路。工程的生態影響范圍主要是在建設期對施工紅線和工程影響范圍內生態環境的結構、功能與過程的破壞、損害或抑制，因此建設期間對生態系統的擾動較易造成路域景觀系統的斑塊破碎化，在景觀相鄰組分間產生隔離效果。而對路域原生植被的破壞，影響了不同類型景觀斑塊的結構和分布特性，諸如地形、植被、水系、土壤基質等景觀要素都會因為工程建設的深入而受到影響，易造成土壤及水環境污染，誘發不穩定因素，通過空間溢出效應，改變地區生態系統的動態平衡。在部分生態環境脆弱區，生態服務功能甚至會由于擾動的加劇而出現明顯退化，尤其是水分調節服務、生境提供服務和土壤保持服務的降低對施工區生境保護和生態恢復造成了很大的壓力。

以長江流域高鐵項目為例，高鐵建設通常線路較長，跨越不同類型的區域，穿越各種生態系統，由于主要施工方式是土石方挖填作業和地表擾動，最直接且易感知的影響就是造成施工區水土流失。施工期對區域生態環境的影響通常表現為高強度、低頻率的暫時性局部干擾，水土流失影響范圍集中、擾動強度大、流失隱患大。高鐵工程的土石方開挖、回填、棄渣總量巨大，這些棄渣主要來源于橋、隧、路基開挖的石方以及回填余方，且大部分棄渣分散在高鐵沿線，如果不進行妥善處理將造成巨大的水土流失隱患。隨著我國欠發達地區城市群的快速發展，高鐵線路及配套設施建設將持續增加，高鐵沿線的水土流失問題將會日益顯著。

2 高速鐵路建設水土保持現狀

高速鐵路線路通直，一般難以完全避讓生態脆弱區和水土流失易發區，容易破壞生態環境和加劇水土流失。目前，高速鐵路水土流失防治基本沿用普通鐵路的基本思路，根據不同地形地貌和施工工藝造成的水土流失差異將水土流失防治分區大致劃分為路基防治區、橋梁防治區、隧道防治區、站場防治區、取土場防治區、棄渣場防治區、施工便道防治區、施工生產生活防治區等；針對各分區特點進行分區治理，布設以工程措施、植物措施和臨時措施為主的水土保持措施體系。

工程措施多為穩固的混凝土和漿砌石構筑物，但造價高昂，防護效果受地形條件限制，且難以在施工早期進行布設。因此，在實際工作中需要在工程措施防治的基礎上采取臨時措施作為必要補充。臨時措施造價低廉，布設靈活，在施工前期效果明顯，是較為經濟且時效性強的過渡措施。植物措施是施工后期和運營期的主要防治手段，具有改善生態、美化景觀的重要作用。在西南地區高鐵建設早期就有學者提出需根據高鐵沿線植物品種和類型優化邊坡防護植物的配置[7]?？紤]到山區高鐵建設需要重點防護邊坡流失造成的潛在滑坡、泥石流危害，工程措施結合植物措施的防治策略開始在西南地區高鐵建設中應用，并很快推廣到其他地區的高鐵建設中。目前，我國對于高鐵建設的需求依然旺盛，亟待進一步研究適合我國國情的高鐵建設水土流失防治策略。

3 高速鐵路建設水土流失特點

高鐵建設水土流失是在各種自然因素作用下，通過人類擾動活動而產生，屬于典型的人為加速侵蝕。它既具有自然條件下水土流失的一般性特征，也具有人類干擾特殊性的特點，主要表現在以下方面。

3.1 時間分布不均

高鐵工程建設周期長，完成所有建設任務通常需要數年，這就導致工程引發的水土流失危害在時間分布上極不均勻。高速鐵路工程的水土流失集中在施工期，且與運行期流失量差異顯著。主要原因是線路挖填作業必然造成地表植被等覆蓋物遭到破壞，形成裸露地面，導致水土流失在人為因素影響下加劇。此外，施工過程中產生的棄土棄渣和臨時堆土若不進行合理防護也會成為潛在的水土流失風險，在強降水條件下極易形成大量水土流失。

