趙小剛

(沈陽鐵路局計劃統(tǒng)計處,沈陽 110001)

在內(nèi)蒙古、黑龍江等省區(qū)的寒冷、嚴寒地區(qū),冬季由于自然降雪和風吹雪的影響,經(jīng)常使路基面產(chǎn)生較厚的積雪,阻礙列車運行,造成危害。沈陽鐵路局管內(nèi)的通霍線歷年來多次發(fā)生雪害,2010年12月K247路塹處又因雪害中斷行車,經(jīng)72 h救援才完全暢通。通霍線是東北西部地區(qū)的一條主要煤炭運輸大通道,是承擔著東北地區(qū)眾多電廠供煤從而保證供電供熱的運輸大動脈,為了確保冬季能源供應,通霍線的雪害必須徹底整治。

1 2010年通霍線K247路塹雪害概況

通霍線位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和興安盟境內(nèi),線路全長416.6 km,沿線屬寒溫帶大陸性季風氣候,冬季降雪量大、風力強,降雪和積雪常被風吹刮到鐵路線上,多處埋沒線路及其設施,嚴重影響行車。

從2010年12月23日下午開始至25日,強降雪、降溫天氣侵襲內(nèi)蒙古東部地區(qū),通霍地區(qū)最低氣溫降至-40 ℃,同時伴有7級以上“白毛風”。受特大暴風雪影響,通霍線部分路段被積雪覆蓋,先后有82 013次、45 555次列車受困于杜爾基至吐列毛杜區(qū)間的K247附近路塹,導致通霍線下行中斷行車(圖1、圖2)。

圖1 通霍線K247雪害現(xiàn)場

圖2 通霍線K247雪害現(xiàn)場

2 雪害成因分析

通霍線K247處為半徑為600 m的曲線路塹,線路基本為南北走向,路塹深6 m左右。鐵路附近地勢開闊,發(fā)生雪害期間伴有7級以上西風。

強降雪后地面積雪較厚,由于地勢開闊、風速較快,風雪充滿天空形成暴風雪。當風雪流遇到該路塹時,在其中既產(chǎn)生減速又產(chǎn)生旋轉氣流。風速減弱導致在背風邊坡上產(chǎn)生積雪,而旋轉氣流又阻止迎風側積雪產(chǎn)生,持續(xù)一定時間后背風側邊坡積雪基本穩(wěn)定(圖3)。

圖3 背風側邊坡積雪基本穩(wěn)定

通霍線為雙線鐵路,路塹較寬,因此旋轉氣流相對較弱,背風側積雪穩(wěn)定后路基面逐漸產(chǎn)生積雪埋沒線路,積雪厚度沿風向逐漸減薄(圖4)。

圖4 路基面積雪產(chǎn)生

當背風側線路上積雪達到一定厚度后,列車無法闖雪通過,被迫于路塹中停車。列車受困路塹中以后,路塹斷面發(fā)生變化,列車與背風側邊坡間形成明顯的、新的減速區(qū),該區(qū)域迅速被積雪填滿,導致列車被積雪埋沒(圖5)。

圖5 列車受困后積雪情況

3 雪害整治措施選擇

3.1 防雪林

防雪林是防止積雪的比較有效的措施,不但比較經(jīng)濟而且有綠化造林的意義。但本地段地表覆土很薄,其下為不同風化程度的花崗巖,且氣候干旱、寒冷,不利于樹木生長,沿線均為草地,樹木極為少見。受氣候、土壤條件限制,采用防雪林的方案無法實施。

3.2 防雪柵欄

防雪柵欄一般采用木結構,風雪流通過防雪柵欄空格時氣流的斷面受到壓縮而以高速度通過,在柵欄的前后形成減速區(qū),使積雪在減速區(qū)域內(nèi)堆積,從而達到對線路的防護。但通霍地區(qū)不適宜樹木生長、缺乏木材,制作柵欄的原材料受限,防雪柵欄不宜采用。

3.3 擋雪墻

風雪流在運行過程中受到防雪墻的阻擋產(chǎn)生渦旋,速度下降,在防雪墻前后分別形成范圍不等的弱風區(qū),使雪粒沉落堆積在墻的兩側,從而避免線路積雪。擋雪墻可就地取材,用片石等筑墻防雪,墻面設置通風孔,施工簡單、較經(jīng)濟,且維護量極小。根據(jù)本地區(qū)氣候、土壤不適合樹木生長和交通不便、維護困難的特點,通霍線K247路塹雪害擬采用修建擋雪墻的方式進行整治。

4 擋雪墻設置方案

4.1 擋雪墻結構(圖6)

圖6 擋雪墻結構示意(單位：m)

(1)墻高

影響擋雪墻積雪量的首要因素是墻高,墻越高,積雪量越大。但墻越高其結構穩(wěn)定性越差,且更容易產(chǎn)生基底不均勻沉降引起墻體結構破壞,因此一般擋雪墻的高度采用1.5～2.0 m。本工點雪害嚴重,墻高選擇大值2.0 m。

