铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工.docx
- 文档编号:11746
- 上传时间:2022-09-30
- 格式:DOCX
- 页数:53
- 大小:584.89KB
铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工.docx
《铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工.docx(53页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工
铁路微灌植物防沙工程勘察设计与施工
铁道第一勘察设计院李成柯贞东
1风沙对铁路的危害及其防治措施……………………………4
1.1概述…………………………………………………………4
1.2风沙运动规律及风沙流特征………………………………4
1.3风沙对铁路的危害…………………………………………6
1.4风沙地区铁路沙害防治措施………………………………8
2风沙地区铁路植物防沙工程勘察…………………………11
2.1收集区域气象资料………………………………………11
2.2风沙地貌形成条件的调查………………………………12
2.3地下水勘察………………………………………………12
2.4土壤、水分调查…………………………………………14
2.5植物、林业调查…………………………………………14
2.6机械固沙、防护材料调查………………………………15
3铁路植物防沙造林工程设计………………………………16
3.1植物固沙造林技术原则…………………………………16
3.2植物固沙植树造林的条件………………………………17
3.3防风固沙植物种的选择…………………………………18
3.4防风固沙造林树种配置…………………………………21
3.5防风固沙林带结构类型…………………………………22
3.6防风固沙林带宽度………………………………………23
3.7固沙林带造林方法………………………………………24
3.8造林季节…………………………………………………25
3.9铁路防风固沙林带的抚育和更新………………………25
4铁路防沙造林微灌系统设计………………………………27
4.1概述………………………………………………………27
4.2微灌系统的组成…………………………………………27
4.3微灌系统设备及材料的选型……………………………32
4.4微灌系统管网布设………………………………………49
4.5微灌系统水力计算………………………………………54
5微灌系统的施工与安装……………………………………77
5.1微灌系统的施工安装……………………………………77
5.2微灌系统调试及试运行…………………………………80
5.3微灌系统的维护管理……………………………………83
1风沙对铁路的危害及其防治措施
1.1概述
风沙对铁路的危害称之为“沙害”,是指风沙给铁路养护运营带来的一系列危害。
凡铁路的机、车、工、电等部门都受其影响,如路基容易受到风蚀和沙埋,以及风沙对机车和通讯设备的磨耗等。
其中路基被沙埋具有线长、面广、点多的特点,养护作业量大,危及行车安全,防治起来也较困难,故通常以风沙路基的防护作为铁路沙害防护的主要措施及防治目标。
风沙地区路基是沙漠、大风和风沙流地区路基的总称,位于这些地区的铁路路基容易遭受风蚀或沙埋等危害。
1.2风沙运动规律及风沙流特征
风沙运动规律和风沙地貌特征,是风沙地区修筑铁路的理论基础和设计依据,它与方案选择、防沙设计和固沙造林有着密切的关系。
风沙流是指含有沙粒的运动气流,它的形成依赖于空气和沙质地表两种不同密度的物理介质的相互作用。
风吹经沙质地表使沙粒脱离地表进入气流中运动的主要抬升力是冲击力,冲击力可以超过沙粒重量的数百倍,沙粒在气流的迎面阻力和摩擦阻力两个力矩作用下冲击作用最大,通过冲击作用使沙粒产生迅速旋转,然后由气流上升力搬运至主流区,随着气流运动形成风沙流。
