荒漠地區鐵路選線設計

張 強 王志輝 盧祝清

鐵路作為一種快速、節能、環保的中長途運輸方式,對于區域經濟發展與資源開發具有重要意義。在進行鐵路建設時,經過荒漠地區的鐵路一方面對于沿線的生態環境帶來一定影響,另一方面鐵路工程也受到沿線環境的制約。因此,在荒漠地區進行鐵路選線設計時應有效協調鐵路工程與沿線環境的關系。本文以新建甘(旗卡)庫(倫)鐵路為例,介紹荒漠地區綜合考慮了生態環境保護的鐵路選線及設計。

1 荒漠地區氣候特征

1)地形地貌。甘庫鐵路位于內蒙古自治區東部通遼市境內。線路穿越科爾沁沙地,地勢由東北向西南方向傾斜。受過度放牧、墾殖等影響,前半段沿線植被稀疏,以固定沙丘及半固定沙丘為主,固定沙地分列其中,局部有流動沙丘。地表植物以沙蒿、雪里旺、沙柳、檸條及雜草為主,宏觀覆蓋率約40%～70%,低洼處可達80%以上,局部覆蓋率低于10%。后半段為大興安嶺南緣內蒙古高原與遼河平原的中間過渡帶,總體屬低山丘陵區。

2)氣象特征。沿線屬中溫帶亞干旱區,春季干旱多風;夏季炎熱,降水集中;秋季涼爽;冬季干冷。按照對鐵路工程影響氣候分區為嚴寒地區,沿線地區主要氣象要素如表1所示。

表1 沿線地區主要氣象要素

2 沿線環境對鐵路工程的影響

2.1 風沙

線路受風沙危害線路長度約 49 km,占整條線路總長的85.0%左右;因此風沙地段的防護治理是全線路基設計的重點。鐵路路基的沙害主要有風蝕和沙埋兩種。

1)風蝕。風力對路基的風蝕,可分為吹蝕、磨蝕與掏蝕三種作用。一般迎風坡上部以吹蝕為主,路肩被吹蝕成渾圓狀,坡面有吹蝕槽,在邊坡下部1/5～1/4邊坡高度范圍內不遭受風蝕。背風坡以掏蝕為主,從路肩開始風蝕,風蝕物大部分堆積于坡腳,少部分被風帶走,邊坡下部1/4邊坡高度范圍內一般不遭受風蝕。風蝕常使路肩寬度不夠,嚴重者枕木外露,影響行車安全。2)沙埋。風沙地區的道床積沙是普遍現象,輕則道碴孔隙貫入沙粒,道心有少量積沙,造成道碴不潔,給鐵路上部結構帶來一系列危害;重則積沙掩埋軌道,造成停運事故,此種現象一般稱為沙埋。

2.2 季節性凍害

按對鐵路工程影響的氣候分區,甘庫鐵路沿線屬嚴寒地區,區內均存在較厚的季節性凍土層,新建鐵路地基將經受年復一年的周期性凍融循環作用。在上部動荷載反復作用和土體自重作用下,會形成翻漿冒泥等鐵路病害。設計施工中應加強地表排水,建筑物基底應置于土壤最大凍結深度以下。

3 工程對鐵路沿線環境帶來的影響

3.1 對沿線生態的直接破壞

鐵路工程建設不可避免的對自然地表進行填挖,改變自然地表原貌,引起沿線生態局部環境變化。鐵路線路為線狀構筑物,在平面上形成分隔,對沿線動物的生活遷息產生影響,這也是工程對生態最直接的影響。

3.2 噪聲、振動

本線投入運營后,列車運行和鳴笛噪聲將成為沿線地區的主要噪聲源,對沿線居民集中居住區產生影響。

施工期及運營后的環境振動與噪聲對于沿線動物也會帶來干擾,甚至改變其生活習性。

3.3 廢氣

施工運輸中車輛行駛產生的揚塵,施工營地的炊事取暖等廢氣污染,會對環境空氣質量產生一定影響。同時,附著在植被的枝葉上,影響植被的正常生長。

3.4 廢水

工程運營后,沿線車站的生活、辦公房屋會產生部分生活污水。

工程施工期間,施工營地機械維修產生的含油污水及施工營地產生的生活污水隨意排放,將對周圍環境產生一定影響。

3.5 固體廢物

工程運營后,固體廢物主要來自沿線各站產生的生活垃圾及燃煤鍋爐爐渣。上述固體廢物如不妥善處理,會對鐵路沿線的環境造成污染。施工期的固體廢物主要來自施工所產生的建筑垃圾。另外,施工隊伍也產生一定量的生活垃圾。

