新建陶利廟至鄂托克前旗鐵路風沙路基防護原則的研究

夏超峰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州院，河南鄭州 450001)

新建陶利廟至鄂托克前旗鐵路為I級電氣化鐵路，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部鄂爾多斯市烏審旗、鄂托克前旗境內(nèi)。線路東起在建新恩陶線陶利廟站，途徑陶利廟、昂素，西至鄂托克前旗。線路大致呈東西走向，新建正線全長97.705 km。

本項目為鄂爾多斯南部的橫向通道組成部分，加強了西南地區(qū)路網(wǎng)密度，增強了地區(qū)鐵路網(wǎng)的完整性、通達性和運輸靈活性。

1 氣候特征及沿線風沙路基的分布

1.1 氣候特征

沿線經(jīng)過地區(qū)大的地貌單元主要有毛烏素沙漠邊緣區(qū)(DK0+000～DK64+500)和鄂爾多斯高原區(qū)(DK64+500～DK99+100)。陶利廟出站至昂素屬于毛烏素沙漠邊緣區(qū)，地形平坦、開闊，地勢起伏不大，自東向西一路上坡至昂素，地面高程一般在1 273～1 390 m之間。地表多被固定、半固定沙丘覆蓋，局部為流動沙丘，沙丘高2～20 m不等，沙丘之間有多處地勢相對低洼區(qū)，為近現(xiàn)代湖泊沉積地層。地下水位在洼地中埋深0.2～3 m左右，在高地、沙丘中則大于15 m。

本線屬干旱、半干旱大陸性中溫帶氣候區(qū)，四季分明，春季干旱多風，夏季短促炎熱，秋季氣溫巨降，冬季嚴寒漫長而少雪，日照豐富，降水少而集中且不均勻，蒸發(fā)強烈，氣候干旱多風沙。沿線主要氣象要素見表1。

表1 氣象要素匯總

1.2 風沙路基的分布

該線陶利廟至昂素段主要位于毛烏素沙漠邊緣地帶，沙的來源主要為毛烏素沙漠，以固定沙丘(地)和半固定沙丘(地)為主，少量流動沙丘，多呈新月形，局部呈沙丘鏈和沙壟狀分布。該段主導風向為北西向，迎風坡積沙范圍較大，厚度相對較薄，背風坡積沙范圍小，局部厚度較大，以粉、細砂為主。沿線流動沙丘長6.7 km，半固定沙丘長16.3 km。

2 風沙路基防護原則的研究

2.1 風沙治理措施的分析

風沙路基兩側(cè)的風沙治理一般可分為兩種:工程治沙與植物治沙。

(1)工程治沙

是指采用各種工程手段防治風沙危害的一種工程技術(shù)體系。工程治沙在鐵路風沙治理中最常用的是機械沙障固沙措施。機械沙障固沙是指利用柴草、黏土、板條、卵石等，在沙面上設置各種形式的障礙物或擋沙墻，從而控制風沙流的運動方向、速度、結(jié)構(gòu)，起到阻擋風沙作用的一種工程技術(shù)措施。

優(yōu)點:施工簡單，周期短。

缺點:費用高，效果較差。

結(jié)合該線風沙路基的情況，可采用碎石土、黏性土包坡進行防護。碎石土、黏性土包坡，厚度若采用0.3 m，則需要總量為158 700 m3。由于沿線多為粉細沙，碎石土、黏性土需從靖邊縣外運，運距超過100 km，包坡工程概算額為1 777.6萬元。運距遠，需用量大，運輸過程中勢必對周圍環(huán)境造成非常大的影響。短期固沙作用較好，長期后會被風蝕，固沙效果差。

(2)植物治沙

是指通過采取種草種樹等措施增加人工植被，保護和恢復天然植被等各種手段，有效阻止流沙移動，防止風沙危害，改善風沙區(qū)生態(tài)環(huán)境和提高土地生產(chǎn)力的一種植物防護技術(shù)措施。植物治沙是我國最重要和最根本的防沙治沙有效手段。