沙粒由风获得运动能量,只有在一定风力作用下,才能开始移动,使沙子开始移动的风速称为起动风速,也叫临界风速。
起动风速与沙粒粒径、地表性质和沙层含水量等因素有关。
对于粒径为0.1~0.25mm的干燥裸露的沙漠沙来说,起动风速为5m/s左右。
沙粒在气流中的运动形式随风力、颗粒大小和质量而有不同的移动方式,有蠕移、跃移和悬移三种。
一般以跃移为主,所以风沙运动的强度密切依赖于颗粒跳跃运动的强度。
颗粒跳跃运动的强度和高度又随风速而变,风速愈大跃移强度和高度也愈大。
由于跃移的沙量最多,又贴近地表,危害性最大,故与防沙措施关系密切。
风沙流结构是指气流中不同高度输沙量的分布特征,是随着气流速度、进入气流中的沙粒数量、地表物质组成等不同而变化的。
在不同的气流速度和沙量条件下,高度与含沙量对数尺度之间有良好的线性关系。
含沙量随高度迅速递减,沙粒主要集中在近地表层内。
因此地表沙障有很好的固沙效果。
风沙流的强度可以提供铁路线通过地区风沙流对线路的影响程度。
气流在单位时间和单位宽度内通过的沙量称之为输沙量,是衡量风沙危害的主要指标,也是防沙工程设计的基本数据。
影响输沙量的主要因素是风速和沙源的补给条件,当风速增加和沙源补给充分时输沙量就急剧增加。
需要强调的是输沙量和风携带能力的意义不同,后者是风可能携带的沙量,而前者是风力实际带动的沙量,两者的差异在于沙源供应是否充足。
当沙源充分时输沙量等于可能携带的沙量,这时风沙流达到饱和状态。
当风速降低,携带能力也相应减小,部分沙粒就脱离气流线而沉落下来形成积沙。
反之,当风速增大,气流携带沙粒的能力增加,地表就要发生风蚀。
沙丘移动是在风力作用下沙粒运动的总和,是沙粒在迎风坡被吹蚀和背风坡堆积的结果。
其运动过程主要表现为方向、方式和速度三个方面。
沙丘的移动方向随着起沙风向的变化而改变,由于我国沙漠所处的自然条件复杂,起沙风的风向多变,沙丘运动常常受到多种起沙风的影响,因此沙丘的移动方向取决于起沙风的合成风向。
起沙风的合成风向在大气环流影响下,随地区和季节而变化,所以沙丘移动方向也有很大变化。
在防风固沙林带的配置上应加以注意。
沙丘移动方式有一线前进式和来回摆动式,前者终年保持不断向前移动,后者则往复前进和后退。
沙丘移动的速度与风向频率、风速、植被、沙丘含水量、形态、高度、排列密度和沙粒粒径等多种因素有关,主要特征为:
沙丘移动速度与风向频率及风速的平方成正比,与沙丘间距成正比,高度成反比,含水量小的和裸露的沙丘及地面平坦地区沙丘移动较快。
1.3风沙对铁路的危害
沙埋是铁路沙害的主要形式,对铁路危害性也大。
根据积沙形态有片状、舌形和堆状三类。
片状沙埋为路基沙埋最普遍的形式,多发生在地形平坦的流动沙地和戈壁风沙流地区,沿路基呈均匀分布,轻则灌满道床、覆盖坡面,重则掩埋钢轨,这类沙害对行车影响虽不大,但给养护作业增加很大困难,大段积沙的清理和处置,需要很多的人力和时间,并引起道床不洁和多种病害发生。
在风口地带或路基两侧有凸起的地貌以及路堑两端有斜向风吹入时,易于形成舌状沙害,其特点是分布范围不大,一般长数米至数十米,厚数十厘米至二、三米,呈舌状向前延伸,数十分钟内即可埋道,出现险情,而且难以预测,对行车威胁很大,常常是发生行车事故的直接原因。
在流动沙丘地区,个别新月形沙丘或沙丘链,由于防护措施不足,或半固定、固定沙丘植被遭到破坏而形成流动沙丘,整个丘体逐渐向线路方向移动,堆积于路基旁,形成堆状积沙,与舌状沙埋不同,沙丘移动方向及速度能够预测,且移动缓慢,可事先采取预防措施,对行车危害性也相对较小。
路基被风蚀是铁路沙害又一普遍类型,凡用粉细沙修筑的路基,如不进行防护或防护不好时将产生不同的风蚀,并随着路基形式、风力大小和风向变化等有着不同风蚀形态。
路堤风蚀以路肩及边坡上部较为严重,并随着路堤的增高而加重,通常路肩被风蚀成浑圆状,坡面有风蚀槽,使路肩宽度不足,甚至枕木头外露,危及行车安全;由于风向的不同,路堤两侧的风蚀程度也不一样,当风向与线路垂直,迎风侧路肩处风速最大,风蚀也较严重,背风侧因气流涡旋作用,容易产生掏蚀现象;路堤坡面受到风的作用,同时产生上部风蚀和下部堆积形成上陡下缓坎坷不平的坡面。