3.2 空間呈帶狀放射分布

高速鐵路工程建設屬于典型的線性擾動，一般來說是以線路中心為軸線向周邊溢出擾動影響。水土流失特征為線性連續，線路越長，其防治責任面積和損壞水土保持措施面積越大，潛在流失源越復雜多樣。與普通鐵路以挖填路堤或路塹形式建設不同，高速鐵路的路基大部分以高架橋梁和隧道形式建設，橋隧比較高的線路表現出較顯著的連續點狀高強度擾動。此外，取、棄土場以及施工生產生活區等臨時用地以施工中心線為軸線不規則放射分布于沿線各地區，總體形態上逐步形成一條帶狀空間，水土流失影響范圍大大增加。

3.3 水土流失類型和影響因素復雜

高速鐵路建設不可避免穿越各種復雜地貌類型，而建設過程中的開挖、破碎、搬運、碾壓等活動極易對山體和巖石穩定性造成影響，從而誘發甚至加劇各種侵蝕類型的發生。例如，在高鐵施工期，施工區內水力侵蝕、重力侵蝕以及混合侵蝕的發生頻數會隨人為干擾的加劇而大幅增加；不同的地貌形態直接或間接對水土流失的驅動因子存在影響，高程影響水熱條件的垂直分布，直接影響植被類型；起伏度越大，地形切割越為強烈，越容易誘發水土流失。此外，坡度坡向決定徑流的剝離能力和輸移能力，從而影響水土流失強度和方向。

由于不同侵蝕類型的發生條件存在差異，且影響因素復雜，導致各種侵蝕類型的針對性防治策略差異明顯，在措施設計階段較難采用相同的措施手段進行治理，增加了項目區水土流失治理的難度。

3.4 潛在水土流失危害難以預測

高速鐵路建設涉及多種地貌，如山地、丘陵、河谷等，地貌性質復雜多變。開挖過程會影響原有的坡面支撐結構，加劇潛在的泥石流及滑坡風險。松散且裸露的坡面更易造成強烈瀉溜的發生。另外，河道側棄渣場在極端天氣下存在棄渣進入河道的風險，極易堵塞河道，危害行洪安全。因此，多重因子的作用使得潛在的風險難以預料。

4 高速鐵路建設項目水土流失防治初步分析

目前，高速鐵路項目建設區的生態影響治理，通常以水土流失綜合治理的方式開展。依據水土保持方案確定的原則、要求和防治體系，對項目建設區采取合理有效的工程措施、植物措施和臨時措施，以達到控制建設區內的新增水土流失，遏制生態惡化趨勢，營造良好生態環境的總體目的。

4.1 強化水土保持專項設計

近些年，隨著行政監管力度的不斷加大，主體工程建設單位在建管過程中積累了大量的經驗，新近開工的高鐵項目已經設計有較為完善的永久水土保持措施，主要包括：骨架護坡、坡面截排水措施、攔擋和各種景觀綠化措施等，但對臨時工程的定量設計很少涉及，導致水土保持方案措施體系難以發揮作用。因此，應將批復的水土保持措施納入到主體設計的措施體系中，強化工程措施和臨時措施的設計深度，便于施工時將這些措施落實到位。場平清表設計應重點關注表土的收集和保護，加強臨時攔擋等防護。棄渣需考慮資源化、減量化方式，根據施工布置優化土石方調配，減少永久棄渣。水土保持措施應與環保措施相互融合、協調運作，以求生態效益最大化，避免造成水土流失，危害周邊生態環境。

