我国第一条盐湖铁路

1、铁道工程学报弟2期(总50)1996年6月 JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY我国第一条盐湖铁路龙锦永(铁道部第一勘测设计院)提要：本文系统地介绍了我国第一条盐湖铁路工程实践的全过程。通过对盐湖与盐溃土地区筑路的一些重大技术问题，诸如盐湖发展趋势、盐湖岩盐强度与稳定性、地表迁流对盐湖的影响、超氯盐渍土可否作填料及地基盐壳可否不铲除等的圆满解决，成功地设计了路基工程，运行表明路基工程状况良好。主题词：盐湖 盐渍土 铁路 路基本文收稿日期1995-O1-15龙锦永：高级工程师，铁道部第一勘测设计院线路路基处，兰州，邮码:730000青藏铁路西宁至格尔木段(

2、全长814km)内，线路经由泉吉峡及伏沙梁后，将横穿柴达木盆地中南部长达32km的察尔汗盐湖，还要过盐湖南岸长55km的超氯盐渍土及亚氯亚硫酸盐渍土，在这种特殊不良地质地段修建铁路，在铁路建筑史上是罕见的。该段铁路于1979年底已建成通车。盐湖地区路基工程修筑成功，获得国家70年代优秀设计表扬奖及铁道部优秀设计奖，1985年经国家质量奖审定委员会批准荣获银质奖章。1选线经过早在50年代，铁一院就开始在柴达木盆地较大范围内，对铁路走向进行过大面积线路方案比选，根据该地区自然特征和矿产资源与当地工农业发展情况，先后作了北、中、南三个线路方案(见图)。北线方案:自乌兰(希里沟)开始沿柴达木盆地北缘西

3、行，途经海西州所在地德令哈及孕海、连湖、越航娅，过泉吉峡及伏沙梁，通过察尔汗盐湖至格尔木。该线靠近大煤沟煤矿、锡铁山铅锌矿和察尔汗钾镁矿等工矿点。缺点是线路通过32km盐湖和55km的超强盐渍土地区。中线方案:自德令哈与北线方案分岔，经托素湖以南绕到盐湖东侧，穿过柴达木盆地的盐湖，经诺木洪至格尔木。该方案虽避开了盐湖，但要通过50km的盐滩，大部地段地下水埋藏较浅，路堤填料困难，并要跨过盆地中部几条宽浅大河，洪水季节漫流一片，设桥困难地段较长，而且远离工矿点。南线方案:自乌兰县向南翻过耗牛山，经都兰县，沿柴达木盆地南缘，经香日德、诺木洪至格尔木。该线路方案避开了盐湖、超盐渍土及盐滩，缺点是线路

4、绕长，较北线方案长了19km,并且通过80km的沙漠地区和昆仑山北麓七条宽河漫流，运营养护困难，也远离工矿点。根据上述三方案的优缺点，综合评价认为北线方案较为优越。2自然地理及地质概况察尔汗盐湖是我国最大的盐湖，位于柴达木盆地中南部，东西长150km，南北宽30-40km，面积约5 OOOkm2;海拔2682-2685m，地形平坦;四周高山环抱，有大小不等的内陆河流(多为间歇性)注入盐湖，较小河流流出山不远即消失于山前洪积层中。察尔汗盐湖为内陆封闭型高浓度近代盐盆。由于干燥少雨、多风、温差大，湖面受强烈蒸发作用结晶成鳞状起伏的干硬盐壳，厚0.20.6m,盐壳以下为结晶盐粒，结构松散，再往下逐渐

5、胶结紧密。盐晶孔隙之间全部充满卤水，水位距地表0.20.8m,矿化度一般为300-330g/1，最大达440g/1(饱和状态)，盐层厚度自湖心向南北两端逐渐变薄，厚度10-18m，最厚达23.5m;铁路通过地段岩盐层最厚达17.7m，其成分以氯化钠为主。盐层底部为湖泊相淡水沉积，沉积有厚214m的粘砂土、砂粘土、粘土及淤泥质粘砂土、粘土，再下为粉砂、细砂或中砂、粗砂、砾石土等，组成第一层承压水层，一般厚5-8m，矿化度50-294g/1。由于局部地段隔水顶板厚度较薄和隔水性能差，在隔水顶板的薄弱处渗入岩盐中，溶蚀岩盐，从而形成大小不等、形状各异的溶洞，多集中在盐湖的北侧，共长2760m。盐湖以

