张强
中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津市 300308
摘要:为了使风沙地区铁路建设最大限度地避免和减少风沙对铁路维护运营的危害,使铁路工程设置合理,防护措施经济有效,研究风沙地区铁路选线原则具有十分重要的意义区域。本文介绍了我国风沙分布的特点、类型,风沙对铁路产生的危害以及铁路的建设对风沙地区环境产生的正负两方面影响,通过对不同风沙类型及特点进行分析,充分研究了风沙地区铁路选线原则。
关键词:铁路选线;风沙地区;原则
1、我国风沙地区分布及特点
1.1我国风沙地区分布
我国沙漠主要分布在新疆、内蒙古、甘肃、青海、陕西、宁夏、河北、山西、西藏等9个省(区)。沙漠绵延千里,呈弧形分布于西北、华北北部和东北西部。这条弧形沙漠带南北宽600公里,东西长4000公里,面积71万多平方公里。加上戈壁,面积超过168万平方公里,占全国陆地总面积的18%。
1.2风沙地区特点
1)气候干旱,降水稀少;2)日照强烈,冷热巨变;3)风力强大,风沙频繁;4)植被稀疏,种类单一;5)水资源不足,水量不平衡。
2、风沙地区与铁路建设的相互影响
2.1风沙对铁路的危害
风沙对铁路的危害表现形式主要为沙埋和风蚀。
1)沙埋
道床积砂是风沙区的一种常见现象。轻则道碴孔隙渗入沙粒,造成道碴不洁,给铁路上部结构带来一系列危害;重则积沙掩埋轨道,造成停车事故。这种现象一般称为埋沙。沙埋会引起影响线路行车安全,产生线路病害、降低线路质量,增加线路的养护维修工作量,缩短钢轨和扣件的使用寿命,堵塞桥涵影响排洪等一系列问题。
2)风蚀
沙漠地区的堤防多采用局部细砂填筑,易受风蚀。路基风蚀可分为吹蚀、磨蚀和凿蚀三种类型。一般情况下,迎风坡上部主要受风吹侵蚀,路肩被侵蚀成圆形,坡面上有侵蚀槽,在下坡1/5~1/4高度范围内不易遭受风蚀。背风坡主要受开挖侵蚀,风蚀从路肩开始。大部分风蚀物质堆积在坡脚,一小部分被风带走。一般情况下,坡下1/4不受风蚀。风蚀常使路肩宽度不够,严重者,路基坍塌、枕木外露,钢轨截面变小,影响行车安全。
2.2铁路建设对风沙的影响
铁路建设的过程中,必然会对地表结构和植被造成破坏,导致生物量减少和植被覆盖率降低,使荒漠系统的结构和功能下降,局部生态环境恶化,伴随水土流失和风沙活动加强。但是,铁路的修建具有条带状特点,在选线过程中,注意敏感点绕避,对沿线植被破坏面积可最大限度降低,对区域生态完整性的破坏影响很小。同时,铁路修建的同时,采取相应的防护措施,栽植绿化带,从一定程度上讲,在破坏的环境恢复后,与沙漠浑为一体,形成强有力的防风固沙巨大屏障,对风沙的治理做出巨大的贡献。
3、风沙地区铁路选线原则
3.1不同风沙地貌类型的铁路选线针对性原则
1)线路通过现代河流和古河道风沙地区类型
风沙地区的水系,一般具有稀少、短促和间隙性的特点,但无论现代河或古河床,均分布有较厚的沙砾层或沙层,为地下水的储存,提供了有利的条件。由于河流两岸地下水位高,植物生长较好,沙丘多处于固定状态,且坡度平缓,并可就地取得粘土、砾石等材料,是铁路选线的理想位置。
2)线路通过具有局部流沙,主要以半固定、固定沙地为主的类型
