戈壁風沙地區(qū)綜合選線研究

梁棟

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司線路運輸處，陜西西安710043)

戈壁風沙地區(qū)綜合選線研究

梁棟

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司線路運輸處，陜西西安710043)

為了使穿越戈壁風沙地區(qū)的鐵路最大程度地避免戈壁大風帶來的風蝕、風沙等危害，同時保證工程設置合理、防護措施經(jīng)濟有效，研究戈壁風沙地區(qū)的綜合選線方法以及工程應對措施至關(guān)重要。本文介紹了戈壁風沙地區(qū)的特征、風害，以及線路平縱斷面與各種工程措施相結(jié)合的鐵路選線方法。研究結(jié)論對戈壁風沙地區(qū)鐵路選線具有一定的指導意義。

鐵路選線 戈壁 風沙流 風蝕 工程措施

目前國內(nèi)外對在沙漠地區(qū)修建鐵路、公路的選線方法以及防風治沙措施研究較多［1-5］，且對戈壁的研究大多集中在戈壁特性、成因、戈壁土做路基填料等的相關(guān)研究;而對戈壁地區(qū)考慮大風引起的風蝕、戈壁風沙流等危害的綜合選線研究較少。本文以紅淖鐵路為例，對戈壁風沙地區(qū)綜合選線方法進行了深入的探討和研究。

紅淖鐵路位于新疆維吾爾自治區(qū)東部的哈密地區(qū)，線路全長313 km。線路所經(jīng)地區(qū)均為戈壁。線路通過煙墩風區(qū)和淖毛湖風區(qū)的段落長245 km，占線路全長的78.3%。煙墩風區(qū)和淖毛湖風區(qū)大風日多、風力強勁。紅淖鐵路沿線大范圍分布戈壁風沙流，總長合計251 km。詳見圖1?；疑珔^(qū)為戈壁風沙流區(qū)域。

1 戈壁風沙地區(qū)的特征

戈壁地表主要以礫石、粗砂覆蓋物為主，干燥，裸露，大風頻繁。由于具有一定的礫石覆蓋度，戈壁地表穩(wěn)定性強，又由于礫石對小沙粒有一定的保護作用，戈壁的起沙風速高，戈壁風沙流的含沙量隨著高度的增加呈下降趨勢［6］。戈壁一旦起沙，風沙流能帶動的可蝕顆粒大，風蝕的破壞程度比一般風沙地區(qū)風蝕要嚴重。在風力較大、沙源不太豐富時，氣流中的含沙率較小，一般地面迎風側(cè)無積沙，背風側(cè)有積沙;如沙源豐富，則氣流中含沙率大，地面迎風側(cè)、背風側(cè)均有積沙。

2 戈壁風沙地區(qū)不良地質(zhì)及危害

由于戈壁特殊的地理位置和氣候環(huán)境，由大風引起的風蝕、戈壁風沙流成為戈壁地區(qū)工程建設最為特殊、重要的問題。

圖1 紅淖鐵路沿線大風區(qū)及戈壁風沙流分布

2.1 風蝕

由于戈壁風沙流風蝕強勁，戈壁風沙流對鐵路路基的破壞性較大。鐵路路堤常形成上陡下緩、坎坷不平的風蝕坡面，路肩被磨蝕。這不僅增加養(yǎng)護上的維修工作量，而且由于風蝕后路基寬度變窄，嚴重影響行車安全。

2.2 戈壁風沙流

戈壁常年干旱少雨、氣候干燥、大風頻繁，刮風時有起沙現(xiàn)象。風區(qū)中戈壁風沙流的主要危害在于地表經(jīng)多年大風作用，顆粒較粗，地表十分穩(wěn)定，幾乎沒有沙源;沒有建筑物時，地表無明顯積沙。隨著工程施工，地表被破壞，加之工程修筑引起的微地形地貌的變化，改變了風沙流運行狀態(tài)，其上風側(cè)易形成積沙，進而對線路帶來積沙埋道等沙害隱患。

3 戈壁風沙地區(qū)綜合選線原則

線路平面設計時，線路走向應盡量與當?shù)刂鲗эL向接近平行，減小交叉角度，使線路順直。在風向與線路大角度相交時，應盡量減小路堤高度，放緩坡度，使部分沙流輸送至遠方;同時將道砟坡面整平，輸走部分沙流。也可選擇風沙流集中的風口地段以橋梁形式通過，徹底解決風沙流對鐵路的危害。

線路設計時盡量避免設置彎道，因彎道最易積沙，特別是彎道處于路塹中時。如不可避免，應采用較大曲線半徑。宜將彎道設在路堤部分，并以凸面迎風。

線路經(jīng)過風沙覆蓋的山地、丘陵地區(qū)，鐵路應選在無積沙的戈壁丘陵地通過或選在山溝中迎風側(cè)通過。在戈壁半固及固定沙丘為主的局部流沙地區(qū)，鐵路應盡量通過半固定、固定沙丘地區(qū)，并盡可能從半固定沙丘的上風側(cè)通過。

線路宜選擇在地表粗化、無流沙、植被發(fā)育的戈壁地段通過。

在縱斷面設計時，應盡量避免不填不挖、半填半挖路基和路塹，特別避免設置長、深路塹，多設路堤。路堤高度以3 m為宜［6］，這樣既可以保證路基基床的穩(wěn)定性，又可以減少戈壁風沙流的風蝕和積沙。