6、南至格尔木之间，有55km的超氯盐渍土及亚氯亚硫酸盐渍土地段，地形平坦，海拔2 683-2 800m。超氯盐渍土地段长 22km，地表lm深度内平均含盐量8.3-37.6%，一般为18%左右(其中硫酸盐含量为0.41.5%)，地表一般结成较坚硬的盐壳，厚0.150.30m(盐壳含盐量一般为40-55%，最多达70%以上)。地表下3-5m范围内以砂粘土、粘砂土为主，下部则以粉细砂为主，多属易液化地层，地下水深0.3-2.0m,矿化度80-300g/1。亚氯亚硫酸盐渍土地段长约32km，地表lm深度内平均含盐量为9.624.0%(其中硫酸盐含量超过2%)。地表一般有一层厚0.1-0.25m的盐壳，

7、坚硬程度不一，其总含盐量为40-80%，属氯盐渍土，但其中硫酸盐含量也较大，一般为412%。在盐壳以下的盐渍土，一般总含盐量5%,硫酸盐含量2%。地表lm范围内的地层一般以粘砂土为主，再以下为砂粘土或粘砂土、粉细砂互层，地下水深0.5-4.0m,矿化度一般为46g/1。该地区最高气温35.5，最低气温-28.4C，年平均相对湿度为23%，最大风速40m/s,年均降水量25mm(最小不足lOmm)，年蒸发量为3490mm，为降水量的130倍以上。3主要技术问题50年代铁一院承担了青藏铁路勘测设计任务，那时，就开始调查研究探讨在盐湖及超溃土上修筑铁路的各项技术问题。19601967年及197419

8、78年又先后会同铁道科学研究院西北研究所、西南研究所，铁建所、中科院青海盐湖研究所、铁道兵、建材设计研究院等科研单位，对盐湖铁路路基开展了大量的科研和试验工作。经过多年艰苦工作，为确定线路方案和修建在盐湖及超盐渍土铁路路基的可能性，进行了长期的科研工作，取得了大量科学数据和科研成果。在盐湖及超盐渍土修筑铁路，遇到的许多重大技术问题，主要有:l铁路能否穿过，关键问题在于盐湖发展的趋势，如盐湖朝淡化方向发展，铁路就应避绕，如朝浓缩方向发展，就可以通过。经研究证明，上更新世后期盆地气候转向干燥，蒸发作用加剧，湖水浓缩，盐类开始沉积;至全新世早期，又一次新构造运动，四周山地再次抬高，使本区气候越发干燥

9、，湖水继续浓缩，湖水水面下降，面积日渐缩小，析出固体盐类;残余的高浓度湖水集聚于察尔汗盐湖东西两侧更为低洼的达布逊湖和霍布逊湖之内，盐层孔隙中，变为晶间卤水，结晶盐类裸露地表，形成了今日被盐壳覆盖的察尔汗盐湖。盐湖朝浓缩方向发展的结论，为修筑铁路奠定了基础。2)岩盐是否有足够的物理力学强度，在外力作用下能否保证路基稳定性问题。通过对岩盐进行大量的化学成分分析和物理力学试验、承载力试验、降水试验及平衡试验(岩盐溶解性试验)，以及岩盐固结度对力学性质的影响、含泥量对岩盐强度的影响、湿度对岩盐抗压强度的影响等试验。此外，还调查研究了1955年建成的敦格公路盐湖路段的路基和曾建在盐湖上的飞机场(曾落过

10、50t的飞机)。1960年又修建了两段铁路试验路堤.经分析认为:盐湖的岩盐是有足够强度的，在外力作用下能保证路基的稳矩性。(3)盐湖会不会被地表通流水溶化问题。据气象资料统计，年降水量均在67mm以下，而年蒸发量却达3 OOOmm以上。盐湖外围有1400km的广阔冲积、湖积平原，靠近盐湖周围为超盐渍土，湖内有高浓度卤水。柴达木盆地内较大河流的水流经上述冲积、湖积平原后，河水的含盐量基本达到饱和程度，对盐湖已失掉溶解作用;而间歇性河流出山口后，即消失于冲积扇中。(4)盐湖会不会被湖底承压水溶化问题。铁路如何通过溶洞区?经大量勘探证明，盐湖底部承压水有两层，第二层承压水由于埋藏深，隔水顶板厚(57

