精伊霍鐵路防風雪走廊病害成因及防治對策

黃杰（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司地質(zhì)路基處，陜西西安　710043）

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精伊霍鐵路防風雪走廊病害成因及防治對策

黃杰
（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司地質(zhì)路基處，陜西西安710043）

摘要詳細調(diào)查了精伊霍（精河—伊犁—霍爾果斯）鐵路沿線防風雪走廊的病害情況，多角度分析了病害產(chǎn)生的原因，并提出了相應的工程處理措施。得出如下主要結(jié)論:雪災、黃土濕陷性是誘發(fā)病害的外部因素；防風雪走廊連接平臺坡度過小、未作防滲處理、排水措施不當是誘發(fā)病害的設(shè)計原因；應增大平臺排水橫坡坡度，平臺頂面以下0. 5～1. 0 m處設(shè)防滲膜，并用灰土改良土回填；增設(shè)棚頂引排水措施，完善排水系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞精伊霍鐵路；防風雪走廊；黃土濕陷性；設(shè)計坡度；防滲；排水

精伊霍鐵路從精河站與北疆鐵路分離，穿越天山西北支的博羅霍洛山進入伊犁河谷，終點在霍爾果斯口岸，是我國新疆烏魯木齊以西的重要鐵路干線，對連接中亞各國，促進邊境口岸貿(mào)易具有深遠意義。該線1958年曾經(jīng)草測，1994年正式進行了可行性研究，1997—2004年對現(xiàn)場反復勘察論證，形成了較為完善的線路方案后，于2004年年底動工修建，歷經(jīng)6年，到目前已全線貫通。

精伊霍鐵路北天山中山區(qū)廣泛存在風吹雪現(xiàn)象，為應對該段不良氣候及地質(zhì)條件，保障鐵路運營安全，設(shè)計人員設(shè)計了獨特的防風雪走廊。該項工程投資省，防雪害效果佳，經(jīng)過2010年1月底的特大雪災檢驗，充分體現(xiàn)出設(shè)計的合理性、獨特性及針對性。但是在運營過程中，防風雪走廊樁板墻側(cè)面出現(xiàn)了不少病害，且地表多處沉陷，出現(xiàn)陷穴，漿砌片石也部分毀壞，如不及時處理，將會影響鐵路運營安全。

1　自然地理狀況

1. 1地形地貌

該段位于北天山南麓丘陵區(qū)，沿北天山南麓呈近東西向長條狀分布，沿河谷兩側(cè)由一系列的渾圓狀山丘組成，高程800～1 300 m，相對高差＜200 m，多為低矮的山丘，山坡較緩，呈弧形展布，南北波狀起伏，東西溝梁相間，溝谷發(fā)育，草本植物茂密。

線路以挖方及低填通過，工點內(nèi)風速很大，加之無森林生長，只生長草本和灌木，冬季積雪大，風吹雪災害發(fā)生頻繁，危害嚴重。

1. 2氣候條件

本區(qū)屬中溫帶干旱氣候區(qū)，降水量及氣溫隨高程變化較大，一般每升高100 m，降水量增加39～42 mm，而氣溫則下降0. 7℃。極端最高氣溫30℃，最低氣溫- 32℃，年平均降水量300 mm左右，日照強烈，極端天氣較多。季節(jié)性凍土深達200 cm。

1. 3地層巖性

二疊系砂巖（PSs）：褐黃色，鐵硅質(zhì)膠結(jié)，變晶結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，層厚0. 2～0. 3 m，巖質(zhì)堅硬，局部夾薄層泥巖。

1. 4水文地質(zhì)

1. 4. 1地表水

該區(qū)地表沖溝發(fā)育，地表水多以片流方式向沖溝匯集，主要受大氣降水補給。

1. 4. 2地下水

本段地下水主要為丘陵地帶裂隙孔隙水和基巖裂隙水。

丘陵地帶裂隙孔隙水：地下水主要為第三系泥巖、礫巖中的裂隙孔隙水，風成黃土中的孔隙潛水及賦存于透水性差的堆積物中的孔隙水，地下水水量貧乏，水質(zhì)較差。

基巖裂隙水：主要分布在砂巖層中，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，但由于裂隙多為密閉，連通性差，泉水稀少。

2　防風雪走廊設(shè)計概況

2. 1設(shè)計依據(jù)