4.2 優化施工時間安排

高速鐵路工程工期通常需要數年，水土流失防治重點隨著施工進度發生階段性變化。由于高鐵嚴格的路基沉降標準，施工前中期形成的邊坡往往不同于其他類型的項目。施工前期，尤其是前兩個雨季通常進行場平清表和邊坡開挖，是施工前期主要的水土流失來源，防治重點在于對各分區內可利用表土進行剝離與保護，并對已經形成的路塹邊坡、隧洞仰坡等高陡邊坡進行必要防護，此外為避免路堤不均勻沉降，高鐵大量采用高架線路，橋墩數量眾多，且線性連續，橋墩施工產生的挖方和泥漿也是前期水土流失防治的重點。施工時間安排應有計劃地規避雨季的影響，將清表和土石方作業安排在雨季之后進行，縮短工程在雨季的擾動時間，減少降水對裸露作業面的侵蝕。施工中期，隨著隧道的增多，啟用的棄渣場也逐步增加，即使對其選址進行優化，高鐵棄渣場也難免分布零散，不如棄渣場集中的項目容易治理。同時，高鐵棄渣場渣量大，堆積體的高差大，且渣場多選址在溝道內。因此，在棄渣前建成安全可靠的擋渣墻，并配套排水、沉沙及消能措施十分重要。施工后期擾動烈度逐漸降低，水土保持各項工程措施開始穩定發揮作用，防治重點轉為全線綠化和大臨用地復墾，在有效治理水土流失和景觀綠化的前提下，植物措施盡可能選擇鄉土樹種，融入當地自然景觀。根據不同施工階段水土流失重點，優化施工安排，針對性地完善相關措施，可以有效降低潛在水土流失危害和綜合治理難度。

4.3 分級治理水土流失防治

高速鐵路工程施工線路較長，不可避免穿越各種地區。這些地區的地形、地貌、氣象、水文條件差異顯著，同時，施工線路上不同地理空間的單位工程施工工藝、進度安排、資源調度也存在明顯差異，不可能在全線都采用相同程度的防治手段和措施體系?；诖朔N情況，在防治措施實施過程中，需依據自然環境、地形地貌、施工特點以及作業區功能等水土流失要素，針對施工區域水土流失敏感性程度進行防治，而非僅僅根據功能分區進行整體防治。將施工區域分為重點治理和一般治理兩個等級，根據流失要素差異實施分級防護措施。水土流失較嚴重且敏感性強的區域應進行重點防治，施工擾動盡可能規避敏感區域，著重加強重點區域臨時防護，完工后盡快進行場地植被恢復；流失敏感性較一般區域防治原則基本不變，按照設計實施，采取適宜的防護措施開展現場水土流失防治工作，不能隨意變更，減輕擾動造成的影響。

依前文所述，高速鐵路工程一般劃分為不同水土流失防治分區進行治理。其中，路基防治區、橋梁防治區、隧道防治區、取土場防治區、棄渣場防治區、施工便道防治區為重點治理區域，需要投入較多的工程措施資源；站場防治區、施工生產生活防治區為一般治理區域。措施布局上采取“點、線、面”相結合的措施布局思路。路基、橋梁、隧道等“線”狀工程以截排水、邊坡防護措施以及植物措施為主；在取土場、棄渣場、站場等“點”狀區域以攔擋、排導措施為主，植物措施和復耕措施為輔，恢復土地資源；施工生產生活區等“面”狀區域則采用土地整治和植物措施相結合的方式開展水土流失防治。

4.4 綜合性防護技術措施

線路的復雜性和水土流失因素的多樣性決定了高速鐵路工程水土流失防治措施使用的綜合性?，F有行業規范并未強制要求所有建設項目進行水土保持專項設計，在未進行專項設計的部分需要采取多種措施相互配合的綜合防護模式，切實有效地降低水土流失影響。

目前，高速鐵路工程主要的水土保持措施分為工程措施、臨時措施、植物措施三種。常見的工程措施包括表土剝離、土地整治、混凝土擋墻、骨架護坡、截水天溝、水平溝等；植物措施包括栽植喬木、灌草護坡、植草綠化、噴播植草、植生袋等；臨時措施包括臨時覆蓋、臨時攔擋、臨時排水溝、臨時沉沙池等。

