敦煌至格尔木铁路风沙地区选线

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摘 要:通过识别铁路所处地区地形地貌,分析沿线风沙分布特征及其对铁路的危害,提出了风沙地区选线原则与工程设置方案,以保证铁路运营安全.

关 键 词 :风沙 危害 选线 工程设置方案

中图分类号:U212 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)01(c)-0031-02

新建敦煌至格尔木铁路(以下简称敦格铁路)位于甘肃省西北部酒泉市和青海省西部海西蒙古族藏族自治洲境内,北起柳敦铁路的敦煌站,沿G215国道溯党河而上,经阿克塞、肃北,翻越祁连山脉的当金山进入苏干湖盆地,沿G215国道南行跨省界入青海省,翻越赛什腾山,经鱼卡、大柴旦,引入青藏铁路西格段饮马峡站,新建线路全长508.645 km;利用既有线152.2 km至格尔木.该铁路是一条开发国土资源、促进地方经济发展和旅游开发、兼有填补区域路网空白、沟通兰新和青藏两大通道联络线作用,形成新疆、青海、西藏间便捷通道的客货共线的区域铁路干线.

线路由北向南通过祁连山北麓冲、洪积倾斜平原及祁连山山地两大地貌单元.祁连山北麓山前冲、洪积倾斜平原可划分为党河冲积平原、鸣沙山北麓冲、洪积倾斜平原及鸣沙山、当金山山间冲、洪积倾斜平原,库姆塔格沙漠及当金山山前冲洪积倾斜平原五个次级地貌单元;其中库姆塔格沙漠地形波状起伏,地表广泛分布风积沙,如图1.

1.沿线风沙分布及特征

敦格铁路沿线部分地段地处内陆干旱荒漠区,降雨稀少,植被稀疏,地表主要为细圆(角)砾土,部分段落地表分布粉、细砂层;主要表现为戈壁和沙漠化土地,局部段落还分布流动沙丘.

沿线风沙地段包括流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘,其中沙害严重地段主要发育有格状沙丘、沙丘链、新月形沙丘等,地表几乎无植被.库姆塔格沙漠东段,地表分布有流动沙地、流动沙丘及沙丘链;戈壁风沙流频繁发生,多在沟、坎处有积沙现象.

2.风沙对铁路工程的危害

由于沙的松散性和风的吹蚀及搬运作用,在大风季节,戈壁及沙漠化土地易形成风沙流,遇障碍物易堆积,对铁路工程产生危害.风沙对铁路的危害主要表现为沙埋、风蚀及磨蚀.

2.1 沙埋

线路两侧活动沙粒被大风气流扬起并带走,遇到路堤、道砟、轨枕等铁路结构物阻挡后大量沉落并堆积下来后掩埋铁路,造成列车缓行或脱轨等重大行车事故.

2.2 风蚀

路基遭受风蚀将会出现削低、掏空和坍塌等现象.

2.3 磨蚀

气流中沙粒具有较大能量,对机车、车辆及通讯设备进行撞击和磨蚀,甚至堵塞油眼,造成机件严重磨耗.

3.风沙地区选线原则及工程设置方案

3.1 选线原则

(1)尽量选择沙丘的边缘地带,这些地带风力较小,沙埋较轻,且常有潜水溢出,利于植物生长,沙丘易固定.

(2)宜选择在沙丘中的河流两岸和古河道及沙丘间的湖盆草滩通过,这些地带地下水位较高,有利于固沙造林,防治沙害.

(3)当通过延绵不断沙丘的地区,应尽量通过低矮沙丘,减少大量流沙对铁路的危害.

(4)尽量不通过半固定沙丘的下风侧,避免沙体移动掩埋铁路;施工过程中应避免破坏植被,以免沙丘复活.

(5)线路走向应尽量与当地主导风向平行,可大幅度减少沙埋、吹蚀等对铁路工程的危害.

3.2 线路方案比选

在项目可行性研究阶段,为尽量绕避不良地质,确保工程可靠性,进行了穿越沙山沟最小圆曲线半径方案的研究,比选了1600 m、1200 m和800 m三个最小圆曲线半径方案.经比选,最小圆曲线半径1600 m方案需设置1920 m隧道穿越沙梁,工程实施难度很大,予以舍弃;800 m方案与1200 m方案地质条件、工程设置及投资相当,但采用小半径更有利于绕避其间砂害严重地段,本次对800 m方案与1200 m方案进行了加深研究.