4 戈壁風沙地區(qū)的工程設計原則

4.1 避免戈壁風沙流危害

①路基設計時，應根據(jù)不同地貌類型，順應戈壁風沙運動規(guī)律，選擇合理的路基斷面形式，為沙子創(chuàng)造非堆積搬運條件。②取、棄土場及大臨工程設置應盡量減少對戈壁穩(wěn)定地表的擾動。③鐵路沿線的車站、住宅以及施工臨時房屋等建筑，應建在鐵路線路通過處的背風一側(cè)，防止由地貌改變引起附近積沙漫延到鐵路。④在風沙嚴重地段，應適當加大橋涵孔徑，預防沙埋。⑤戈壁地區(qū)鐵路工程修建后，地形地貌發(fā)生變化，戈壁風沙流對線路影響相對滯后，觀察取得鐵路工程修建后的風沙運動規(guī)律，因地制宜、因害設防，采取有效的風沙防止措施，減少風沙危害，降低防護費用。

4.2 避免風蝕的危害

路基風蝕程度與風力大小、風沙流強度、填筑材料等有關(guān)。做好設計前的調(diào)查工作是防風蝕設計的前提?？梢圆扇∫韵聝蓚€措施減輕風蝕的危害:

1)文獻［2］的研究表明路基高度越高，路肩風蝕深度越大，因此選線時在保證路基能減弱風沙流積沙危害的前提下，盡量降低路基填筑高度，從設計上減少風蝕的影響。

2)在路堤、路塹邊坡上或路堤邊坡至坡腳采用壓沙、黏土泥漿抹面，鋪砌預制混凝土板護肩，另在路堤填筑后整平邊坡而不刷去多余填土等措施，防止風蝕破壞路基本體。

5 紅淖鐵路戈壁風沙地區(qū)綜合選線實例

由圖1可知，紅淖鐵路的總體走向選擇與煙墩風區(qū)和淖毛湖風區(qū)交叉角度較小，從根本上減弱了戈壁風沙流對鐵路的影響。

在設計線路上絕大部分采用路堤形式布線(占線路總長的85%)，路堤填筑高度在3～4 m左右。路堤采用整平邊坡，不刷邊坡超填部分并在迎風側(cè)路肩以及路肩以下1 m范圍內(nèi)鋪砌預制混凝土板護肩的措施防止風蝕，如圖2所示。路塹地段在路塹坡頂施工擾動的部分采用片石覆蓋地面壓沙的措施，防治施工引起的沙源形成新的沙害。防護工程形成一年后，觀測發(fā)現(xiàn)防風蝕、風沙效果良好。

圖2 紅淖鐵路路堤典型斷面

全線施工便道、房屋建筑均設在鐵路的下風側(cè)，避免了在上風側(cè)形成新的沙源和微地形的變化引起積沙。鐵路取、棄土場均選在鐵路下風側(cè)500 m以外，且優(yōu)先選擇在地形低洼處設置，同時應最大程度地減少對戈壁原地面及植被的擾動。

在戈壁風沙流嚴重地段宜采用涵洞擴大孔徑、橋梁加大跨度并采用圓形墩的方式避免沙埋和風蝕。

紅柳河至河西段24 km鐵路走向與煙墩風區(qū)主導風向垂直，在河槽寬廣、風沙嚴重的紅柳河采用特大橋跨越風沙區(qū)。在低路堤、淺路塹地段采用放緩路基邊坡減少風沙危害。

鐵路修建造成地形地貌發(fā)生微變化，鐵路附近的風向和風沙流會隨之變化。為此，紅淖鐵路在鐵路風沙防護設計時采取在鐵路建成后一段時間，觀測取得新的戈壁風沙的活動規(guī)律后，再設置防治戈壁風沙的措施來防止沙害。

6 結(jié)語

通過對戈壁風沙地區(qū)的特點和大風引起的不良地質(zhì)危害的分析，結(jié)合紅淖鐵路修建時采取的綜合選線方法和工程措施，得出了關(guān)于穿越戈壁風沙地區(qū)鐵路綜合選線設計的一些指導性結(jié)論:

1)通過充分掌握戈壁大風引起的不良地質(zhì)的特點、活動規(guī)律，采用綜合選線的手段，從工程設計上采取各種設計方法及工程措施，減輕或避免戈壁風沙的危害，從根本上避免或減少選線失誤。

2)戈壁風沙地區(qū)鐵路的設計和施工應仔細研究減少鐵路建設對環(huán)境擾動的措施，最大程度地減少對戈壁生態(tài)環(huán)境的影響，避免形成新的沙源。

3)在鐵路建成，取得鐵路附近新的戈壁風沙活動規(guī)律后，有的放矢地采取相應的風沙防護措施，形成有效的鐵路防沙、防風蝕體系。這可以避免風沙防護措施與鐵路修建同步因采取的防護措施不當而引起工程浪費。

［1］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［2］凈文常.淺議沙漠地區(qū)鐵路選線［J］.鐵道工程學報，1999 (2):17-22.

［3］張炯.拉日鐵路風沙防護設施風洞及現(xiàn)場試驗研究［J］.鐵道建筑，2014(9):91-94.

［4］孫永發(fā).蘭新鐵路戈壁地區(qū)路基周圍風沙流運動特征數(shù)值分析［J］.中國鐵道科學，2011(4):15-28.

［5］孫慶偉，王濤，韓致文，等.北疆鐵路沿線風沙危害的研究［J］.中國沙漠，2004(2):182-186.

［6］蔣富強，李熒，李凱崇，等.蘭新鐵路百里風區(qū)風沙流結(jié)構(gòu)特性研究［J］.鐵道學報，2010(6):106-110.

(責任審編孟慶伶)

U212.32

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.32

1003-1995(2015)06-0125-03

2014-08-31;

2015-03-25

梁棟(1984—)，男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，工程師，碩士。