1）根據(jù)中科院現(xiàn)場觀測，該段積雪期長達6個月（從該年十月至次年四月），極端最低溫度- 29. 0℃，最冷月平均溫度- 13. 7℃，起雪風速3. 4 m/s，風速最大可達24. 8 m/s，對積雪的沉降及二次分配影響較大。山谷處風速較低，易形成山地溝谷的深厚積雪，工程范圍內(nèi)風向與線路斜交，當鐵路開挖成路塹時，路塹對氣流有阻擋作用，致使塹內(nèi)形成渦旋，產(chǎn)生嚴重風吹雪沉積，從而危害行車，故設(shè)置防風雪走廊，以進行雪害防治。

2）由于黃土具濕陷性，為確保路基穩(wěn)定及行車安全，對地基進行處理。

2. 2工程措施

線路兩側(cè)設(shè)樁板式路塹擋土墻，樁長16. 0 m，樁截面為1. 5 m×2. 0 m，埋入路塹8. 0 m，露出路塹8. 0 m，樁間距6. 0 m。上部邊坡坡率1∶1. 5，連接平臺寬10. 0 m，右側(cè)邊坡高度大于3. 0 m時設(shè)拱形骨架護坡，骨架內(nèi)密植灌木。樁間設(shè)擋土板。樁頂設(shè)防雪網(wǎng)架，與樁通過螺栓連接。防風雪走廊設(shè)計橫斷面見圖1。

圖1　防風雪走廊設(shè)計橫斷面

圖2　地面下沉

圖3　黃土陷穴

3　防風雪走廊病害情況

防風雪走廊兩側(cè)平臺寬8～10 m，表面多鋪設(shè)漿砌片石防護，局部地段以素噴混凝土鋪設(shè)，個別地段未作任何防護。雪災過后，防風雪走廊兩側(cè)出現(xiàn)兩大病害。主要病害有：樁板背后3～4 m范圍內(nèi)開裂，裂縫寬1～15 cm，延伸長度＞20 m；樁板兩側(cè)地表下沉現(xiàn)象很普遍，一般下沉量0. 02～0. 30 m，最大下沉量0. 50 m；漿片鋪砌普遍開裂，失去防護效果；排水溝毀壞，影響排水。通過對沿線病害進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在3個較為典型的病害段落。

3. 1地面下沉，出現(xiàn)陷穴（DK168 + 548—DK168 + 690）

質(zhì)譜條件：電離方式EI；電子能量70 eV；接口溫度250 ℃；四級桿溫度150 ℃；離子源溫度230 ℃；掃描范圍29～400 u。通過計算機NIST11譜庫檢索結(jié)果和人工譜圖相結(jié)合方法確定揮發(fā)性成分種類，并采用面積歸一化法對各揮發(fā)性成分進行定量。

該段防風雪走廊連接尼勒克隧道出口，長142 m，雪災后，樁板墻兩側(cè)平臺普遍出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，下沉深度約0. 1～0. 3 m，見圖2。DK168 + 560左側(cè)平臺上黃土厚度較大，具Ⅱ～Ⅲ級自重濕陷性，此處發(fā)育有2個直徑2～3 m、形狀不規(guī)則、深2 m的陷穴，見圖3。

3. 2地面下沉，截水溝破壞（DK181 + 520—DK181 + 580）

該段右側(cè)樁板背后3 m處地面開裂，縫寬1～ 5 cm，并有下沉現(xiàn)象，下沉量0. 3 m。其中DK181 + 520—DK181 + 535段縫寬3～5 cm，右側(cè)防風雪走廊中部背后平臺及截水溝均發(fā)生開裂或下沉，下沉深度達0. 5 m，拱型骨架防護完好，見圖4。

圖4　截水溝破壞

3. 3地面開裂，鋪砌開裂破壞（DK181 + 580—DK181

+863）

該段兩側(cè)邊坡高12～15 m，防風雪走廊兩側(cè)平臺寬約10 m，邊坡拱型骨架防護。樁板背后的平臺多為漿片鋪砌，開裂、下沉嚴重。

DK181 + 840左側(cè)3 m處地面開裂，裂縫走向平行于線路，縫寬5～10 cm，并伴隨有下沉現(xiàn)象，最大下沉量達0. 3 m。見圖5。DK181 + 847—DK181 + 860段左側(cè)平臺未鋪砌，樁板背后4 m處地面開裂，縫寬2～10 cm，深0. 5～1. 0 m，并有下沉，下沉量0. 3 m。DK181 + 784—DK181 + 847段左側(cè)樁板背后4 m處地面漿片鋪砌開裂，縫寬1～2 cm，深0. 5 m，并有下沉，下沉量0. 4 m。