(1)最小圆曲线半径1200 m方案.

沙山沟内国道走行于沟东侧,为避免铁路建设引起公路改移工程,线路基本位于公路西侧.因采用1200 m较大半径无法于沟谷曲折、狭窄处与地形相适应,故部分桥墩布设于沙丘上.比较范围内线路全长12.59 km,桥梁长10.724 km.


(2)最小圆曲线半径800 m方案.

采用800 m半径后,线位的选择更为灵活,对地形适应性更强.为尽量远离砂害严重地段,线路于沙山沟入口处跨越公路于其东侧前行;后为避免公路改移及光缆迁改,再于DIK80+928处上跨公路于其西侧前行,DIK84+000附近采用800 m小半径后,线路可于沙丘前方通过;进入宽谷区后,线位与DK方案基本相同.比较范围内线路全长13.02 km,桥梁长10.724 km.(图2)

(3)方案比选.

①从线路平面条件方面分析.

1200 m方案设计行车速度可达140 km/h,优于800 m方案的120 km/h;且采用大半径后线路更为顺直,轮轨作用力减小,比较范围内1200 m方案较800m方案线路短425 m.

由上可知,1200 m方案线路平面条件更优.

②从工程地质条件方面分析.

两方案均走行于库姆塔格沙漠东段的沙山沟沟谷内,受沙漠影响,沙山沟内风积沙较发育,为该段主要工程地质问题.两方案通过地段的地层岩性、地质构造、水文地质条件等地质条件均相同,不控制线路方案的选择,仅风沙的分布段落及危害程度为影响线路方案选择的工程地质问题,现对各方案通过的风沙类型的分布段落及危害程度列表如表1.

通过统计表分析可知,虽1200 m方案通过砂害段落总长度比800 m方案短338 m.但1200 m方案通过严重砂害段落比800 m方案长510 m.因此总体比较,1200 m方案较800 m方案工程地质条件略差. ③从工程实施社会影响方面分析.

800 m方案为优化工程地质条件,尽量远离砂害严重地段,而多次跨越公路、管线.经统计,与公路交叉3次,与天然气管道交叉6次,改迁35 kV电力线7处,110 kV电力线6处.

1200 m方案经统计,与公路交叉1次,与天然气管道交叉4次,改迁35 kV电力线2处,110 kV电力线4处.

通过统计可知,1200 m方案与公路、管线交叉干扰及电力线迁改少,工程实施社会影响小.

④从桥梁布置难易度方面分析.

本次设计,与公路、天然气管道交叉时按照避免改移、原位立交的桥梁布置原则,当交叉角度过小时采用特殊结构.

1200 m方案与公路、管线交叉干扰小,因此桥梁布置难度较800 m方案小.

⑤从工程经济方面分析(表2).

1200 m方案线路长度短、电力迁改工程小,桥梁特殊结构少,故工程投资较800 m方案少1294.4万元.

⑥综合比选及推荐意见.

1200 m方案虽工程地质条件略差,但是其线路平面条件优、工程实施社会影响小、桥梁布置难度小、工程投资省,综合优势明显.

3.3 风沙防护工程

线路经过小段落风沙地段以路基通过;在穿行库姆塔格沙漠段,线路以沙山沟特大桥通过,降低了风沙对铁路的危害.

本线石料来源困难,路基风沙防护应谨慎采用石方格平面固沙措施,有条件时可采取粗粒料压沙或固化剂固沙措施.风沙流危害较严重地段,补充设置高立式、中立式沙障阻沙措施,最大限度的防止风沙危害.

沙山沟特大桥地处风集沙地区,设置的涵洞宜适当放大孔径,以免风沙堵塞涵洞.

4.结论

铁路风沙地区选线及防护工程的设计要紧密结合诸多因素,结合当地工程地质情况、自然环境及风沙类型选定合适的防护措施,不能单一孤立地采用一种防护措施.

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