11、m),隔水性能好，对盐湖无溶蚀作用;第一层承压水埋藏深度一般为5-35m，含水层厚度一般为49m，由湖边向湖心方向逐渐变薄直至消失，矿化度为50-294g/1，水头高出地面0.4-l.5m;隔水顶板一般为砂粘土，厚度为214m，渗透系数一般为0.000980.0074m/d，其隔水性存在不均匀性，局部较差，分布有疏密不均的细孔，它是承压水向上渗入上部卤水产生盐溶的主要原因。通过地表溶洞形态调查、测绘和勘探试验、声波监测等手段，将盐溶划分为第一溶洞区(沿铁路方向宽1.76km)和第二溶洞区(宽1.Okm)，铁路位置选择在溶洞区最窄地段通过。由于第一层承压水向上渗透产生的影响是局部的、缓慢的、微小

12、的，加之蒸发作用强烈，承压水的渗入对岩盐的溶蚀作用基本趋于平衡状态。从观测得知，现有地面能见的溶洞一般是趋于减灭或处于平衡，仅个别处有少许发展，说明盐湖不会被湖底承压水溶化。在部分地段设计有自流排水系统，将地下水引排至远离路堤的蒸发坑内。通过多年观察，证明自流排水工程对于减缓盐溶起到了良好作用。(5)钾镁液体矿的开采对路基基底稳定性的影响问题。察尔汗盐湖是我国重要的钾肥产地之一，其中大部分资源为钾镁液体矿，正在大规模开采，它会不会因晶间卤水水位下降和周边水补给增加或液体矿流动，改变现有液体矿和固体矿的物理化学变化，从而导致岩盐溶解而造成路基基底的破坏?根据中科院青海盐湖所等单位进行的模拟开采抽

13、水试验及岩盐物理力学性质多方面的研究论证，认为:大规模开采卤水，其水位将发生明显下降，随着降落漏斗的扩大，对铁路路基稳定性会产生一定的影响，但由于盐湖面积宽广、岩盐厚度大，只要开采地点离开铁路一定距离，岩盐基底可以保持路基的稳定性。因此，在盐湖北端的盐溶区，分别采用了换填和承压水自流排放降低承压水头等措施，以保证安全。(6)超氯盐渍土可否作填料及地基盐壳可否不铲除利用的问题。结合本地区气候千旱的特殊条件，为了解决这个问题，进行了室内外的试验研究工作，研究结果认为:地表盐壳如比较坚固、厚度不小于0.lm，盐壳底面距地下水位不小于0.35m时，对强烈毛细水有着良好的隔断作用，地基盐壳可不需铲除;在

14、当地降水量极小的条件下，路堤表面受影响的厚度小于0.lm,用当地超氯盐渍土填筑路基，采用一定措施是可行的。我们还进行试验路基工程，士亏工腐蚀性试验(7年)及其他建筑材料试验以及自流排水试验、饱和粉细砂振动液化处理研究、声波监测溶洞变化规律(西南所、盐湖所做)等。此外，还对能否适应现代化战争的化学战问题，与有关单位进行了探讨。总之，通过长期艰苦努力、协作配合，解决了一系列重大技术问题，为修筑盐湖铁路创造了条件，提供了可靠依据。4 路基工程设计与施工4.1盐湖路基工程设计盐湖32km全部为低路堤，没有一座桥涵。根据路基工程采取措施不同，路基设计分为岩盐路基和盐湖溶洞地段路基。岩盐地段均为0.51.

15、0低路堤。因地表盐壳孔隙度大，且翘起高低不平，要求施工在原地面上先碾压密实，再取当地岩盐作填料(一般要求先铲除取土坑表层盐壳)，用重型机械碾碎后再进行填筑路堤，必要时再浇洒卤水，卤水蒸发后成为结晶体填充于空隙，使路基本体更为坚实。路基面宽度按石质路基设计，考虑岩盐具吸湿性，并为防止雨水溶蚀作用，路堤两侧各加宽0.2m，路基面平铺0.15m厚的砾石土，以防止路基面被降雨打成麻面。盐湖溶洞地段路基设计，针对第一、二溶洞区的溶洞发育程度、岩盐厚度、结构松密程度的不同，根据现场试验工程结论，分为五段采用了不同工程措施(累计276Om长)。第一段50m长，岩盐厚度1.0m，溶洞发育，岩盐结构疏松，下部为

16、流塑状土层(lm厚)，再下为可塑粘砂土，设计采取清除岩盐、铺填片石及砾石土，上部填当地粉细砂方法。为预留沉落路堤两侧各加宽0.2m，为防风蚀边坡洒盐卤水防护。第二段6OOm长，岩盐厚1.0-3.5m,溶洞发育，岩盐结构疏松，下部为可塑状粘砂土，采取清除全部岩盐、回填砾砂方法。为预留沉落路堤两侧各加宽0.2m。第三段510m长，岩盐厚度3.59.5m,溶洞较发育，但岩盐结构致密，采取全面揭开盐壳，查清暗洞位置，使每个溶洞得到处理，即先用砾砂填堵溶洞并捣实，然后回填卵、碎石至原地面，上部用砾砂填筑路堤。在线路左侧采用自流排水以减小承压水量和水头高度，控制溶洞的发展，并对路基的稳定性进行长期监测(由

