敦煌至雅丹旅游鐵路山前漫流區(qū)選線研究

劉正男

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 引 言

敦煌至雅丹旅游鐵路是一條主要服務(wù)于甘肅省敦煌市雅丹國(guó)家地質(zhì)公園、玉門關(guān)景區(qū)、陽(yáng)關(guān)景區(qū)、西湖自然保護(hù)區(qū)和西千佛洞等多個(gè)景點(diǎn)旅游客流出行的一條旅游專線鐵路。其玉門關(guān)至雅丹段落穿越北山南麓山前傾斜平原，線路工程為典型的山前漫流區(qū)工程選線，橋渡及線路選擇相當(dāng)復(fù)雜，處理不慎將會(huì)造成巨大風(fēng)險(xiǎn)和損失。

2 山前漫流地區(qū)工程特征

2.1 山前漫流區(qū)的成因

在甘肅西北干燥寒冷地區(qū)，地表風(fēng)化劇烈，強(qiáng)降雨時(shí)，山間河流往往攜帶大量泥沙，流出山口后失去約束，水流擴(kuò)散，坡度變緩，流速減少，大量泥沙堆積下來，形成中間高兩側(cè)低的沖擊錐或連續(xù)的沖積扇群，由于水流相互交錯(cuò)影響，水系錯(cuò)綜復(fù)雜，溝槽多成網(wǎng)狀交織，形成長(zhǎng)大寬展的山前漫流。山前漫流的上游，地面縱坡變緩，在漫流的末端，即為地形及其平坦的沙漠、堿地或農(nóng)田，洪水最后滯留于此種往往無明顯溝槽或水流痕跡的地帶，形成下游較高的地下水位。

2.2 西北地區(qū)山前漫流區(qū)的地質(zhì)特征

甘肅西北地區(qū)屬干旱氣候，降雨量較小，當(dāng)少量季節(jié)性降雨攜帶碎巖、沙礫隨自谷口流向扇底的過程中，往往中途便蒸發(fā)殆盡，僅能將部分小粒徑沙礫及可溶碳酸鹽硫酸鹽攜帶至扇底，大粒徑的碎巖往往沉積于漫流區(qū)上游。與典型的多降水地區(qū)山前沖積扇的三級(jí)坡段結(jié)構(gòu)不同，山前漫流區(qū)自扇心至扇緣的坡度往往僅有兩級(jí)坡度：即靠近扇心上游河口處極短范圍內(nèi)存在較大的自然坡度，之后立刻進(jìn)入坡度平緩、范圍極大的扇狀漫流區(qū)。

同時(shí)，暴雨季節(jié)由山間溝谷洪流攜帶的含鹽物質(zhì)，主要沉積在山前洪積扇的砂礫石層土體中，在降水和洪水的滲透淋濾作用和強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下，鹽分以層狀集聚于細(xì)顆粒夾層層面上，易形成鹽漬土現(xiàn)象。鹽漬土中水分和溫度隨著自然氣候條件的變化而不斷地變化，使土體中鹽分時(shí)而溶解，時(shí)而結(jié)晶，土體也隨之膨脹收縮循環(huán)進(jìn)行，從而破壞了穩(wěn)定性，在日溫差大的甘肅西北地區(qū)此現(xiàn)象尤為突出。

2.3 山前漫流區(qū)對(duì)鐵路工程的影響

本線接軌的既有柳溝至敦煌鐵路亦大段落走行于山前漫流區(qū)，自2006年開通運(yùn)營(yíng)至今已有十余年。經(jīng)工務(wù)部門調(diào)查統(tǒng)計(jì)，柳敦線戈壁山前漫流區(qū)段存在橋涵導(dǎo)流設(shè)施不足的問題，汛期遇降雨存在地表徑流匯聚沖刷路基的隱患，并造成部分路基水害及涵洞涵渠端、翼墻外傾開裂等病害。

3 鐵路選線方案

3.1 方案說明

研究區(qū)域整體位于北山南麓洪積扇區(qū)，地形整體上北高南低，呈戈壁地貌，地表漫流發(fā)育，水流呈喇叭狀散開，水流分散，擺動(dòng)不定，為典型的扇狀山前漫流區(qū)；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，山前漫流沖積扇扇緣區(qū)鹽漬土現(xiàn)象明顯；漫流區(qū)下游段受風(fēng)蝕、水蝕影響，呈現(xiàn)風(fēng)蝕城堡、洼地、溝槽等典型的雅丹地貌。

