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摘 要：川藏铁路位于雅鲁藏布江两岸河谷平原区地段,主要地貌为平坦谷地、裸露浅滩和风成沙丘等,为确保铁路运营安全,应采取防沙固沙工程措施.文章结合现场勘测设计情况,总结了川藏铁路风沙的形成原因及病害特点,提出了路堤填料选择方案、路堤及路堑边坡防护设计形式,根据数值模拟计算结果,提出插柳条方格低立式沙障及HDPE高立式沙障相结合的防沙、固沙措施.
关 键 词：川藏铁路；风沙路基；路基设计；边坡防护
中图分类号：U213文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）25-0100-02
川藏线途经雅鲁藏布江沿岸两侧,沿线地形受风的影响显著,风向多与河谷走向一致,10月下旬至次年5月为干风季节,风速一般为8～9级,最大可达11～12级,形成移动或半移动沙丘.铁路路基部分经过移动或半移动沙丘,这些沙丘被铁路路基阻断后,在大风季节会在路基迎风和背风侧重新堆积形成沙埋及风蚀现象,增加工程设计防护难度,产生路基病害.
除沙埋病害及风蚀病害外,受气候因素及植被环境的控制,川藏线局部地区沙漠化十分严重,全线分布约20处风沙地段,约有15处以路基形式通过.拉萨河宽谷区路基病害较为严重,风积沙主要分布于拉萨至协荣段落,尤其是在协荣车站一带尤为严重,此段全部为半固定沙丘、沙垄地形,风沙路基处理困难,增大了路基防护设计难度,增加了工程投资.因此,项目组经现场踏勘,多方论证,确定严重的风沙段落采用桥梁或隧道通过,无法避让或不适合桥梁、隧道的情况下采用路基通过.路基通过地段设计难点在于防沙、固沙措施的确定,以及活动沙丘的长期监测工作的布置.
1路堤填料选择及防护
风沙地区路基应避免采用长度大于30m和深度大于6m的路堑,故设计中路基以填方为主,填方路基应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料.路堑开挖多为浅表层开挖,主要成分为粉土、粉细砂、细砂等,无法满足铁路对填料的要求,故本线填方选择本着就地取材、因地制宜、综合治理的原则,就近选取开山石作为路基填料,可以满足填料最小强度及压实度要求.风沙路基为避免风沙的侵蚀,增大迎风面,降低风速,故边坡率应较缓,路堤边坡率设计可取1∶1.5～1∶2,路堤边坡两侧根据堤高不同选用空心砖撒草籽间植灌木护坡或人字型截水骨架内空心砖撒草籽间植灌木护坡,路肩采用C25混凝土护肩,以确保路堤边坡不发生风蚀破坏,路堤边坡防护详见图1：
图1路堤边坡防护详图
2路堑边坡形式及防护
根据《铁路路基设计规范》要求,风沙地区路堑宜采用敞开式、缓边坡路基横断面,挖方边坡坡率应根据挖方深度、风力、风向、路侧地形及防护措施确定；深路堑边坡坡脚应设置积沙平台,以便于养护.结合川藏线实际情况,经现场踏勘,确定路堑采用展开式,且设置路堤式路堑,路堑侧沟外侧留4m积沙平台,边坡为1∶4,路堑边坡两侧根据边坡高度不同选用空心砖撒草籽间植灌木护坡或人字型截水骨架内空心砖撒草籽间植灌木护坡,路肩采用C25混凝土护肩,防止风蚀破坏及沙埋病害,路堑边坡及防护形式详见图2：
图2路堑边坡防护详图
3风沙路基坡脚及堑顶外侧防护措施
风沙路基除对路堤、路堑边坡进行防护以防止风蚀和掏蚀外,根据《铁路特殊路基设计规范》8.5.4的规定,路堤坡脚及堑顶外侧应按不同情况设置防护带和植被保护带.川藏线防护带宽度按下面几种形式设置：严重风沙地段：迎主导风向侧防护带宽度为L1等于300m,背主导风向侧防护带宽度为L2等于200m；中等风沙地段：迎主导风向侧防护带宽度为L1等于200m,背主导风向侧防护带宽度为L2等于100m；轻微风沙地段：迎主导风向侧防护带宽度为L1等于100m,背主导风向侧防护带宽度为L2等于50m.
决定路基坡脚、堑顶外侧采用何种防护措施的主要因素为：地方政府成功的防沙、治沙经验；工程所在地的水文地质情况；大气降雨量及不同行业相关规范要求等.应同时采取固沙、阻沙、输沙和封沙育草、保护天然植被等多种防护措施,构成严密的、整体性的防沙结构体系,确保铁路安全、美观,并改善铁路周围自然环境.
川藏线风沙路基的特殊性体现在：沙源来自于河床经风力搬运至河岸上,地表沙源丰富不具备沙源治理条件；西藏地区干冷多风,大风是风沙形成、发展的主因；独特的高原气候特点导致部分区域土地贫瘠,周围植被稀疏低矮等.通过对沿线降雨量的调查和统计,根据《铁路工程绿色通道建设指南》及《铁路特殊路基设计规范》要求,一般地区铁路应建设绿色通道；其他地区铁路根据项目条件和特点,经技术经济后,可分区段建设通道.对于风沙地段路基,年平均降雨量大于250mm的地区,应采用植物固沙.
通过对川藏线沿线风沙治理措施进行的调查研究,经方案综合比选,提出低立式沙障防护与高立式沙障相结合的措施.
3.1低立式沙障固沙
风沙流中90%以上的输沙量都集中在离地面0～20cm范围内搬运,故于路基两侧设置插活柳条方格形式进行固沙,柳条沙面以上高为20～30cm,沙面以下埋深约20cm.根据中国铁路科学研究院郝小杰《青藏铁路格拉段沙害防治措施研究》硕士学位论文中对低立式沙障进行了数值模拟计算,在低立式沙障宽度相同的情况下,沙障的固沙能力与沙障高度有密切的关系.要达到较好的固沙效果,沙障高度和方格宽度的比值应该大于1∶5.川藏铁路最终确定活柳条方格尺寸为1m×1m～1.5m×1.5m.
3.2高立式沙障阻沙
高立式沙障分固定式和移动式两种,根据川藏铁路特点,沙路基沿线零星分布且集中的特点,采用固定式HDPE高立式阻沙栅栏.
根据观测资料,透风结构的高立式沙障削减网速的有效距离约为基高度的25倍,迎风侧不积沙或很少积沙,背风侧积沙范围约为其高度的7～10倍,经过对比并考虑施工方便快捷,采用方格状透风高立式沙障-HDPE阻沙栅栏.
4结语
本文以川藏铁路为出发点,根据沿线地形、地貌特点,结合沿线气候特征等,分析了铁路周边风沙成因、风沙对铁路路基的各种危害,对铁路风沙路基防护方案进行了深入研究,着重从原始的路基设计,逐渐延展至路基周边的风沙防护设计,为处于风沙地段的铁路路基工程防护设计提供参考,甚至为更广泛的交通土建类工程风沙治理提供借鉴.以上论述的风沙防护措施,只能在有限的区域内保护铁路的运营安全,并不能达到广泛的风沙防治效果.更广泛的风沙防治应将近期封沙、固沙与远期综合治理相结合,以铁路防沙与周围其他区域防沙相关联,共同协作积累经验,总结教训,以求取得更好的防沙、治沙的效果.