17、西南所、盐湖所负责)。第四段6O6m长，岩盐厚度大于9.5m，盐溶不甚发育，岩盐结构致密，采取铲除地表盐壳，用砾砂填塞小溶洞并捣实，用卵石、碎石填至地面，上部填砾砂方法。为预留沉落路堤两侧各加宽0.2m。以上第一至第四段位于第一溶洞区内。第五段(位于第二溶洞区内)1OOOm长，岩盐厚15-16m,溶洞不甚发育，岩盐结构致密，基底不做特殊处理，采用岩盐直接填筑路堤。超氯盐渍土及亚氯亚硫酸盐渍土地段，是根据含盐性质、含盐量、地基地层以及地下水位气象条件等情况，采用不同工程措施。在超氯盐渍土地段，基底盐壳不铲除，除少数地下水位高(l.0m)地段需控制填料含盐量外，其余地段不控制含盐量，加强碾压使其密

18、度达最佳密度的90%，为防氯盐吸湿和降雨影响，路基每侧加宽0.2m，路肩铺设砾石土厚0.lm。在亚氯亚硫酸盐渍土地段，路堤高度不小于1.5m;基底盐壳不铲除，城筑前先进行碾压，需铲除取土坑的盐壳及超盐渍土，控制路堤填料含盐量，其中硫酸盐含量不得超过200。为防止松胀影响，路基两侧各加宽0.3m;填土压实密度要求达到最佳密度的90%盐渍土地段内有13km长的地表下分布有饱和粉细砂层(深度为lOm)，经判定属振动液化地层，地下水深0.4-1.4m，分别采用抬高路基(9km长)和挤密砂桩加固地基(4km长)两种工程措施。4.2施工情况本段由原铁道兵第七师(现铁道部第十七工程局)施工，于1976年开工

19、，1979年底建成通车。在施工之前，先进行了岩盐击实试验和最佳碾压、层厚和遍数试验，试验结果采用马力较大的d80型推土机作业。因岩盐天然含水量小于最佳含水量，在沿线每50m挖一个卤水坑，用小水泵抽水洒在推土机推送的岩盐堆上，在来回推动中搅拌均匀，然后送上路基填筑，碾压，填筑厚度一般为30cm,碾压三遍。在亚氯亚硫酸盐渍土地段，为了保证施工质量，避免含盐量过多或均匀性较差、填料含水量偏高等问题，施工中采取了一定的措施，对保证密实度起到了良好作用。在饱和粉细砂地基地段，充分控制密砂桩的桩深、灌砂量，并用轻型贯入试验随时检查质量。5结束语察尔汗盐湖路基，自1979年通车以来，运营情况基本良好。198

20、7年8月至9月上旬，铁一院曾组成回防调查小组，在现场进行了调查访问，并进行了小型勘探和取样化验。调查研究认为:1)利用地表盐壳是行之有效的处理措施。从解剖6个断面(取样54个)看，基底盐壳(不铲除)起到了隔断毛细水上升作用，节省了铲盐壳及远运取好土的费用，也降低了路堤高度，减少了路基土方工程量。在超氯盐渍土部分地段路基填料不控制含盐量，使路基填料基本可以就地取土，也节省了取土坑铲除盐壳或远运土的费用。其成功经验已被有关规范、规则所采纳。(2)盐溶地段路基基底处理的效果比较好。从自流排放承压水的前后观测对比分析，说明该工程对于减缓盐溶发展的作用是良好的，多年来排水状况基本正常，但逐年排流量有减少趋势，经1989年上半年全面清孔一次，使排水量得到恢复。(3)1987年6月8日，国家地震地质研究所(承担察尔汗盐湖路基基底下沉及受载监测预报评价工作)所做资料表明，基底面的实测短时下沉量小于预测下沉量，实测盐溶速度低于预测值，路基是稳定的。在动静荷载状况基本稳定的条件下，路基基底处于稳定蠕变阶段。其基底面异常下沉速率为1.52.Omm/a稳伏溶洞危险顶厚度为0.84m，均在安全值以内。总之，该段路基已建成十多年了，在运营部门的精心养护下，路基状况基本处于良好状态。这是一项特殊岩土路基工程实践，是由勘察、设计、科研、施工及运营部门密切配合共同努力取得的成果