敦煌至雅丹旅游鐵路山前漫流區(qū)選線研究

劉正男

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 引 言

敦煌至雅丹旅游鐵路是一條主要服務(wù)于甘肅省敦煌市雅丹國家地質(zhì)公園、玉門關(guān)景區(qū)、陽關(guān)景區(qū)、西湖自然保護(hù)區(qū)和西千佛洞等多個景點旅游客流出行的一條旅游專線鐵路。其玉門關(guān)至雅丹段落穿越北山南麓山前傾斜平原，線路工程為典型的山前漫流區(qū)工程選線，橋渡及線路選擇相當(dāng)復(fù)雜，處理不慎將會造成巨大風(fēng)險和損失。

2 山前漫流地區(qū)工程特征

2.1 山前漫流區(qū)的成因

在甘肅西北干燥寒冷地區(qū)，地表風(fēng)化劇烈，強(qiáng)降雨時，山間河流往往攜帶大量泥沙，流出山口后失去約束，水流擴(kuò)散，坡度變緩，流速減少，大量泥沙堆積下來，形成中間高兩側(cè)低的沖擊錐或連續(xù)的沖積扇群，由于水流相互交錯影響，水系錯綜復(fù)雜，溝槽多成網(wǎng)狀交織，形成長大寬展的山前漫流。山前漫流的上游，地面縱坡變緩，在漫流的末端，即為地形及其平坦的沙漠、堿地或農(nóng)田，洪水最后滯留于此種往往無明顯溝槽或水流痕跡的地帶，形成下游較高的地下水位。

2.2 西北地區(qū)山前漫流區(qū)的地質(zhì)特征

甘肅西北地區(qū)屬干旱氣候，降雨量較小，當(dāng)少量季節(jié)性降雨攜帶碎巖、沙礫隨自谷口流向扇底的過程中，往往中途便蒸發(fā)殆盡，僅能將部分小粒徑沙礫及可溶碳酸鹽硫酸鹽攜帶至扇底，大粒徑的碎巖往往沉積于漫流區(qū)上游。與典型的多降水地區(qū)山前沖積扇的三級坡段結(jié)構(gòu)不同，山前漫流區(qū)自扇心至扇緣的坡度往往僅有兩級坡度：即靠近扇心上游河口處極短范圍內(nèi)存在較大的自然坡度，之后立刻進(jìn)入坡度平緩、范圍極大的扇狀漫流區(qū)。

同時，暴雨季節(jié)由山間溝谷洪流攜帶的含鹽物質(zhì)，主要沉積在山前洪積扇的砂礫石層土體中，在降水和洪水的滲透淋濾作用和強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，鹽分以層狀集聚于細(xì)顆粒夾層層面上，易形成鹽漬土現(xiàn)象。鹽漬土中水分和溫度隨著自然氣候條件的變化而不斷地變化，使土體中鹽分時而溶解，時而結(jié)晶，土體也隨之膨脹收縮循環(huán)進(jìn)行，從而破壞了穩(wěn)定性，在日溫差大的甘肅西北地區(qū)此現(xiàn)象尤為突出。

2.3 山前漫流區(qū)對鐵路工程的影響

本線接軌的既有柳溝至敦煌鐵路亦大段落走行于山前漫流區(qū)，自2006年開通運營至今已有十余年。經(jīng)工務(wù)部門調(diào)查統(tǒng)計，柳敦線戈壁山前漫流區(qū)段存在橋涵導(dǎo)流設(shè)施不足的問題，汛期遇降雨存在地表徑流匯聚沖刷路基的隱患，并造成部分路基水害及涵洞涵渠端、翼墻外傾開裂等病害。

3 鐵路選線方案

3.1 方案說明

研究區(qū)域整體位于北山南麓洪積扇區(qū)，地形整體上北高南低，呈戈壁地貌，地表漫流發(fā)育，水流呈喇叭狀散開，水流分散，擺動不定，為典型的扇狀山前漫流區(qū)；經(jīng)現(xiàn)場勘察，山前漫流沖積扇扇緣區(qū)鹽漬土現(xiàn)象明顯；漫流區(qū)下游段受風(fēng)蝕、水蝕影響，呈現(xiàn)風(fēng)蝕城堡、洼地、溝槽等典型的雅丹地貌。