4 荒漠地區鐵路選線

4.1 在鐵路選線過程中預防沙害

1)在線路延長不多和建筑費用增加不大時,應盡可能繞避有流沙威脅的地段。如不可繞避,線路應在河岸湖灣、固定半固定沙地通過,以減低流沙威脅。并盡可能不通過半固定沙丘的下風側,避免沙體移動掩埋鐵路。并在鐵路施工過程中應避免破壞植被,以免沙丘復活,危及鐵路安全。2)線路走向應盡量與當地主導風向平行。3)在縱斷面設計時,應盡量避免不填不挖,路塹和半填半挖路基多設路堤。4)盡量避免彎道,因彎道最易積沙,特別是路塹部分。如實在不能避免,也應將彎道設在路堤部分,并以凸面迎風。5)路線通過地段應盡可能的接近所需防風固沙材料的產地,以減少工程投資。6)車站、住宅等建筑物,應建在鐵路線路通過處的背風一側,防止附近積沙而蔓延到鐵路。

4.2 在鐵路選線過程中應該減少對沿線環境的影響

1)縮短線路長度、節約用地是減少對環境影響的最直接方法。在設計和規劃過程中應注意合理選擇線路走向,避免重復設線,盡量縮短線路長度,合理選用鐵路建設標準和技術指標,適當降低路基高度,減少兩側邊坡占地及填挖方取土占地。最大程度減少對生態環境的影響。

2)盡量繞避生態敏感點。首先應詳細調查沿線生態敏感點。為選線找出對環境影響相對較小的路線走廊和環境敏感性較高的區域。在繞避困難時盡量避開保護區核心區和緩沖區,并首先考慮采用隧道或橋梁等對環境影響較小的線路形式。

3)線路繞避敏感區方案比選實例。甘庫鐵路在設計之初,線路從瓦房牧場前穿過,如圖1中南方案所示。后經調查,該地區為農業綜合開發土地治理項目區,通過新打機井眼,埋設地下輸水管道,襯砌渠道,修建閘橋涵渠系統建筑物等措施改造低產田10 000畝,改良土壤5 000畝,營造防護林600畝。為了減少對區域的影響,又提出了北方案。對南北兩個方案進行了對比。

南方案雖然線路長度較北方案土地近1 km,投資少500多萬元,但其穿越的瓦房牧場南側耕地為基本農田,且為本區域內質量最好的耕地,同時會破壞剛營造起來的防護林;而北方案經過的區域處于治理區的外側,不僅不會對治理區帶來擾動,而且鐵路建成后,通過鐵路沿線綠化工程,還能為該區域增加一條綠色防護帶。通過比較,最終采用了北方案。

5 荒漠地區鐵路生態環境保護的工程措施

5.1 減少對沿線環境擾動,維持生態系統持續性

在設計的每一個環節,都應盡量考慮減少對沿線環境的擾動,維持原有生態系統連續性。在施工中合理安排、合并取棄土場,盡量減少臨時用地、降低對沿線環境的振動,維持其生態系統持續性。

5.2 工治結合,強化風沙地段的風沙防治

一方面,結合鐵路綠化沿線綠化,在鐵路用地界內適當位置植樹綠化。另一方面,在路基邊坡防護中多輔以采用并撒草籽、種沙棘(沙柳、紫穗槐)等植物防護措施。于路堤兩側坡腳外設防護林帶,防護林帶設置寬度根據風沙程序設置145 m～375 m不等。在半固定沙丘上設防風樹枝或沙柳沙障。沿線路長度每側每千米設機井一眼,并設刺鐵絲網防護圍欄。

5.3 盡快恢復生態環境

鐵路建成以后,原有自然生態系統已被破壞,在工程中就應該考慮幫助生態環境的盡快恢復。對于臨時用地在工程完成后應盡快恢復植被;線路兩側取、棄土地點,采取復墾的方法;對工程施工中形成的取棄土場地,整平土地,種草種樹。

6 結語

本文通過介紹荒漠地區的特征,分析了荒漠地區鐵路建設工程與沿線生態環境的相互影響。介紹了在荒漠地區鐵路選線的一些方法和應注意的問題,以及荒漠地區鐵路工程實行生態保護的一些工程措施。

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