某煤運(yùn)鐵路風(fēng)沙地區(qū)工程地質(zhì)選線及工程處理措施

李 鵬 高雪蓮

(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251； 2.天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 天津 301607)

1 概述

擬建某煤運(yùn)鐵路通道工程，線路北段途徑內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯地區(qū)，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市烏審旗境內(nèi)。該地區(qū)為毛烏素沙漠邊緣地帶，風(fēng)沙問題是影響本工程選線的重要地質(zhì)因素。科學(xué)合理地選擇線路方案，避開風(fēng)沙的影響，對(duì)風(fēng)沙影響地段提出經(jīng)濟(jì)合理的處理措施是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1.1 地形地貌

工程區(qū)地勢(shì)總趨勢(shì)北高南低，海拔高程1 282～1 372 m，地形波狀平緩起伏，高差一般5.0 m左右，局部流動(dòng)沙丘高差可達(dá)10 m以上。沙丘形態(tài)多為新月形，以流動(dòng)沙丘及半固定沙丘為主，局部分布固定沙丘、小型的海子湖泊及古海子形成的洼地，部分為平沙地。沿線大部分地方人煙稀少，交通困難。

1.2 地層巖性及構(gòu)造

本段揭示地層相對(duì)簡(jiǎn)單，沙漠區(qū)表層覆蓋第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層(Q4eol)粉細(xì)砂；在沙漠區(qū)現(xiàn)代湖淖處，地貌一般為平沙地；風(fēng)積沙之下為第四系全新統(tǒng)湖積層(Q4l)粉砂、細(xì)砂、中砂、粉土等；下伏基巖為白堊系下統(tǒng)環(huán)河華池組(K1hc)砂巖、泥質(zhì)砂巖。

本區(qū)地處鄂爾多斯盆地，鄂爾多斯盆地是一個(gè)基底硬化程度很高、比較標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定地塊，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，褶皺和斷裂不發(fā)育。

1.3 氣象特征

沿線所經(jīng)地區(qū)屬中溫帶大陸型季風(fēng)氣候區(qū)，表現(xiàn)為降雨量少，蒸發(fā)量大，寒冷干燥，冰凍期長(zhǎng)，晝夜溫差變化較大，夏季短促而炎熱，冬季漫長(zhǎng)且嚴(yán)寒。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向多為北西—北北西向，最大風(fēng)速可達(dá)15 m/s，年大風(fēng)天數(shù)為25～35 d；年平均氣溫8.4 ℃，極端最高氣溫37.9 ℃，極端最低氣溫-26.5 ℃，最熱月平均氣溫為31.8 ℃，最冷月平均氣溫為-12.9 ℃；年平均降水量364.7 mm，年平均蒸發(fā)量2 105.4 mm；年平均沙塵暴日數(shù)為3.6 d；最大積雪深度14 cm，最大季節(jié)性凍土深度124 cm。

2 區(qū)域風(fēng)沙特征

2.1 固定沙丘及沙地

本區(qū)多數(shù)地段生態(tài)環(huán)境恢復(fù)較好，固定沙丘、沙地在線路范圍內(nèi)廣泛分布，主要為沙漠區(qū)平緩低洼地帶，植被覆蓋率可達(dá)50%～80%之間，對(duì)擬建鐵路危害程度輕微。

2.2 流動(dòng)沙丘及半固定沙丘

沿線附近分布有大段落的流動(dòng)沙丘與半固定沙丘，局部形成新月形沙丘鏈及格狀沙丘。沙丘的高度一般3～15 m，寬度50～200 m。迎風(fēng)坡坡面微凸平緩，坡度一般5°～10°，最小約3°，最大不超過18°；含水率一般2.2%～4.5%，平均含水率3.05%。背風(fēng)坡坡面下凹較陡，坡度一般22°～35°，最小約15°，最大不超過44°；含水率一般1.7%～4.0%，平均含水率2.98%。流動(dòng)沙丘植被覆蓋率不足10%，沙害程度嚴(yán)重；半固定沙丘植被覆蓋率25%左右。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，固定沙丘段由于人類活動(dòng)破壞，沙害復(fù)活，目前沙害程度中等，但已有向嚴(yán)重發(fā)展的趨勢(shì)。

