中国沙漠区铁路工程技术

中国荒漠区铁路工程蒋富强提纲•中国沙漠概况•中国荒漠区铁路•荒漠铁路勘察设计技术•荒漠铁路施工技术•荒漠铁路的运营养护维修技术•在自然地理学上，是气候干旱、降雨稀少、植被稀疏低矮、土地贫瘠的区域，都叫做荒漠，意为“荒凉之地”。荒漠有石质、砾质和沙质之分，近年习惯称石质、砾质的荒漠为戈壁；而沙质荒漠才称为沙漠。此外，在荒漠地带以外的草原地带，也有不小面积被沙丘所覆盖，这就是通常所说的沙地。但因其性质与沙质荒漠相近似，一般习惯上也泛称为“沙漠”。•中国是世界上沙漠最多的国家之一。沙漠广袤千里，呈一条弧形带绵亘于西北、华北和东北的土地上。这一弧形沙漠带，南北宽600公里，东西长达4000公里，面积有71万多平方公里。若连同戈壁，总面积达168万多平方公里，占全国陆地总面积的18％。•在沙漠的面积中，荒漠、半荒漠地带（干旱区）的沙质荒漠约60万平方公里，占84.5％，主要分布在新疆、甘肃、青海、宁夏及内蒙古西部；干草原地带（半干旱区）的沙地为11万多平方公里，占15.5％，主要分布在内蒙古东部、陕西北部，以及辽宁、吉林和黑龙江三省的西部等地。中国沙漠区铁路•我国是世界上在沙漠地区修建铁路的里程最多的国家，其总长度为15825.7km，沙漠铁路主要分布在乌鲁木齐、青藏铁路公司、兰州、呼和浩特、北京局、沈阳、哈尔滨、等铁路局管辖的范围内。中国沙漠铁路勘察设计技术•荒漠区铁路选线技术•荒漠区铁路勘察技术•荒漠区铁路路基结构设计•荒漠区风沙环境的治理工程措施设计•荒漠区铁路常见病害的预处理技术荒漠区铁路选线技术•风沙地区道路选线应遵循以下原则：优先选择有地下水、植物立地条件较好地段；选择主导风向、次主导风向（有害风向）条件下历年最大瞬时风速较低地段；应尽量避免线路走向与当地主导风向（有害风向）、大气环流方向垂直；在线路走向与山脉方向一致时，应避免线路处于山前风影区沙害地段。荒漠区铁路勘察技术•风沙地区线路勘察应查明以下基本信息：当地主导风向、次主导风向、有害风向、历年最大瞬时风速、起沙风速、主导风向的频率、沙丘形态、地貌特征、积沙特点、地表植被覆盖率、地层岩性、风沙流密度、风沙活动特点、年降雨量、年蒸发量、水文地质条件、经纬度、大气环流特点、山脉距离、山脉走向、海拔高度、日照时数等。•凡有沙漠形成的地方，必有高大的山系、高原围绕，沙漠区域均在它的背风坡（海岸沙漠并非全然如此），并具有强烈的下沉气流作用，这三个条件作为沙漠形成的充分条件。荒漠区铁路路基结构设计•粗颗粒土（砂粒）的特点分析•粘聚力为零•疏松干沙休止角一般为28°～34°，干沙的休止角等于其内摩擦角•砂子的比表面积较细粒土小得多，天然含水率一般较低。•具有良好的渗水性•砂子的最大干密度与最小干密度之间的差值较小•基于上述这些特点，砂子作为路基填料是可以的，当然路基结构如何考虑：•按照沙颗粒的内摩擦角计算，稳定的边坡坡率应为1：1.48至1：1.88。而设计往往按1：1.75考虑，容易造成边坡不稳、易遭风蚀及洪水冲蚀。•路基结构形式宜为路堤，一般宜高于3m，如果地形地貌答符合有关条件，路堑也是可以的。荒漠区风沙环境的治理工程措施设计•形成风沙害的主要因素有三个，其一是风力条件，其二是有可蚀性的沙颗粒物质，其三是微地形地貌。相应的风沙害防治也就必须从控制这三个主要因素出发，要么是降低近地表风速，要么是控制减少地表沙源，或者是改变近地表的微地貌形态。植物防沙•从风沙物理学角度，植物防沙的根本原理是干扰大气与地表的相互作用、降低风力作用的有效性。•植物的防沙作用表现在三个方面：•①覆盖地表使被覆盖部分免受风力作用；•②分散地表上一定高度内的风动量，从而减弱到达地面的风力作用；•③拦截运动沙粒，促其沉积。由于植物的可再生性和改善生态环境的功能，是一种一劳永逸的根治沙害措施。在有条件的地方，都应采用植物治沙。通过营造一定面积的林带，既可以起到降低近地表风速的作用，也可以起到拦截风沙流中的携沙的目的，在长时间的作用下，地表沙土也会土壤化，往往会形成一定的胶结质，对固定近地表流沙、隔断风与沙的结合会起到良好的作用。水分是植物生长的必备条件，考虑以下3种方法解决用水难题。