在實施綜合性水土保持措施的過程中，應針對所跨越的不同水土流失分區的防護重點，考慮各種措施的時效性和互補性。如西北黃土高原區內以水力侵蝕為主，應優化截排水措施設計，綜合防護重點以減少集中暴雨造成的水力侵蝕為主；北方土石山區和東北黑土漫崗區以水力侵蝕、風力侵蝕為主，兼具凍融侵蝕，強調因害設防，重點關注冬春交替期間的凍融和風力侵蝕影響，保護黑土資源，完善凍融及風力侵蝕防護措施布設；南方紅壤丘陵區、西南土石山區和西南巖溶區地形復雜且降水豐沛，以水力侵蝕及重力侵蝕為主，應重點建設攔擋措施，優化完善截排水措施設計布設，根據水熱條件優化不同品種植物的布設進度，與工程措施進度充分銜接；北方風沙區和青藏高原區干旱多風，以風力侵蝕為主，此類地區生態脆弱、表土瘠薄，植被一旦遭到破壞難以恢復。施工過程應嚴格劃定施工范圍，嚴格落實工程防風固沙措施，最大限度減少施工破壞。此外，青藏高原部分高海拔地區分布有凍土層，易發生凍融侵蝕，應優化低溫凍土施工工藝，嚴防施工擾動和融雪引發的凍融侵蝕。在水土流失分區施工還應重視臨時措施在全施工周期的作用，部分臨時措施可以在后期完善為永久措施，以永臨結合的方式減少重復和無效建設，選取互補性強的措施組合，提升綜合防護措施的防治效率。

4.5 強化現場施工管理

目前已知的高鐵項目，其施工期的水土流失問題主要由現場管理不到位導致。一是各參建單位未能形成新形勢下的水土保持和生態保護意識。二是部分施工單位在現場實操時以施工便利和壓縮成本為主要考量，臨時堆土和棄渣雜亂堆放，存渣地點隨意選定，指定棄渣場地經常變更，防護措施體系實施不完整，造成現場雜亂，水土流失隱患嚴重。三是水土保持監測和監理單位對現場的監督較為遲緩，對現場施工單位的違規行為沒有做到及時制止，只能在事發后進行補救。綜上所述，現場管理應加強對建設單位、施工單位的政策宣貫和法律法規教育，樹立與新時代相符的生態保護理念。監測、監理單位應聯合建設單位進行施工現場常態化管控，明確各方水土流失責任，履行好水土流失防治義務。

5 結束語

當前，鐵路建設仍處在高速發展時期。高速鐵路建設對區域生態環境造成一定影響，尤其是加重了施工區域的水土流失問題。應秉持生態優先、綠色發展的理念助力水土保持事業高質量發展?；诖?，以高速鐵路建設過程中的生態影響為出發點，分析了高速鐵路建設水土流失防治問題。主要結論如下。

（1）高速鐵路水土流失具有呈帶狀分布、時空差異顯著、侵蝕類型多樣等特點。開挖過程造成了地表裸露，影響了原有的坡面支撐結構，加劇了潛在的泥石流、滑坡、瀉溜等風險。

（2）高速鐵路的水土流失防治需要強化和落實水土保持專項設計，并根據施工組織管理優化施工時段安排，注意過程控制。根據水土流失防治分區分級防治的原則，區分重點治理區域，以及一般治理區域。措施布局上采取“點、線、面”相結合的措施布局思路?！熬€”狀工程以截排水、邊坡防護措施以及植物措施為主；“點”狀區域以攔擋、排導措施為主，植物措施和復耕措施為輔；“面”狀區域采用土地整治和植物措施相結合的方式。此外，還應合理化水土保持措施布局，形成完整、高效的措施防護體系，采取綜合性多元化的防護措施提升防治效率，同時，強化現場施工過程管理，明確各參建單位水土保持責任。

（3）通過分析高鐵建設對生態環境和水土流失影響，闡述水土流失成因并確定治理重點，進而完善防治措施體系，為升級高鐵建設水土流失防治策略、推動水土流失科學防治、改善生態環境提供技術支持。

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Preliminary Investigation on Soil Erosion Control in High-speed Railway Construction

LEI Xiaoqin，JIANG Min，ZHANG Xinchuan

（Changjiang Water Resources Protection Institute，Wuhan 430000，China）

Abstract：High-speed railway spans vast areas and takes a long time to build. It also exerts pressures on ecological environment，and particularly exacerbates soil erosion in the construction area，thereby jeopardizing regional ecological security. Taking into account the ecological impacts of high-speed railway construction，we examined the causes of soil erosion in high-speed railway construction，and propose the key points of management. We also expounded the approaches and strategies for preventing and controlling soil erosion，with an emphasis on the need for process-oriented soil erosion management，thereby enhancing the reliability of erosion control measures. The findings offer technical support for the comprehensive prevention and control of soil erosion in high-speed railroads.

Key words：high-speed railway；soil erosion；ecological environment