圖5　地面開裂

4防風雪走廊病害原因分析

2010年新疆發(fā)生60年一遇的特大雪災，積雪最大厚度達1 m，雪水融化、下滲緩慢，難以及時排出，使土體含水量增大；且因土體反復凍融，致使土體工程性質(zhì)變差。

4. 2黃土濕陷性

沿線的防風雪走廊通過區(qū)，地表均分布厚層黃土，具Ⅱ～Ⅲ級自重濕陷性。

4. 3施工過程分析

防風吹雪走廊兩側(cè)為樁板式擋土墻。其施工步驟為：開挖到路塹標高→1∶0. 5的坡率放坡→挖孔→澆灌混凝土→螺栓固定擋土板→回填→夯實。

由于本地區(qū)屬中溫帶干旱氣候區(qū)，降水量及氣溫隨高程變化較大。夏季干旱少雨、冬季寒冷干燥，而施工期間多為春季和秋季，回填時土體多為硬塑～堅硬狀態(tài)，雖經(jīng)過夯實，仍很難達到原狀土狀態(tài)，孔隙率較大，地表水下滲后很容易產(chǎn)生濕陷、下沉。所以多數(shù)防風雪走廊兩側(cè)平臺開裂、下沉多發(fā)生在樁板兩側(cè)4 m范圍內(nèi)。

4. 4設(shè)計及施工缺陷

4. 4. 1平臺橫坡過小

平臺4‰的橫坡使得在8～10 m范圍內(nèi)僅有3. 2 ～4. 0 cm高差，再加上施工時對平臺橫坡控制不嚴，以致平臺過于平緩，排水功能較差。

4. 4. 2平臺施工質(zhì)量較差

平臺表面大部分鋪設(shè)漿砌片石，施工時未引起重視，施工質(zhì)量較差，以致表面坑洼不平，容易積水、下滲。

4. 4. 3缺少接水槽

走廊半幅寬度6 m內(nèi)的雨水和融雪從棚頂流出后，集中流到擋土板和回填接觸處，由于缺少接水槽，水根本不可能流排，均滲入地下，這是平臺開裂下沉的主要原因。

4. 4. 4未作防滲處理

擋板兩側(cè)平臺多為原狀、回填黃土，孔隙比較大，防水差，其表層均未作防滲處理，地表水容易下滲。

5　治理措施

根據(jù)以上病害原因分析，提出以下治理措施。

1）增大排水橫坡坡度，不宜小于5‰。

2）平臺頂面以下0. 5～1. 0 m處設(shè)防滲膜，并用灰土改良土回填。

3）雪棚與平臺銜接部位增設(shè)棚頂流水的引排水措施。

4）完善天溝靠山側(cè)的排水功能，防止地表水滲入溝底。

5）完善雪棚出入口排水系統(tǒng)。

6　結(jié)語

我國西北地區(qū)冬季降雪大，風力強，普遍存在風吹雪不良氣候現(xiàn)象。防風雪棚經(jīng)過驗證，是一項設(shè)計獨特、行之有效的防風雪措施，適合在工程建設(shè)中推廣使用。而此次新疆特大雪災暴露出的精伊霍線防風雪走廊的病害問題及設(shè)計缺陷，為完善防風雪走廊的設(shè)計，預防此類病害的發(fā)生，積累了寶貴的經(jīng)驗。

參考文獻

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（責任審編周彥彥）

Disease Causes and its Prevention Treatment Measures for Anti-wind-and-snow Corridor in Jinghe -Yining -Khorgos Railway

HUANG Jie
（China Railway First Survey & Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043，China）

AbstractT he disease situation of anti-wind-and-snow corridor along JingYiHuo（Jinghe-Yining-Khorgos）railway line was investigated in detail，the disease causes were analyzed frommany perspectives，and the corresponding engineering treatment measures were put forward. T he conclusions are as following. T he snowstorm and loess collapsibility are the external factors inducing the diseases，the small connection platform slope of anti-windand-snow corridor，no seepage prevention，improper drainage measures are the design causes of diseases，which means platform horizontal drainage slope should be increased，the impervious membrane should be set at 0. 5～1. 0 m below the top of the platform，lime improved soil should be used for backfilling，the shed roof drainage measures should be considered and the drainage system should be improved.

Key wordsJinghe-Yining-Khorgos railway；Anti-wind-and-snow corridor；Loess collapsibility；Design slope；Seepage prevention；Drainage

中圖分類號U216. 41+2

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 24

文章編號：1003-1995（2016）06-0088-04

收稿日期：2016-01-18；修回日期：2016-03-27

作者簡介：黃杰（1982—），男，工程師。