•①若地下水资源较丰富，可通过人工打井和自然湖泊、河流，为植物生长提供水源；若地下水矿化度较高、植物难吸收利用时，可在对植物进行滴灌时在水中掺加聚丙烯酰，它可降低水的矿化度。•②若该地区地下水较少，可采用人工蓄水方法解决植物用水问题，如采用人工集流场和天然集流场与人工拦截措施相结合，蓄水工程可分蓄水窖、蓄水池、涝池和塘坝旱井等类型。在雨季来临时蓄存大量的降水，为植物生长提供必需的水源。•③若该地区年降雨少，也不集中，无法用上述两种方法为植物提供水源时，可考虑在植物生长季用油罐车拉水定期为植物称生长提供水源。荒漠区风沙环境的治理工程措施设计•工程治沙顾名思义就是是利用风沙的物理特性，通过设置工程措施来防治风沙流的危害和沙丘前移压埋。工程措施的基本途径在于：①制止沙粒起动；②抑制地表风蚀；③加速风沙流运动；④强制风沙流沉积；⑤转变风沙流运动方向，变沙丘的整体运动为风沙流的分散运动等。具体的措施可以归结为阻沙、固沙、输导防沙3种。包兰铁路多年治沙经验•“植物固沙与机械固沙结合，以植物固沙为主；乔木造林与灌木造林结合，以灌木造林为主；水路固沙与旱路固沙结合，以旱路固沙为主；植树造林与直播造林结合，以植树造林为主；造林与管护结合，以管护为主；生产与科研结合，以生产为主”•“六结合、六为主”治沙造林方法防沙原则理念•风沙环境治理应按近期和远期相结合的原则，近期目标以工程防沙措施为主，远期目标以植物防沙措施为主。•永临结合防沙体系中，工程防沙是先导，先利用工程措施将流沙固定，再进行生态修复。•近期围封防沙与远期治沙防护相结合、建路与防治同步施工，植物防沙与工程防沙相结合、防护带与运营维修便道永久性和临时性相结合的综合治理措施。风沙害防治的可持续战略对策•在防风治沙工程的设计目标不但要保证铁路运输畅通，而且更应该考虑防沙工程如何和沙产业开发相结合，以人为本，以铁路企业和地方经济发展双赢为目标，走循环经济的路子。从地形地貌及地质构造上来看，大多数沙漠地区地下水位均很高，有条件营造林带及地表植被，适宜于规划设计绿色防护工程体系。所以在铁路防风治沙工程规划设计中应坚持工程机械防沙必须与植物防护结合、后期必须是以植物防护为主的指导思想。阻沙措施•阻沙措施主要目的是降低近地表风速、拦截风沙流中的携沙，使得风沙流由饱和变为不饱和，通过人为设置障碍，增加地表粗糙度来实现。常用的阻沙措施主要为高立式沙障，如土坯墙、废旧混凝土枕墙、高立式尼龙网沙障、装配式挡风阻沙墙、挡沙堤、截沙沟、拉筋式挡风墙等。固沙措施•当沙源较为明确时，往往采用固沙措施来固定沙源，保证风与沙粒不结合，使风沙流以净风方式通过铁路。当沙源不明确时，近地表也有流沙时，固沙措施就必须结合阻沙措施来设置防沙工程，因为沙源既可能是远方的，也有可能是近处的，仅仅采用就近固沙原则是不能保证风沙流在通过线路时不积沙的。常用的固沙措施有：草方格、石方格、圆砾土包护及采用的固化剂进行固化等。输导防沙•输导防沙是利用风沙流对地面侵蚀和堆积的规律，通过改变下垫面的性质或修建构筑物，加速风沙流运动，使沙粒不产生堆积的顺利通过欲保护的区域。常见的输导工程有输沙断面和下导风工程。还有一种羽毛排导沙工程，是利用反射风改变风向，使沙子亦改变堆积部位，从而在保护区不产生堆积的方法措施。荒漠区铁路常见病害的预处理技术•风沙灾害•戈壁漫流水害•碱害•雪害•冻害荒漠铁路施工技术•粗颗粒料的压实工艺•施工中弃方防风蚀措施•施工中便道的临时性和永久性相结合的措施•防沙用地范围•防沙的可持续发展战略荒漠铁路的运营养护维修技术•（1）各个养路工区必须有专人每月对防沙工程的失效程度进行观察并记录上报。•（2）对于防沙工程积沙达到沙障高度的80%时，应进行清砂处理。•（3）对于少量倾倒的高立式沙障的立柱应扶起并重新栽好，对于大量受到破坏需要恢复的沙障记录上报，由专门人员进行恢复施工。•（4）线路迎风侧1000m，背风侧500m范围内严禁放牧、樵采，加大对当地村民的宣传，铁路职工每个人都是监督员，做到人人有责。•（5）沙害铁路的用地范围必须加宽，建议用地范围线路两侧各1000m以上。•（6）逐步以太阳能、风能改造现有林带的运营模式，达到以后的维护费用减少或者降为零。