玉門關(guān)至雅丹景區(qū)航空線整體位于北山南麓洪積扇區(qū)扇緣，區(qū)域內(nèi)唯一的交通廊道省道S303位于西湖自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)走行，位于洪積扇扇中。本段落線路走向旨在盡量控制對(duì)西湖自然保護(hù)區(qū)的影響的條件下采用安全經(jīng)濟(jì)合理的工程形式通過山前漫流區(qū)，本次分別研究了取直方案和沿省道S303和保護(hù)區(qū)邊界走行方案。

(1)方案Ⅰ:取直方案

線路出玉門關(guān)向北跨過馬圈灣長(zhǎng)城和疏勒河后，沿S303東側(cè)向北走行，于S303直角彎折處折向西，于山前漫流區(qū)中游部取直行至雅丹國(guó)家地質(zhì)公園。比較段落內(nèi)新建線路長(zhǎng)度56.254 km，橋梁長(zhǎng)度3.953 km，靜態(tài)投資12.65億元。

(2)方案Ⅱ：沿省道S303走行方案

方案南北向走行段落同方案一，于S303直角彎折處折向西，緊沿省道S303北側(cè)和西湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)邊界走行，至雅丹國(guó)家地質(zhì)公園。比較段落內(nèi)新建線路長(zhǎng)度56.507 km，橋梁長(zhǎng)度4.001 km，靜態(tài)投資12.71億元。

3.2 綜合分析比選及推薦意見

取直方案走行于漫流區(qū)中部，地形相對(duì)平緩，沿漫流區(qū)河床自然水利坡度平均在2%左右，河槽相對(duì)較深，河床相對(duì)集中穩(wěn)定，可減少導(dǎo)流堤工程設(shè)置；沿S303方案位于漫流區(qū)洪積扇緣部，地形極為平緩，沿漫流區(qū)河床自然水利坡度均在1%以下，河床淺，且散布不固定，需配套修建較多導(dǎo)流堤及配套路基防護(hù)矮堤工程。

地質(zhì)勘探表明，兩方案地下水埋深在8～10 m左右，呈以亞氯、亞硫酸鹽類型為主的弱鹽漬化特征。為避免鹽漬土在膨脹收縮溶解循環(huán)中因膨脹造成的路基面上拱等病害，線路選線宜從排水條件較好地下水位較低、含鹽量較小的地段通過。

既有省道S303已位于洪積扇緣谷底，且省道S303修建年代早，路基填高平均僅有2 m左右，排洪涵洞分布稀疏，難以應(yīng)對(duì)其北坡迎水面巨大的山前匯水，經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)后，最終在其北側(cè)路基無涵洞段落修建1 m高左右土制矮墻用于匯流阻水。

沿省道S303方案距離省道北側(cè)阻水墻蓄水范圍近，且地勢(shì)平緩，排水條件條件相對(duì)較差；而取直方案位于漫流區(qū)中部，河道相對(duì)緣端穩(wěn)定，且河槽較深，自然坡度較大，排水條件較好。

綜上，位于漫流區(qū)緣端的沿省道S303方案雖具備集約土地、集中利用既有交通廊道資源的優(yōu)勢(shì)，但其位于漫流區(qū)緣部，路基迎水面河道擺動(dòng)極不穩(wěn)定，以至于并行的S303經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)后亦難以準(zhǔn)確設(shè)置排洪涵洞工程，最終全段落修建導(dǎo)流堤及阻水擋墻；采用取直方案走行在山前漫流區(qū)中游河道相對(duì)穩(wěn)定段落可減少部分導(dǎo)流堤工程，且線路長(zhǎng)度較短，可節(jié)省工程投資，經(jīng)分析比選，敦煌至雅丹旅游鐵路玉門關(guān)至雅丹景段穿越山前漫流區(qū)推薦采用取直方案。

4 結(jié) 論

山前漫流區(qū)的鐵路工程選線通常遵循沿上游山口或沿下游地勢(shì)較高處布線的原則，盡量避免在網(wǎng)狀交織或分支漫溢的中游漫流地段選線。

而西北地區(qū)山前漫流區(qū)存在山前近山口處自然坡度陡峻的特點(diǎn)，通過山前漫流區(qū)的鐵路工程往往受制于線路走向及限坡控制，難以向山前上游段展線；同時(shí)，近漫流區(qū)下游扇緣處多為洼地，排水條件較差，鹽漬土、松軟土等不良地質(zhì)現(xiàn)象多發(fā)，對(duì)路基填高及處理工程具備較高的要求。在這種情況下，采用走行于漫流區(qū)中游河床相對(duì)穩(wěn)定的地勢(shì)較高地帶，選用合理的路基高度，并充分預(yù)留涵洞及導(dǎo)流堤的設(shè)置，也不免是一種相對(duì)更為可行的工程選擇。