(2)孔隙度

影響擋雪墻積雪量的第二因素是孔隙度,不透風式防雪墻的積雪量最小,50%孔隙度的防雪墻積雪量最大,其他孔隙度防雪墻的積雪量介于二者之間,兼顧防雪墻的建造難度、穩(wěn)定性和對風壓力的耐久性，一般擋雪墻的孔隙度采用20%～40%。本工點地處牧區(qū),為了減少牲畜破壞,擋雪墻下部不設透風孔、上部透風孔按30%左右孔隙度設置。

(3)基礎

擋雪墻的荷載為風力及自重,基礎設置要滿足抗傾覆及沉降要求,基底土質、承載力較差時需要進行相應檢算。本地段基底為強風化的花崗巖,土質、承載力均比較理想,基礎、基底不需要進行特殊處理,基底埋深0.5 m。

(4)結構設置具體要求

墻頂以下1.1 m范圍內(nèi)設置2排透風孔,透風孔沿線路方向及豎向邊長均為0.3 m,透風孔縱向凈距0.2 m,豎向凈距0.25 m,兩段擋墻的搭接區(qū)不布置透風孔。擋雪墻采用M7.5水泥砂漿砌片石砌筑,墻高2.5 m,基礎埋深0.5 m,頂寬0.4 m,迎風側直立,背風側坡度1∶0.2。擋雪墻每段連續(xù)墻體沿線路方向每隔10～20 m設置一道伸縮縫,縫寬0.02 m,縫內(nèi)沿墻內(nèi)外頂三邊填塞瀝青麻筋,深0.2 m。

4.2 擋雪墻平面布置(圖7)

圖7 擋雪墻平面布置(單位：m)

本地段冬季主導方向與線路垂直,擋雪墻與線路平行布設在路基的迎風一側。

(1)擋雪墻距塹頂?shù)木嚯x

擋雪墻距塹頂?shù)木嚯x應結合其防護距離和用地綜合考慮,一般擋雪墻距塹頂?shù)木嚯x采用墻高的12～16倍。

(2)設置道數(shù)

本地段風力強、降雪量大、地形開闊,實踐表明屬于雪源豐富的雪害重度區(qū),一道擋雪墻不能滿足防雪要求,結合附近現(xiàn)有擋雪墻的實際效果,考慮設置3道擋雪墻,間距為20 m。建成后根據(jù)實際效果確定是否需要再增設1道或多道擋雪墻。

(3)擋雪墻布置

擋雪墻沿線路每段墻體長50 m,不同段墻體交錯布置,縱向搭接長度為2.0 m,垂直線路方向墻頂凈距2.0 m,總長度視雪害路段長度而定，一般應大于雪害路段3 m左右。擋雪墻起終點設置翼墻,翼墻斜長10 m,與主墻夾角為30°～45°(銳角),兩個翼墻均應指向上風方向,以增加防雪墻上風側的積雪量。

4.3 材料性能要求

石料應采用質地堅硬、不易風化、無裂紋的片石,其中部尺寸不應小于15 cm,強度等級不應低于MU30。

4.4 施工要求

(1)為保證工程質量及外觀整齊,施工時應按設計坡度及厚度準確掛線砌筑。

(2)砌體應以擠漿法砌筑,漿砌前應將石料表面泥土沖洗干凈。砌筑石塊的施工順序應自下而上進行,石塊應立砌,縫要錯開,石塊之間應鑲緊,縫隙間用小石塊填滿塞緊。墻體表面及兩端面應砌筑平順。

(3)擋雪墻施工時應按要求施工,背坡不得改陡,以免影響墻身穩(wěn)定。

(4)施工前基坑應碾壓夯實,擋雪墻應隨開挖隨施工,防止基底暴露時間過久造成病害。墻前、墻后基坑要及時回填夯實,嚴禁虛土回填。

(5)砌筑擋雪墻時,不得做成水平通縫,墻趾臺階轉折處不得做成豎直通縫。

(6)擋雪墻墻底縱坡不應陡于5%,當縱坡陡于5%時,應將基底做成臺階形式。施工完成的擋雪墻如圖8所示。

圖8 擋雪墻效果

5 結論

雪害具有一定的地域性、季節(jié)性,我國大部分地區(qū)鐵路部門沒有雪害的經(jīng)歷和經(jīng)驗積累。以前未經(jīng)歷降雪天氣的地區(qū)在建設、維修階段均未設置防雪設施,但近年來極端天氣頻現(xiàn),不少無雪地區(qū)也出現(xiàn)了雪害,需要增設防雪設施。雪害治理要根據(jù)地形、地貌、氣候、積雪厚度、植被、及地表層土層情況,因地制宜的采用擋雪墻、防雪柵欄、防雪林或相互結合的綜合措施。由于風速、風向、雪量的不確定性,各類措施的設置方式難以精確計算,一般依據(jù)雪害實際情況設置,然后根據(jù)設置以后的觀測數(shù)據(jù)再進行適當調整或補充。

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