通霍线K247路堑雪害整治措施研究

赵小刚

(沈阳铁路局计划统计处,沈阳 110001)

在内蒙古、黑龙江等省区的寒冷、严寒地区,冬季由于自然降雪和风吹雪的影响,经常使路基面产生较厚的积雪,阻碍列车运行,造成危害。沈阳铁路局管内的通霍线历年来多次发生雪害,2010年12月K247路堑处又因雪害中断行车,经72 h救援才完全畅通。通霍线是东北西部地区的一条主要煤炭运输大通道,是承担着东北地区众多电厂供煤从而保证供电供热的运输大动脉,为了确保冬季能源供应,通霍线的雪害必须彻底整治。

1 2010年通霍线K247路堑雪害概况

通霍线位于内蒙古自治区通辽市和兴安盟境内,线路全长416.6 km,沿线属寒温带大陆性季风气候,冬季降雪量大、风力强,降雪和积雪常被风吹刮到铁路线上,多处埋没线路及其设施,严重影响行车。

从2010年12月23日下午开始至25日,强降雪、降温天气侵袭内蒙古东部地区,通霍地区最低气温降至-40 ℃,同时伴有7级以上“白毛风”。受特大暴风雪影响,通霍线部分路段被积雪覆盖,先后有82 013次、45 555次列车受困于杜尔基至吐列毛杜区间的K247附近路堑,导致通霍线下行中断行车(图1、图2)。

图1 通霍线K247雪害现场

图2 通霍线K247雪害现场

2 雪害成因分析

通霍线K247处为半径为600 m的曲线路堑,线路基本为南北走向,路堑深6 m左右。铁路附近地势开阔,发生雪害期间伴有7级以上西风。

强降雪后地面积雪较厚,由于地势开阔、风速较快,风雪充满天空形成暴风雪。当风雪流遇到该路堑时,在其中既产生减速又产生旋转气流。风速减弱导致在背风边坡上产生积雪,而旋转气流又阻止迎风侧积雪产生,持续一定时间后背风侧边坡积雪基本稳定(图3)。

图3 背风侧边坡积雪基本稳定

通霍线为双线铁路,路堑较宽,因此旋转气流相对较弱,背风侧积雪稳定后路基面逐渐产生积雪埋没线路,积雪厚度沿风向逐渐减薄(图4)。

图4 路基面积雪产生

当背风侧线路上积雪达到一定厚度后,列车无法闯雪通过,被迫于路堑中停车。列车受困路堑中以后,路堑断面发生变化,列车与背风侧边坡间形成明显的、新的减速区,该区域迅速被积雪填满,导致列车被积雪埋没(图5)。

图5 列车受困后积雪情况

3 雪害整治措施选择

3.1 防雪林

防雪林是防止积雪的比较有效的措施,不但比较经济而且有绿化造林的意义。但本地段地表覆土很薄,其下为不同风化程度的花岗岩,且气候干旱、寒冷,不利于树木生长,沿线均为草地,树木极为少见。受气候、土壤条件限制,采用防雪林的方案无法实施。

3.2 防雪栅栏

防雪栅栏一般采用木结构,风雪流通过防雪栅栏空格时气流的断面受到压缩而以高速度通过,在栅栏的前后形成减速区,使积雪在减速区域内堆积,从而达到对线路的防护。但通霍地区不适宜树木生长、缺乏木材,制作栅栏的原材料受限,防雪栅栏不宜采用。

3.3 挡雪墙

风雪流在运行过程中受到防雪墙的阻挡产生涡旋,速度下降,在防雪墙前后分别形成范围不等的弱风区,使雪粒沉落堆积在墙的两侧,从而避免线路积雪。挡雪墙可就地取材,用片石等筑墙防雪,墙面设置通风孔,施工简单、较经济,且维护量极小。根据本地区气候、土壤不适合树木生长和交通不便、维护困难的特点,通霍线K247路堑雪害拟采用修建挡雪墙的方式进行整治。

4 挡雪墙设置方案

4.1 挡雪墙结构(图6)

图6 挡雪墙结构示意(单位：m)

(1)墙高

影响挡雪墙积雪量的首要因素是墙高,墙越高,积雪量越大。但墙越高其结构稳定性越差,且更容易产生基底不均匀沉降引起墙体结构破坏,因此一般挡雪墙的高度采用1.5～2.0 m。本工点雪害严重,墙高选择大值2.0 m。

(2)孔隙度

影响挡雪墙积雪量的第二因素是孔隙度,不透风式防雪墙的积雪量最小,50%孔隙度的防雪墙积雪量最大,其他孔隙度防雪墙的积雪量介于二者之间,兼顾防雪墙的建造难度、稳定性和对风压力的耐久性，一般挡雪墙的孔隙度采用20%～40%。本工点地处牧区,为了减少牲畜破坏,挡雪墙下部不设透风孔、上部透风孔按30%左右孔隙度设置。

(3)基础

挡雪墙的荷载为风力及自重,基础设置要满足抗倾覆及沉降要求,基底土质、承载力较差时需要进行相应检算。本地段基底为强风化的花岗岩,土质、承载力均比较理想,基础、基底不需要进行特殊处理,基底埋深0.5 m。