3 工程地質(zhì)選線

在綜合地質(zhì)勘查的基礎(chǔ)上，查明了風(fēng)沙地區(qū)工程地質(zhì)特征，針對(duì)不同危害性質(zhì)的風(fēng)沙，應(yīng)合理選擇線路方案。

(1)繞避風(fēng)沙危害嚴(yán)重地段，應(yīng)盡量避免穿越流動(dòng)沙丘，若無法避免，盡量選擇邊緣地段通過，并做好后期的鐵路觀測(cè)及維護(hù)。

(2)本段線路方案較順直，采用不設(shè)或少設(shè)曲線的原則，前90 km段落曲線不超過10個(gè)，且曲線半徑較大。同時(shí)，本段線路方向設(shè)計(jì)盡量和主導(dǎo)風(fēng)向呈小角度相交。

(3)本段線路大部分采用路堤通過，路基設(shè)計(jì)填高一般大于3 m，基本沒有路塹工程，個(gè)別挖方較小的路塹工程采用敞開式路塹。

4 風(fēng)沙危害程度劃分及工程處理措施建議

4.1 風(fēng)沙危害程度劃分

根據(jù)野外調(diào)查，沙丘對(duì)線路的危害程度如表1所示。

表1 沙丘危害程度分段

4.2 工程處理措施建議

工點(diǎn)類型以路基為主，其中大部分為路堤工程，個(gè)別地段為路塹工程。根據(jù)不同的工程類型，工程處理措施建議如下。

(1)路堤工程

路堤邊坡采用直線形，邊坡高度h≤6 m，邊坡坡率1∶1.75；邊坡高度6 m12 m應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定檢算確定邊坡坡率。

(2)路塹工程

路塹邊坡采用直線形，路塹邊坡高度h≤6 m，邊坡坡率1∶1.75；邊坡高度6 m12 m應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定檢算確定邊坡坡率。當(dāng)為挖深小于3.0 m的淺路塹時(shí)，采用展開式，邊坡坡率1∶4.0～5.0。

風(fēng)沙地區(qū)路基地段路塹兩側(cè)設(shè)梯形側(cè)溝，側(cè)溝外留設(shè)積沙平臺(tái)，平臺(tái)寬度根據(jù)風(fēng)沙危害程度確定。

(3)路基本體外的風(fēng)沙防護(hù)

根據(jù)風(fēng)沙的危害程度，采取工程防沙與植物防沙相結(jié)合的措施，在路基兩側(cè)設(shè)置風(fēng)沙防護(hù)體系。防沙體系由防火帶(平整帶)、防護(hù)帶、阻沙柵欄、植被保護(hù)帶和圍欄構(gòu)成。

不同程度沙害地段的防沙體系如圖1～圖3所示。

圖1 輕微沙害地區(qū)兩側(cè)防沙結(jié)構(gòu)體系示意(單位：m)

圖2 中等沙害地區(qū)兩側(cè)防沙結(jié)構(gòu)體系示意(單位：m)

圖3 嚴(yán)重沙害地區(qū)兩側(cè)防沙結(jié)構(gòu)體系示意(單位：m)

5 結(jié)論

采用綜合勘察方法查明風(fēng)沙分布特征，從而指導(dǎo)工程地質(zhì)選線，確定線路方案，降低風(fēng)沙給鐵路帶來的安全隱患。

結(jié)合工程地質(zhì)選線原則，針對(duì)不同危害性質(zhì)的風(fēng)沙，進(jìn)行了科學(xué)合理的工程地質(zhì)選線工作。

對(duì)不同的工程類型提出了不同的工程處理措施，對(duì)不同風(fēng)沙危害程度地段布置相應(yīng)的防沙結(jié)構(gòu)體系，從而加強(qiáng)工程的安全性。

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