路堑以边坡风蚀较为严重,如主风向与线路平行,坡面常风蚀成犁沟状;当风向与线路垂直,则迎风侧受到风力冲击最大,坡面掏蚀成蝶状或袋形;路堑风蚀常使边坡坍塌形成新的沙源,堆积在坡脚平台上,影响养护作业和行车安全。
具有一定硬度的沙粒,在气流运动中含有较大能量,往往对机车车辆及通讯设备进行撞击和磨蚀,产生一些不良影响。
沙尘颗粒虽小,但含石英颗粒较多,具有较大的硬度,当落到机车车辆的磨擦部分,就会增大非正常磨耗,影响机车功率;沙尘还具有很大的沾染性,堵塞机车润滑系统,或引起油脂污染,加剧机件的磨损。
沙尘在气流中因相互摩擦而产生静电,谓之“风沙电”给通讯带来干扰。
1.4风沙地区铁路沙害防治措施
纵观国内外关于风沙地区沙害的防治,在防护措施方面大体可归为“防风”与“固沙”两大类。
根据风沙流运动的基本规律及风与沙的作用关系,稳定沙地表面基体,提高抗风蚀性为前提,固结表面至一定深度的松散沙层,以增强砂质沉积物表层机械强度,提高抗风蚀性而稳定沙面的防护途径,在应用当中还研制并不断生产出一系列化学固沙粘结剂及相应的整套固沙技术,由于这种防护途径是通过改变砂质沉积物结构而达到防护目的,因此成本较高,而且在沙源丰富风沙活动强烈的地区,往往因后续沙源的不断出现,固定后常常会再次被沙埋。
因此这种防护途径及其配套措施仅在局部地区或作为临时性防护措施使用。
利用生物或机械措施提高地表粗糙度以降低风能,是人们很早就认识并普遍采用的方法,其基本原理是,通过降低风速以削弱近地表风的输沙能力,使其沙面趋向稳定。
从“固沙”与“防风”的基本原理中不难看出,稳定沙面与降低风速是“风沙”这一问题的两个侧面。
为了获得最佳防护效益,在稳定沙面的同时也种植固沙植物以提高地表粗糙度而降低风速,如将粘结剂与植物种子混合喷洒与路基边坡,将固沙粘结剂覆盖方法与固沙植物相结合固定沙面等,这些均在不同程度上取得了良好的效果。
除生物措施防护外,传统上多侧重于利用天然材料,如植物枝条、农作物秸秆、卵砾石、粘土、盐土等进行防护。
近年来,随着化学固沙方法的深入研究和实践,各种新的化学粘结剂、有机高分子化合物不断出现,这在极干旱区,特别是植物难以生长的风沙荒漠区路基防护中发挥了一定的积极作用。
此外人工合成覆盖材料也随着研究工作的逐步深化而生产和使用,人工合成覆盖材料包括软覆盖材料和硬覆盖材料,软覆盖材料主要用于临时性防护措施,材料组成以生物降解天然材料及光降解合成材料为主,硬覆盖材料多用于永久性防护措施中,材料除混凝土块、混凝土板材外,还有各种不同结构的土工网。
用工程措施防治铁路沙害虽然能立见成效,但需耗费大量的材料和劳力,且保存年限不长,需要经常维修和养护。
而植物固沙不仅能削弱风速,改变流沙的性质,达到长久固定的目的,同时还能调节气候、美化环境,具有很好的社会效益。
植物固沙能增加地面粗糙度,削弱和停止风沙活动。
当气流遇到林带阻挡时,很大一部分被迫抬升,在林带前缘形成弱风区,部分气流通过林带,受到树枝的阻挡,消耗了大量的动能,使气流中挟带的沙粒在林带中停积下来。
另外,沙生植物具有庞大的根系,可以固结周围沙粒;枯枝落叶经腐烂后能改变沙层的结构,随着植物的增加以及微生物繁殖等,使流沙逐渐向地带性土壤发育。
在地表沙障固沙和长有植物的地方,时间一长沙面就出现大量藓类植物,它的根、茎与粉、粘粒粘结在一起,使沙表面形成凸状结皮,沙粒也就固定下来。
因此植物固沙不仅能削弱风速、阻挡外来沙源,同时还能通过植物的成土过程以固定沙流,可以说固沙造林是控制和固定流沙最根本和有效的措施。
植物固沙作为铁路沙害防治的重要措施有着其它措施所不能替代的作用,然而却严格受到自然条件的限制,如降水量、沙层天然含水量、地表稳定程度等。
干旱半荒漠及极干旱荒漠区自然条件复杂严酷,光热充足,虽然有利于植物生长发育,然而干旱缺水、风沙活动、土壤贫瘠等,却不利于植物生长和定居。
已有的研究成果指出:
在年降水量小于100mm的荒漠地区,如果没有灌溉条件或较高的地下水位,就无法建立人工植被;在年降水量为100~250mm的半
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 铁路 植物 防沙 工程 勘察 设计 施工