某煤运铁路风沙地区工程地质选线及工程处理措施

李 鹏 高雪莲

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251； 2.天津石油职业技术学院， 天津 301607)

1 概述

拟建某煤运铁路通道工程，线路北段途径内蒙古自治区鄂尔多斯地区，位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗境内。该地区为毛乌素沙漠边缘地带，风沙问题是影响本工程选线的重要地质因素。科学合理地选择线路方案，避开风沙的影响，对风沙影响地段提出经济合理的处理措施是本项目的关键技术问题。

1.1 地形地貌

工程区地势总趋势北高南低，海拔高程1 282～1 372 m，地形波状平缓起伏，高差一般5.0 m左右，局部流动沙丘高差可达10 m以上。沙丘形态多为新月形，以流动沙丘及半固定沙丘为主，局部分布固定沙丘、小型的海子湖泊及古海子形成的洼地，部分为平沙地。沿线大部分地方人烟稀少，交通困难。

1.2 地层岩性及构造

本段揭示地层相对简单，沙漠区表层覆盖第四系全新统风积层(Q4eol)粉细砂；在沙漠区现代湖淖处，地貌一般为平沙地；风积沙之下为第四系全新统湖积层(Q4l)粉砂、细砂、中砂、粉土等；下伏基岩为白垩系下统环河华池组(K1hc)砂岩、泥质砂岩。

本区地处鄂尔多斯盆地，鄂尔多斯盆地是一个基底硬化程度很高、比较标准的稳定地块，构造相对简单，褶皱和断裂不发育。

1.3 气象特征

沿线所经地区属中温带大陆型季风气候区，表现为降雨量少，蒸发量大，寒冷干燥，冰冻期长，昼夜温差变化较大，夏季短促而炎热，冬季漫长且严寒。当地主导风向多为北西—北北西向，最大风速可达15 m/s，年大风天数为25～35 d；年平均气温8.4 ℃，极端最高气温37.9 ℃，极端最低气温-26.5 ℃，最热月平均气温为31.8 ℃，最冷月平均气温为-12.9 ℃；年平均降水量364.7 mm，年平均蒸发量2 105.4 mm；年平均沙尘暴日数为3.6 d；最大积雪深度14 cm，最大季节性冻土深度124 cm。

2 区域风沙特征

2.1 固定沙丘及沙地

本区多数地段生态环境恢复较好，固定沙丘、沙地在线路范围内广泛分布，主要为沙漠区平缓低洼地带，植被覆盖率可达50%～80%之间，对拟建铁路危害程度轻微。

2.2 流动沙丘及半固定沙丘

沿线附近分布有大段落的流动沙丘与半固定沙丘，局部形成新月形沙丘链及格状沙丘。沙丘的高度一般3～15 m，宽度50～200 m。迎风坡坡面微凸平缓，坡度一般5°～10°，最小约3°，最大不超过18°；含水率一般2.2%～4.5%，平均含水率3.05%。背风坡坡面下凹较陡，坡度一般22°～35°，最小约15°，最大不超过44°；含水率一般1.7%～4.0%，平均含水率2.98%。流动沙丘植被覆盖率不足10%，沙害程度严重；半固定沙丘植被覆盖率25%左右。经过调查发现，固定沙丘段由于人类活动破坏，沙害复活，目前沙害程度中等，但已有向严重发展的趋势。

3 工程地质选线

在综合地质勘查的基础上，查明了风沙地区工程地质特征，针对不同危害性质的风沙，应合理选择线路方案。

(1)绕避风沙危害严重地段，应尽量避免穿越流动沙丘，若无法避免，尽量选择边缘地段通过，并做好后期的铁路观测及维护。

(2)本段线路方案较顺直，采用不设或少设曲线的原则，前90 km段落曲线不超过10个，且曲线半径较大。同时，本段线路方向设计尽量和主导风向呈小角度相交。

(3)本段线路大部分采用路堤通过，路基设计填高一般大于3 m，基本没有路堑工程，个别挖方较小的路堑工程采用敞开式路堑。

4 风沙危害程度划分及工程处理措施建议

4.1 风沙危害程度划分

根据野外调查，沙丘对线路的危害程度如表1所示。

表1 沙丘危害程度分段

4.2 工程处理措施建议

工点类型以路基为主，其中大部分为路堤工程，个别地段为路堑工程。根据不同的工程类型，工程处理措施建议如下。

(1)路堤工程

路堤边坡采用直线形，边坡高度h≤6 m，边坡坡率1∶1.75；边坡高度6 m12 m应进行边坡稳定检算确定边坡坡率。

(2)路堑工程

路堑边坡采用直线形，路堑边坡高度h≤6 m，边坡坡率1∶1.75；边坡高度6 m12 m应进行边坡稳定检算确定边坡坡率。当为挖深小于3.0 m的浅路堑时，采用展开式，边坡坡率1∶4.0～5.0。

风沙地区路基地段路堑两侧设梯形侧沟，侧沟外留设积沙平台，平台宽度根据风沙危害程度确定。

(3)路基本体外的风沙防护

根据风沙的危害程度，采取工程防沙与植物防沙相结合的措施，在路基两侧设置风沙防护体系。防沙体系由防火带(平整带)、防护带、阻沙栅栏、植被保护带和围栏构成。

不同程度沙害地段的防沙体系如图1～图3所示。

图1 轻微沙害地区两侧防沙结构体系示意(单位：m)

图2 中等沙害地区两侧防沙结构体系示意(单位：m)

图3 严重沙害地区两侧防沙结构体系示意(单位：m)

5 结论

采用综合勘察方法查明风沙分布特征，从而指导工程地质选线，确定线路方案，降低风沙给铁路带来的安全隐患。

结合工程地质选线原则，针对不同危害性质的风沙，进行了科学合理的工程地质选线工作。

对不同的工程类型提出了不同的工程处理措施，对不同风沙危害程度地段布置相应的防沙结构体系，从而加强工程的安全性。

[1] 铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，2010

[2] 铁道第一勘察设计院.TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社，2007

[3] 铁道第二勘察设计院.TB10012—2010 铁路不良地质勘察规程[S].北京:中国铁道出版社，2010

[4] 王在岭.新建铁路蒙西至华中地区铁路煤运通道工程可行性研究(第四篇)[Z].天津铁道第三勘察设计院，2012

[5] 李丹峰.新建铁路蒙西至华中地区铁路煤运通道工程可行性研究(第七篇)[Z].天津铁道第三勘察设计院，2012

[6] 张磊.风沙地区铁路工程地质勘察方法及路基设计探讨[J].河南科技，2012(1)：92-93

[7] 汪耀华.风沙区段工程地质措施的一些认识[J].中华民居，2011(4)：317-319

[8] 冯德泉.库尔勒至格尔木铁路风沙地区选线[J].铁道建筑，2012(6)：110-113

[9] 王磊.浅谈大何铁路风沙特征危害及勘测选线要点[J].工程技术，2010:360-361

[10] 韩冰营.浅析额哈线风沙地区铁路线路方案的选择[J].建筑科学与监理，2012(1)：64-66

[11] 王多青.青藏铁路格拉段风沙防治[J].铁道工程学报，2009(10)：12-15

[12] 刘茂.乌锡线风沙灾害特征与选线原则[J].山西建筑，2009(7)：265-266