云南公路棄渣場分布特征及其影響因素分析

葉 咸， 馮明明， 稅大洲， 尹 淏， 潘俊良

(1.云南省交通規劃設計研究院有限公司 陸地交通氣象災害防治技術國家工程實驗室， 昆明 650041； 2.云南交通咨詢有限公司， 昆明 650499)

西南山區是我國重要的生態功能區，在水源涵養、生物多樣性保護、土壤保持等方面具有極為重要的意義。云南省是我國西南山區大省，十三五期間，新增高速公路里程近6 000 km。公路建設過程中，產生的大量廢棄土石方堆放于棄渣場中。棄渣場若出現滑坡、泥石流等地質災害，將對環境保護、水土保持、公路建筑物等造成嚴重的安全隱患。棄渣場工程一般歸入水利行業，在公路行業研究較淺。通過分析近年來的文獻發現，目前圍繞棄渣場方面的研究工作主要集中在棄渣場的選址布置[1-4]、棄渣場邊坡穩定性分析方法[5-9]、棄渣場泥石流、水土保持監測[10-13]、植被恢復[14]等方面，針對公路線性工程項目棄渣場分布方面的研究較少。本文在分析云南省地質環境背景條件及路網情況基礎上，搜集在建及部分規劃建設的道路資料，分析棄渣場數量與公路建設里程、橋隧比等的關系，以期為西南山區高速公路棄渣場的選址布置和規劃設計提供依據。

1 地質環境背景條件

1.1 區域地質構造特征

云南省位于云貴高原，處于印度板塊與歐亞板塊碰撞帶的東緣部位，隨著印度板塊向北東向移動，其前鋒進入歐亞板塊底部，導致接觸帶不斷向上隆升，形成喜馬拉雅山脈、青藏高原和橫斷山脈及滇東高原。因此云南境內構造運動極為強烈，深大斷裂等構造尤為發育[10]。

1.2 地形地貌特征

云南省地形地貌在長期的地質歷史時期中，內外地質營力活躍，形態豐富。省內整體地勢從北西向南東傾斜，江河順地勢呈扇形分別向東、東南、南流去[10]。根據地質構造、地形地貌可將云南省分為滇西橫斷山地、滇中紅色高原和滇東喀斯特高原3個地貌單元，如圖1所示。云南省地形地貌呈高原波狀起伏、高山峽谷相間分布、地勢自北西向南東3大階梯遞降、斷陷盆地廣泛分布的顯著特點。

1.3 地層巖性特征

在云南省境內，各個地層年代、各類巖石均有分布，其中的一些地層，特別是松散巖土體、軟弱巖層等與地質災害關系緊密。在滇東高原巖溶發育，上覆地層分布有紅粘土、膨脹土等，易受降雨、干濕循環條件影響。滇中及滇西區域分布了泥巖、粉砂質泥巖等紅層巖土體，受氣候影響，風化強烈。受人類工程活動影響的棄渣體，其穩定性較原巖斜坡更弱。

云南省獨特而復雜的地質環境背景條件，對省內公路建設形成了制約，公路建設過程中，選線難度大，需增加更多的橋梁、隧道、深挖高填等大量人工構筑物，對棄渣場的布置、建設也產生了影響。

圖1 云南省地貌單元分區

2 公路棄渣場分布情況

本文搜集了云南省境內51條高速公路的施工圖設計資料、水保專項設計資料和環境影響評價報告，涉及高速公路里程3 295.38 km，如圖2所示，共規劃棄渣場1 369座，平均每2.4 km就有一座棄渣場。

圖2 云南高速公路路網

圖2中黑色路網表示納入統計的高速公路，基本涵蓋了云南省各個地貌單元區，涉及公路包括新建的雙向4車道、6車道、8車道高速公路以及改擴建雙向4車道、6車道高速公路。

在公路建設過程中，棄渣場數量可能根據實際需要發生較大變更，因此環境影響評價報告中規劃的棄渣場數量可能與實際數量不同。為了準確分析棄渣場數量與公路里程的關系，剔除了源于環境影響評估報告中的線路，僅保留水保專項設計和施工圖設計中的32條高速公路，見表1，統計公路總里程2 010.59 km，一共設置了744座棄渣場，即平均每2.7 km設置1座棄渣場。

表1 主要高速公路棄渣場設置情況

為進一步分析新建高速、改擴建高速公路和不同車道數量下棄渣場與線路長度的關系，對統計數據進行回歸分析，結果表明，高速公路線路長度與設置棄渣場數量具有明顯的正相關關系，如圖3所示。

(a) 新建雙向4車道

(b) 新建雙向6車道

(c) 改擴建高速公路

在新建雙向4車道高速公路上，平均每2.01 km設置1座棄渣場，R2=0.70，表明線路長度與棄渣場數量相關性較高，如圖3(a)所示；在新建雙向6車道高速公路上，平均每1.59 km設置1座棄渣場，R2=0.88，表明線路長度與棄渣場數量相關性很高，如圖3(b)所示；在改擴建高速公路上，平均每25.78 km設置1座棄渣場，R2=0.74，線路長度與棄渣場數量相關性較高，如圖3(c)所示。

由表1和圖3可知，單位長度的新建高速公路較改擴建高速公路需建棄渣場數量更多，且隨車道數量的增加，單位長度高速公路需建更多的棄渣場。

3 棄渣場分布影響因素分析

棄渣場主要用于堆放高速公路建設過程中產生的廢棄土石方，根據王韜等[3]的分析，山區高速公路棄渣場可分為鎖口型棄渣場、敞口型棄渣場以及坡面型棄渣場，棄渣場分布主要受地形條件的限制。本文在搜集大量數據的基礎上，對棄渣場分布與橋梁占比、隧道占比、地形地貌以及流域地形切割的關系進行了分析。