玉門關(guān)至雅丹景區(qū)航空線整體位于北山南麓洪積扇區(qū)扇緣，區(qū)域內(nèi)唯一的交通廊道省道S303位于西湖自然保護(hù)區(qū)試驗區(qū)走行，位于洪積扇扇中。本段落線路走向旨在盡量控制對西湖自然保護(hù)區(qū)的影響的條件下采用安全經(jīng)濟(jì)合理的工程形式通過山前漫流區(qū)，本次分別研究了取直方案和沿省道S303和保護(hù)區(qū)邊界走行方案。

(1)方案Ⅰ:取直方案

線路出玉門關(guān)向北跨過馬圈灣長城和疏勒河后，沿S303東側(cè)向北走行，于S303直角彎折處折向西，于山前漫流區(qū)中游部取直行至雅丹國家地質(zhì)公園。比較段落內(nèi)新建線路長度56.254 km，橋梁長度3.953 km，靜態(tài)投資12.65億元。

(2)方案Ⅱ：沿省道S303走行方案

方案南北向走行段落同方案一，于S303直角彎折處折向西，緊沿省道S303北側(cè)和西湖國家級自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)邊界走行，至雅丹國家地質(zhì)公園。比較段落內(nèi)新建線路長度56.507 km，橋梁長度4.001 km，靜態(tài)投資12.71億元。

3.2 綜合分析比選及推薦意見

取直方案走行于漫流區(qū)中部，地形相對平緩，沿漫流區(qū)河床自然水利坡度平均在2%左右，河槽相對較深，河床相對集中穩(wěn)定，可減少導(dǎo)流堤工程設(shè)置；沿S303方案位于漫流區(qū)洪積扇緣部，地形極為平緩，沿漫流區(qū)河床自然水利坡度均在1%以下，河床淺，且散布不固定，需配套修建較多導(dǎo)流堤及配套路基防護(hù)矮堤工程。

地質(zhì)勘探表明，兩方案地下水埋深在8～10 m左右，呈以亞氯、亞硫酸鹽類型為主的弱鹽漬化特征。為避免鹽漬土在膨脹收縮溶解循環(huán)中因膨脹造成的路基面上拱等病害，線路選線宜從排水條件較好地下水位較低、含鹽量較小的地段通過。

既有省道S303已位于洪積扇緣谷底，且省道S303修建年代早，路基填高平均僅有2 m左右，排洪涵洞分布稀疏，難以應(yīng)對其北坡迎水面巨大的山前匯水，經(jīng)多年運營后，最終在其北側(cè)路基無涵洞段落修建1 m高左右土制矮墻用于匯流阻水。

沿省道S303方案距離省道北側(cè)阻水墻蓄水范圍近，且地勢平緩，排水條件條件相對較差；而取直方案位于漫流區(qū)中部，河道相對緣端穩(wěn)定，且河槽較深，自然坡度較大，排水條件較好。

綜上，位于漫流區(qū)緣端的沿省道S303方案雖具備集約土地、集中利用既有交通廊道資源的優(yōu)勢，但其位于漫流區(qū)緣部，路基迎水面河道擺動極不穩(wěn)定，以至于并行的S303經(jīng)多年運營后亦難以準(zhǔn)確設(shè)置排洪涵洞工程，最終全段落修建導(dǎo)流堤及阻水擋墻；采用取直方案走行在山前漫流區(qū)中游河道相對穩(wěn)定段落可減少部分導(dǎo)流堤工程，且線路長度較短，可節(jié)省工程投資，經(jīng)分析比選，敦煌至雅丹旅游鐵路玉門關(guān)至雅丹景段穿越山前漫流區(qū)推薦采用取直方案。

4 結(jié) 論

山前漫流區(qū)的鐵路工程選線通常遵循沿上游山口或沿下游地勢較高處布線的原則，盡量避免在網(wǎng)狀交織或分支漫溢的中游漫流地段選線。

而西北地區(qū)山前漫流區(qū)存在山前近山口處自然坡度陡峻的特點，通過山前漫流區(qū)的鐵路工程往往受制于線路走向及限坡控制，難以向山前上游段展線；同時，近漫流區(qū)下游扇緣處多為洼地，排水條件較差，鹽漬土、松軟土等不良地質(zhì)現(xiàn)象多發(fā)，對路基填高及處理工程具備較高的要求。在這種情況下，采用走行于漫流區(qū)中游河床相對穩(wěn)定的地勢較高地帶，選用合理的路基高度，并充分預(yù)留涵洞及導(dǎo)流堤的設(shè)置，也不免是一種相對更為可行的工程選擇。