在东北地区西北部及内蒙东部的沙地,大部分位于干旱地区的干草原带,铁路穿过沙漠条件较好,以半固定、固定沙丘占优势,流沙呈点状分布。这种环境条件下,线路选线尽量利用沙漠中的现代河流和古河道;线路尽量通过半固定、固定沙丘地段,但应避免大填大挖,防止大量取土破坏植被,造成新的沙源,危害线路;在自然条件较好,治理又较容易的沙区,除绕避长大流沙地段,并经详细技术经济比较外,一般不宜过多的展长线路,以免增大工程投资和降低线路标准。
3)线路通过山前平面潜水溢出带风沙地区类型
在风沙地区选线,既要利用有利地形,尽可能躲避或少通过沙漠,特别是严重沙害地段;又要防止不问沙漠自然条件好坏和治理的难易程度,一概加以绕避,不仅增加工程费用,甚至引起其他严重病害的发生,同样是不可取的。
4)线路通过具有风积沙覆盖的山地丘陵类型
由于山地积沙本身的特殊性和复杂性,给铁路修建带来一定困难。线路无论横切或斜交沙垄,都易引起沙埋现象,特别是对路堑带来不利,应尽可能采用路堤通过沙垄带。在山地丘陵,由于局部地形的影响,使得气流运动加快或者变慢,与主导风向平行的沙带或垭口附近,为风沙流强烈活动带,线路应设法绕避,最好选择与主风向斜交的沟谷地带通过。
5)线路通过沙漠中的岛山、戈壁、湖盆、草滩类型
我国各大沙漠、除地面广泛覆盖各种形态的沙丘外,还分布有面积不一的其他地貌类型,如岛山、戈壁、湖盆、草滩以及为数较多的古河床和三角洲,穿插分布,其自然条件多样,为铁路选线提供了有利条件,在遇到此类型时,要充分利用。
3.2不同风沙地貌类型的铁路选线共性原则
1)线路方向与主风向的关系
风沙地区选线时,线路走向最好与主风向平行,以减少路基沙埋和风蚀。若线路与当地主导风向垂直,路堤的迎风侧常形成大量积沙甚至掩埋轨道,另外常年的风吹,使铁路路肩遭到风蚀;在路堑地段,在路堑内形成涡漩风,风携着大量沙粒堆积于路堑中,形成大量积沙甚至掩埋轨道,路堑边坡也易遭风蚀。
2)风沙地区路基宜以路堤断面型式通过
在纵断面设计时,应尽量避免不填不挖、路堑和半填半挖路基,多设路堤。不填不挖路基,铁路轨道形成一定的障碍,使风沙直接堆积于轨道和道床之上,甚至掩埋轨道;路堑由于涡漩风的作用,形成大量积沙,也易造成沙害,受地形条件限制,必须设置路堑时,也应尽量缩短长度,避免长大段落的路堑工程;半填半挖路基,由于风沙流受阻挡(迎风侧)或沙粒在重力作用及风力减弱(背风侧)的情况下,在挖方侧形成大量积沙,造成沙害。
3)尽量减少弯道
尽量避免弯曲,因为弯曲处最容易积沙,特别是在切割段。曲线应设置在路堤部分,迎风面为凸面,采用较大半径,积沙程度则可相应减轻。如图3-1示。
图3-1 凸面迎风设置曲线
4)站场位置的布置
车站不宜布置在顺风的沟谷及垭口地带,因这里风力集中,破坏性大。最好选择在山地的背风侧及沟谷沟口外等风力小的地方。站内房屋也应选择在山丘的背风侧坡脚及高填方下风侧的风影区内。为防止发生火灾,机务段、折返段等检修工厂,应与办公及住房分开,并设在下风一侧。
铁路沿线车站众多,特别是枢纽和区段站等大型车站,股道多,占地广,为了节约用地,不占和少占农田,应尽量利用沙漠边缘的一些戈壁、湖盆等荒地。
4、结语
在铁路工程设计与建设过程中,线路选线是一件关系到全局的总体性工作,是一项涉及多方面的、复杂的系统工程。风沙地区由于环境脆弱、复杂,铁路选线显得更为重要,其关系到项目总体水平以及项目与环境的相互融合,在选线过程中,一定要遵循原则,做深、做细各项工作,保证铁路选线质量。
参考文献
[1] TB 10098—2017,《铁路线路设计规范》;
[2] 钱征宇,《中国沙漠铁路的风沙危害极其防治技术》,中国铁路。