(4)结构设置具体要求

墙顶以下1.1 m范围内设置2排透风孔,透风孔沿线路方向及竖向边长均为0.3 m,透风孔纵向净距0.2 m,竖向净距0.25 m,两段挡墙的搭接区不布置透风孔。挡雪墙采用M7.5水泥砂浆砌片石砌筑,墙高2.5 m,基础埋深0.5 m,顶宽0.4 m,迎风侧直立,背风侧坡度1∶0.2。挡雪墙每段连续墙体沿线路方向每隔10～20 m设置一道伸缩缝,缝宽0.02 m,缝内沿墙内外顶三边填塞沥青麻筋,深0.2 m。

4.2 挡雪墙平面布置(图7)

图7 挡雪墙平面布置(单位：m)

本地段冬季主导方向与线路垂直,挡雪墙与线路平行布设在路基的迎风一侧。

(1)挡雪墙距堑顶的距离

挡雪墙距堑顶的距离应结合其防护距离和用地综合考虑,一般挡雪墙距堑顶的距离采用墙高的12～16倍。

(2)设置道数

本地段风力强、降雪量大、地形开阔,实践表明属于雪源丰富的雪害重度区,一道挡雪墙不能满足防雪要求,结合附近现有挡雪墙的实际效果,考虑设置3道挡雪墙,间距为20 m。建成后根据实际效果确定是否需要再增设1道或多道挡雪墙。

(3)挡雪墙布置

挡雪墙沿线路每段墙体长50 m,不同段墙体交错布置,纵向搭接长度为2.0 m,垂直线路方向墙顶净距2.0 m,总长度视雪害路段长度而定，一般应大于雪害路段3 m左右。挡雪墙起终点设置翼墙,翼墙斜长10 m,与主墙夹角为30°～45°(锐角),两个翼墙均应指向上风方向,以增加防雪墙上风侧的积雪量。

4.3 材料性能要求

石料应采用质地坚硬、不易风化、无裂纹的片石,其中部尺寸不应小于15 cm,强度等级不应低于MU30。

4.4 施工要求

(1)为保证工程质量及外观整齐,施工时应按设计坡度及厚度准确挂线砌筑。

(2)砌体应以挤浆法砌筑,浆砌前应将石料表面泥土冲洗干净。砌筑石块的施工顺序应自下而上进行,石块应立砌,缝要错开,石块之间应镶紧,缝隙间用小石块填满塞紧。墙体表面及两端面应砌筑平顺。

(3)挡雪墙施工时应按要求施工,背坡不得改陡,以免影响墙身稳定。

(4)施工前基坑应碾压夯实,挡雪墙应随开挖随施工,防止基底暴露时间过久造成病害。墙前、墙后基坑要及时回填夯实,严禁虚土回填。

(5)砌筑挡雪墙时,不得做成水平通缝,墙趾台阶转折处不得做成竖直通缝。

(6)挡雪墙墙底纵坡不应陡于5%,当纵坡陡于5%时,应将基底做成台阶形式。施工完成的挡雪墙如图8所示。

图8 挡雪墙效果

5 结论

雪害具有一定的地域性、季节性,我国大部分地区铁路部门没有雪害的经历和经验积累。以前未经历降雪天气的地区在建设、维修阶段均未设置防雪设施,但近年来极端天气频现,不少无雪地区也出现了雪害,需要增设防雪设施。雪害治理要根据地形、地貌、气候、积雪厚度、植被、及地表层土层情况,因地制宜的采用挡雪墙、防雪栅栏、防雪林或相互结合的综合措施。由于风速、风向、雪量的不确定性,各类措施的设置方式难以精确计算,一般依据雪害实际情况设置,然后根据设置以后的观测数据再进行适当调整或补充。

[1] 中华人民共和国铁道部.铁建设[2006]116号 铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2006.

[2] 周宏元,曾长贤.铁路特殊路基设计规范修订解析[J].铁道标准设计,2006(3).

[3] 铁道部工务局.铁路工务技术手册—路基[M].北京：中国铁道出版社,1995.

[4] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册—路基[M].北京：中国铁道出版社,1995.

[5] 孟 和,郝利军.对草原地区铁路雪害设计的探讨[J].内蒙古科技与经济,2010(2).

[6] 高卫东,刘哲明.铁路沿线风吹雪灾害及其防治研究[J].中国铁道科学,2004(5).

[7] 内蒙古锡林郭勒盟交通科学研究所.DBI5/T435-2006内蒙古自治区公路风吹雪雪害防治技术[S].北京：人民交通出版社,2007.

[8] 杨新华.雪害地区路基防护探讨[J],路基工程,1995(2).

[9] 郭丹奇,柳春红,吴春玉.公路风吹雪的形成和影响因素分析[J].煤炭技术,2003(8)

[10] 张 霞.面向风吹雪雪害防治的公路路基与路侧设计研究[D].吉林：吉林大学,2007.

[11] 陈晓光,李俊超,李长林,刘 健.风吹雪对公路交通的危害及其对策研讨[J].公路,2001(6).