某煤運鐵路風沙地區工程地質選線及工程處理措施

李 鵬 高雪蓮

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司， 天津 300251； 2.天津石油職業技術學院， 天津 301607)

1 概述

擬建某煤運鐵路通道工程，線路北段途徑內蒙古自治區鄂爾多斯地區，位于內蒙古鄂爾多斯市烏審旗境內。該地區為毛烏素沙漠邊緣地帶，風沙問題是影響本工程選線的重要地質因素。科學合理地選擇線路方案，避開風沙的影響，對風沙影響地段提出經濟合理的處理措施是本項目的關鍵技術問題。

1.1 地形地貌

工程區地勢總趨勢北高南低，海拔高程1 282～1 372 m，地形波狀平緩起伏，高差一般5.0 m左右，局部流動沙丘高差可達10 m以上。沙丘形態多為新月形，以流動沙丘及半固定沙丘為主，局部分布固定沙丘、小型的海子湖泊及古海子形成的洼地，部分為平沙地。沿線大部分地方人煙稀少，交通困難。

1.2 地層巖性及構造

本段揭示地層相對簡單，沙漠區表層覆蓋第四系全新統風積層(Q4eol)粉細砂；在沙漠區現代湖淖處，地貌一般為平沙地；風積沙之下為第四系全新統湖積層(Q4l)粉砂、細砂、中砂、粉土等；下伏基巖為白堊系下統環河華池組(K1hc)砂巖、泥質砂巖。

本區地處鄂爾多斯盆地，鄂爾多斯盆地是一個基底硬化程度很高、比較標準的穩定地塊，構造相對簡單，褶皺和斷裂不發育。

1.3 氣象特征

沿線所經地區屬中溫帶大陸型季風氣候區，表現為降雨量少，蒸發量大，寒冷干燥，冰凍期長，晝夜溫差變化較大，夏季短促而炎熱，冬季漫長且嚴寒。當地主導風向多為北西—北北西向，最大風速可達15 m/s，年大風天數為25～35 d；年平均氣溫8.4 ℃，極端最高氣溫37.9 ℃，極端最低氣溫-26.5 ℃，最熱月平均氣溫為31.8 ℃，最冷月平均氣溫為-12.9 ℃；年平均降水量364.7 mm，年平均蒸發量2 105.4 mm；年平均沙塵暴日數為3.6 d；最大積雪深度14 cm，最大季節性凍土深度124 cm。

2 區域風沙特征

2.1 固定沙丘及沙地

本區多數地段生態環境恢復較好，固定沙丘、沙地在線路范圍內廣泛分布，主要為沙漠區平緩低洼地帶，植被覆蓋率可達50%～80%之間，對擬建鐵路危害程度輕微。

2.2 流動沙丘及半固定沙丘

沿線附近分布有大段落的流動沙丘與半固定沙丘，局部形成新月形沙丘鏈及格狀沙丘。沙丘的高度一般3～15 m，寬度50～200 m。迎風坡坡面微凸平緩，坡度一般5°～10°，最小約3°，最大不超過18°；含水率一般2.2%～4.5%，平均含水率3.05%。背風坡坡面下凹較陡，坡度一般22°～35°，最小約15°，最大不超過44°；含水率一般1.7%～4.0%，平均含水率2.98%。流動沙丘植被覆蓋率不足10%，沙害程度嚴重；半固定沙丘植被覆蓋率25%左右。經過調查發現，固定沙丘段由于人類活動破壞，沙害復活，目前沙害程度中等，但已有向嚴重發展的趨勢。

3 工程地質選線

在綜合地質勘查的基礎上，查明了風沙地區工程地質特征，針對不同危害性質的風沙，應合理選擇線路方案。

(1)繞避風沙危害嚴重地段，應盡量避免穿越流動沙丘，若無法避免，盡量選擇邊緣地段通過，并做好后期的鐵路觀測及維護。

(2)本段線路方案較順直，采用不設或少設曲線的原則，前90 km段落曲線不超過10個，且曲線半徑較大。同時，本段線路方向設計盡量和主導風向呈小角度相交。

(3)本段線路大部分采用路堤通過，路基設計填高一般大于3 m，基本沒有路塹工程，個別挖方較小的路塹工程采用敞開式路塹。

4 風沙危害程度劃分及工程處理措施建議

4.1 風沙危害程度劃分

根據野外調查，沙丘對線路的危害程度如表1所示。

表1 沙丘危害程度分段

4.2 工程處理措施建議

工點類型以路基為主，其中大部分為路堤工程，個別地段為路塹工程。根據不同的工程類型，工程處理措施建議如下。

(1)路堤工程

路堤邊坡采用直線形，邊坡高度h≤6 m，邊坡坡率1∶1.75；邊坡高度6 m12 m應進行邊坡穩定檢算確定邊坡坡率。

(2)路塹工程

路塹邊坡采用直線形，路塹邊坡高度h≤6 m，邊坡坡率1∶1.75；邊坡高度6 m12 m應進行邊坡穩定檢算確定邊坡坡率。當為挖深小于3.0 m的淺路塹時，采用展開式，邊坡坡率1∶4.0～5.0。

風沙地區路基地段路塹兩側設梯形側溝，側溝外留設積沙平臺，平臺寬度根據風沙危害程度確定。

(3)路基本體外的風沙防護

根據風沙的危害程度，采取工程防沙與植物防沙相結合的措施，在路基兩側設置風沙防護體系。防沙體系由防火帶(平整帶)、防護帶、阻沙柵欄、植被保護帶和圍欄構成。

不同程度沙害地段的防沙體系如圖1～圖3所示。

圖1 輕微沙害地區兩側防沙結構體系示意(單位：m)

圖2 中等沙害地區兩側防沙結構體系示意(單位：m)

圖3 嚴重沙害地區兩側防沙結構體系示意(單位：m)

5 結論

采用綜合勘察方法查明風沙分布特征，從而指導工程地質選線，確定線路方案，降低風沙給鐵路帶來的安全隱患。

結合工程地質選線原則，針對不同危害性質的風沙，進行了科學合理的工程地質選線工作。

對不同的工程類型提出了不同的工程處理措施，對不同風沙危害程度地段布置相應的防沙結構體系，從而加強工程的安全性。

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