優(yōu)點:費用低廉，效果好，保護和美化環(huán)境。

缺點:施工周期長。

鑒于沿線大部分地段地下水位較高，且年降水量大于250 mm，地下水位在洼地中埋深0.2～3 m左右，具備植物生長條件。本次采用樹枝沙障(沙障內(nèi)種沙柳、檸條等植物)進行防護。樹枝沙障設置較簡單，采用樹枝長30～40 cm，埋深15～20 cm，正方形布置。采用樹枝沙障防護，費用為792.0萬元。樹枝沙障防護如圖1所示。

圖1 樹枝沙障(單位:m)

通過對兩種治沙方法優(yōu)缺點綜合比較，結(jié)合當?shù)刂紊辰?jīng)驗和臨近地區(qū)類似工程經(jīng)驗，在建恩格阿婁至陶利廟鐵路，上海廟至三北羊場鐵路的治沙方法，采用植物治沙。

2.2 風沙路基防護原則

風沙路基防護工程主要包括兩部分:路基本體的防風蝕加固措施以及沙丘或風流侵向路基采取的防沙埋措施。

(1)路基坡面防護

路堤、路塹邊坡高度H＜5.0 m時，坡面采用樹枝沙障，沙障內(nèi)栽種沙柳防護，路肩采用C20混凝土預制塊防護;邊坡高度5 m≤H≤8 m時，邊坡坡面采用C15混凝土六棱空心磚護坡，空心磚內(nèi)植草皮防護;邊坡高度H＞8 m時，采用C20混凝土截水骨架護坡防護，骨架內(nèi)種沙柳防護。

(2)風沙路基兩側(cè)防護

路塹地段設置側(cè)溝及寬度不小于2.0 m的積沙平臺，平臺采用混凝土塊板鋪砌加固，如圖2所示。

圖2 路塹側(cè)溝及積沙平臺設置標準橫斷面(單位:m)

線路通過流動沙丘且沙害嚴重地段，于迎風側(cè)200 m、背風側(cè)100 m范圍內(nèi)采用樹枝沙障固沙，沙障內(nèi)栽種沙柳、檸條等固沙植物，并于迎風側(cè)最外側(cè)設一道高立式沙障。迎風側(cè)植被保護帶寬度為400 m，背風側(cè)植被保護帶寬度為150 m;線路通過流動沙丘、半固定沙丘且沙害中等地段，于迎風側(cè)150 m、背風側(cè)50 m范圍內(nèi)采用樹枝沙障固沙，沙障內(nèi)栽種沙柳、檸條等固沙植物，并于迎風側(cè)最外側(cè)設一道高立式沙障。迎風側(cè)植被保護帶寬度為300 m、背風側(cè)植被保護帶寬度為100 m，如圖3所示。

圖3 風沙路基平面防護(單位:m)

3 風沙路基防護的作用

通過上述研究，對該工程路基邊坡防護采取了以下措施:①樹枝沙障，沙障內(nèi)栽種沙柳，路肩采用C20混凝土預制塊防護;②C15混凝土六棱空心磚護坡，空心磚內(nèi)植草皮防護;③C20混凝土截水骨架護坡防護，骨架內(nèi)種沙柳防護。

在路基兩側(cè)防護采用樹枝沙障(沙障內(nèi)種沙柳)，于迎風側(cè)最外側(cè)采用高立式沙障等固沙、阻沙，以及封沙育草、保護天然植被的多種防護措施，構(gòu)成嚴密、整體性的防沙結(jié)構(gòu)體系，可以有效防止路基沙埋危害。

4 結(jié)束語

新建陶利廟至鄂托克前旗鐵路穿行于毛烏素沙漠邊緣，風沙對路基危害較大，風沙路基防護的措施可以保證路基不被風蝕和沙埋危害，保證路基安全，從而保障列車安全、正常運行。

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