3.1 棄渣場分布與橋梁占比的關系

在新建雙向4車道高速公路上，經過回歸分析后，R2=0.089，表明線路橋梁占比與棄渣場數量相關性很低，如圖4(a)所示；在新建雙向6車道高速公路上，經過回歸分析后，R2=0.02，表明線路橋梁占比與棄渣場數量相關性很低，如圖4(b)所示；在改擴建高速公路上，回歸曲線斜率為負，R2=0.91，表明線路橋梁占比與棄渣場數量相關性很高，即橋梁占比越高，棄渣場數量越多，如圖4(c)所示。

(a) 新建雙向4車道

(b) 新建雙向6車道

(c) 改擴建高速公路

根據上述分析發現，在新建高速公路上，橋梁占比與棄渣場數量沒有直接的相關關系。在公路建設過程中，一般橋梁產生的廢方較少，即橋梁數量或長度若越大，棄渣場數量可能相應減少。但是橋梁數量或長度大的地方，相應的高填深挖量不會小，致使棄渣場量會增加，進一步說明橋梁占比與棄渣場數量的對應關系較為復雜。

3.2 棄渣場分布與隧道占比的關系

在新建雙向4車道高速公路上，經過回歸分析后，R2=0.074，表明線路隧道占比與棄渣場數量相關性很低，如圖5(a)所示；在新建雙向6車道高速公路上，經過回歸分析后，R2=0.167，表明線路隧道占比與棄渣場數量相關性很低，如圖5(b)所示；在改擴建高速公路上，回歸曲線斜率為負，R2=0.81，表明線路隧道占比與棄渣場數量相關性很高，即隧道占比越高，棄渣場數量越多，如圖5(c)所示。

(a) 新建雙向4車道

(b) 新建雙向6車道

(c) 改擴建高速公路

與橋梁占比情況較為相同，在新建高速公路上，隧道占比與棄渣場數量沒有直接的相關關系。在公路建設過程中，隧道是一個連續地下工程。隧道長度越長，導致棄渣場數量越少，但是棄渣量會相應增加。若某線路隧道短而數量多，則棄渣場數量多，反之若隧道長，隧道占比多，棄渣場數量仍會少，從而隧道占比與棄渣場數量的相關關系不明顯。

3.3 棄渣場分布與地貌的關系

李昆等[15]根據云南省地質構造特征及地貌形態，劃分了云南省公路地貌分區，包括2個地貌區，9個地貌小區，分布如圖6所示，地貌區棄渣場布置情況見表2，二者關系如圖7所示。

圖6 云南省公路地貌分區

由表2及圖7可知，每個棄渣場涉及線路長度小于2 km的地貌小區(Ⅰ3及Ⅱ2區)有一定的地形坡度，具有棄渣場選址條件，因此棄渣場數量多而棄渣量小；每個棄渣場涉及線路長度介于2 km～2.5 km地貌小區(Ⅰ2及Ⅱ1區)、介于2.5 km～3 km的地貌小區(Ⅰ1及Ⅱ5區)及小于3 km的地貌小區(Ⅰ4、Ⅱ4及Ⅱ6區)地形坡度總體較緩，為了節約占地面積，考慮到綜合運輸成本等因素，棄渣場數量少，棄渣量大。

上述分析結果表明，棄渣場的分布受地形地貌的控制作用較為明顯，在地形坡度較大區，若地形切割深度小，具有較好的選址條件，則可多設置棄渣場，這類棄渣場堆渣量小；若地形切割較深，選址條件較差，則需要設置數量少而堆渣量大的棄渣場；在地形坡度較緩區，運輸成本低，占地費用高，則一般設置數量少而堆渣量大的棄渣場。

表2 云南省公路地貌區棄渣場布置情況

圖7 棄渣場布置與地貌分區的關系

3.4 棄渣場分布與水系切割的關系

水系的切割對地形地貌具有強烈的控制作用。在云南境內發育伊洛瓦底江、怒江、瀾滄江、金沙江、紅河以及南盤江六大河流，將云南省劃分為近東西分布的6個流域，如圖8所示。西側伊洛瓦底江流域、怒江流域以及瀾滄江流域位于滇西橫斷山地，流域切割密度明顯大于北側的金沙江流域和東側紅河流域及南盤江流域，見表3。

受水系切割影響，在伊洛瓦底江流域范圍內，平均每3.598 km設置1座棄渣場，在該流域切割密度最大，地形條件不利于棄渣場選址。由表3可知，各流域平均每座棄渣場涉及的線路里程長度由大到小的順序為：伊洛瓦底江流域>金沙江流域>南盤江流域>紅河流域>瀾滄江流域>怒江流域。

圖8 云南省公路流域分區

表3 云南省6大流域公路棄渣場布置情況

4 結論

1) 本文選取的云南省高速公路，數據具有代表性。結合高速公路網，新建高速公路雙向4車道平均每2.01 km設置1座棄渣場；新建雙向6車道高速公路上，平均每1.59 km設置1座棄渣場；改擴建高速公路上，平均每25.78 km設置1座棄渣場。

2) 經過回歸分析，新建高速公路橋梁占比、隧道占比與棄渣場數量沒有直接的關系，而改擴建高速公路橋梁占比、隧道占比與棄渣場數量呈正比，即橋梁占比、隧道占比越大，則棄渣場數量越多。

3) 棄渣場的分布與地貌、水系切割具有明顯的關系。云南境內各流域平均每座棄渣場涉及的線路里程長度由大到小的順序：伊洛瓦底江流域>金沙江流域>南盤江流域>紅河流域>瀾滄江流域>怒江流域。