根据我国已建或在建部分高速铁路的桥梁统计情况,桥梁在我国高铁工程中所占比例已接近 50%,其中广珠城际线桥梁比例超过90%,达到93.99%,京津冀城际线达到86.6%。由此可见,桥梁已成为我国高铁建设的重要组成部分。
我国客运专线铁路设计竖向静活载一般采用ZK活载,客货共线铁路设计竖向静活载采用中一活载,上部结构主要类型为双线预应力混凝土简支箱梁,单箱单室,跨度以 32 m为主,24 m、20 m采用专用配跨,一般为梁场预制,采用专用机械从路基上运输架设。跨越山谷、河流、铁路、道路等必要时才采用大跨度连续梁、连续钢构、拱及组合梁等刚度的其他桥型。
桥梁对生态环境的影响,主要集中在设计期的选址选线、桥梁设计与周围景观的协调统一,以及桥梁临时工程如制梁场、施工期涉水桥墩、不涉水桥下挡护设施(如设置在地形复杂的山区桥梁)等施工作业对生态环境的影响等。
1.设计期的选址选线
1)桥梁位置的选址选线
出于安全和技术方面的要求,高铁工程一般是以桥代路,跨越沿线河流,一般逢沟设涵、遇水架桥,同时尽量减少路基的高填深挖。
涉水桥梁施工将影响水生生物的生存环境,因此,桥梁选址位置应避开天然鱼类“三场”分布,避开珍稀鱼类栖息地等敏感目标。
不过,总的来讲,高铁项目桥隧比高,占地、水土流失等生态环境影响较普通铁路低。据测算,采用高架形式的高铁路基比传统的高铁路基每千米可节省土地约 3 hm2。因此,以桥梁形式通过主要农业生产区、重要湿地等,将保护更多生态用地,减少生态破坏。同时,在地形复杂的山区以桥梁形式通过,可以减少挖填方量,减少水土流失,保护自然植被。在生态敏感区域,以桥隧形式通过可以有效减少路基开挖量,降低铁路建设产生的生境阻隔,从而保护生态敏感目标。
2)制梁场的选址选线
高铁桥梁的施工组织与一般铁路的最大区别在于钢筋混凝土梁的施工。高速铁路钢筋混凝土梁的施工凸显标准化、机械化、规模化、精细化的特点,高铁双线箱梁因其体积大、吨位重、制造工艺相对复杂,需结合桥梁的分布情况,沿线分段设置预制场,工厂化预制箱梁,其搬运、提升、运输、架设均需采用特制的专用设备,目前广泛采用轮胎式运架一体机或运架分离设备。因此,受施工和存放技术的要求,一般梁场占地面积较大,而且要求占地区域平整,所以占用耕地的可能性较大。
由于地形地貌的原因,山区铁路的辅助工程——桥梁工厂多呈离散式分布,集中度较低。梁场的设置如不合理,将会导致一定的生态破坏,如耕地破坏、拆迁安置等。另外,运梁工序不管是陆路还是水路运输,都有可能对陆地生态系统或水生生态系统造成一定的不良影响。
2.桥梁施工的生态环境影响
桥梁建设对生态环境的影响主要集中在施工期。
施工期环境影响主要为铁路桥梁基础施工对环境的影响,其施工工序分为清表土、表土临时堆放、基础开挖、挖基土临时堆放、桩基施工、钻孔出渣临时堆放、墩台施工、上部结构施工、桥面构造施工。对生态产生影响的主要环节是下部结构施工,包括表土清理、挖基土、钻孔出渣堆放、围堰工程和桩基施工等。
在桥梁建成后,如不进行及时清理,在施工中遗留下来的工棚、施工材料、混凝土等仍然留在原处,会造成一定的环境污染和不良景观影响。(www.daowen.com)
与传统的路基工程相比,桥梁的大量使用减少了永久性占地的数量,减少了对农业和林业生产的影响,同时也保证了自然河流水系的连通,避免了线路对其两侧的环境分割,也减少了线路两侧人群与动物的通行阻隔。
1)涉水桥梁
跨河桥梁施工会对下游用水的水质、水量、水生生物产生影响。
跨河桥梁桥墩多采用扩大基础、桩基础和钻孔灌注桩基础形式,在跨水体桥梁下部结构施工主要采用扩大基础、桩基础或围堰施工工艺。桩基础施工时若场地为浅水,施工平台也多采用筑岛施工;若场地为深水,采用双壁钢围堰平台等固定式平台施工,无地下水或少量地下水的情况多采用挖孔灌注桩。桥墩桩基施工时将造成施工河段局部水域SS增大,从而影响水质,其中扩大基础一般采用明挖方式进行,施工中将产生废渣、基坑水等,若处置不当会造成局部水质污染。而围堰施工工艺可以有效防止施工引起的水质污染,据类比资料分析,围堰施工法在施工处下游 100 m 范围外SS增量不超过50 mg/L,对下游100 m范围外水域水质不产生污染影响。
桥梁施工一般在钻孔前预先挖好泥浆池,钻进过程中泥浆循环利用,并在循环过程中将土石泥浆池进行土石的沉淀,沉淀后的泥浆循环利用。同时定期清理沉淀池,将清出后的沉淀物运至附近弃土(渣)场集中堆放和防护。桥梁施工过程中带来的泥浆正常情况下不会对农田和水体造成污染影响,但是施工期间一旦发生围堰坍塌和泥浆泄漏,围堰内物料发生外溢将污染水质,对下游水环境和水生生态造成影响。另外,围堰填筑及拆除过程中会导致水体 SS浓度增加,并可能引起下游河道水量减少。
钻渣处理以及材料运输等若处理或堆存不当,会造成开挖岩屑、钻渣及物料进入水体,进而污染水质。河流水质变化会影响水生生物生存,但一般随着桥梁施工结束,这种不良影响会逐渐消失。
2)不涉水桥梁
不涉水桥梁包括跨越公路、既有铁路、冲沟、斜坡、农田等区域的桥梁。
我国地域辽阔,地形差异大,尤其是青藏高原、云贵高原等艰险山区,深谷纵横、地形陡峭。山区铁路高墩大跨越桥梁多,桥下陡坡给桥梁安全带来一定威胁,在设计过程中除了要确保主体结构的力学计算满足要求外,还需要根据地形特点对墩台附近高陡边坡进行处理。常见的桥下高陡边坡处理方式与路基挡护工程类似,主要有清方、挡土墙、喷锚网、锚杆框架梁、防护桩、土钉墙、桩间土钉墙、桩板墙等。
成贵铁路成为我国西南地区复杂地形高速铁路项目的代表,其穿越四川、云南、贵州三省地形条件极其复杂的地段,几乎每座桥梁都有桥下挡护工程,桥梁边坡挡护等附属工程投资约占桥梁总投资的 7%。桥梁边坡挡护工程为桥梁的正常稳定运行提供了保证,但同时也将破坏施工区域的自然植被的生存环境。
3.桥梁运行期的生态环境影响
高速铁路的修建将破坏铁路两侧动物的迁移,而桥涵的设置将为野生动物通行提供通道,营运期将有效减缓工程阻隔影响。我国现有高铁项目桥梁长度占线路长度 50% 以上,其中很多高铁桥梁比例超过 90%,对动物的阻隔影响明显低于普通铁路。
但桥梁工程也会产生一定的生态破坏,如跨河大桥在跨越沟渠、河流时桥涵孔径设置不当,有可能减小河道的过水断面,堵塞、压缩河道,影响河流的行洪排泄功能,并可能加剧河水对河岸的冲刷。
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