鄧明萬，張道金

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限責(zé)任公司，北京 100055)

1 工程概況

新建臨河至策克鐵路天鵝湖至額濟納段長55 km，占全線長度(629 km)的8.7%。天鵝湖至額濟納段北側(cè)為胡楊林保護區(qū)南側(cè)為巴丹吉林沙漠邊緣流動沙丘區(qū)，該段線路繞避胡楊林自然保護區(qū)后，先后經(jīng)過戈壁沙地及風(fēng)蝕殘丘區(qū)、活動沙丘、平沙地、額濟納沖洪積平原區(qū)。線路經(jīng)過區(qū)年平均降水量35.2 mm，年最大降水量77.3 mm，年平均蒸發(fā)量3399.6 mm，最大風(fēng)速25 m/s，屬于極度干旱區(qū)，春、冬季常?？耧L(fēng)怒吼，沙塵彌天，風(fēng)沙運移速度快，對鐵路危害極大。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

巴丹吉林沙漠邊緣流動沙丘區(qū)，沙丘高3～20 m，呈波狀、鏈狀、新月形狀，垂直風(fēng)向發(fā)育，東北低西南高。沙丘區(qū)內(nèi)沿東西向古河床發(fā)育總長約5 km的紅柳林地。紅柳林地沙丘呈半固定低緩沙壟，斑點狀分布，高3～5 m。流動沙丘地段受紅柳植被影響，沙丘平緩，移動緩慢。

2.2 地層巖性

地表主要為第四系地層主要為風(fēng)積細(xì)砂，淺黃色，成分主要為長石、石英、云母和巖屑，磨圓度好，分選性好。在地貌上呈波狀、鏈狀、新月形狀的流動性沙丘和半固定沙丘、沙灘地組成的大面積沙漠地形，沙丘高達20余m，一般向風(fēng)面砂粒較粗，背風(fēng)面較細(xì)。厚度大于10 m，沿線零星覆蓋砂層厚度較薄。

風(fēng)積砂下部地層主要為為淺灰、土黃色含粉砂質(zhì)黏土、黃色含泥質(zhì)粉砂或粉土與黏土互層、黃褐色粉質(zhì)黏土，下伏地層為肉紅色粗?；◢弾r。由于長期裸露地表，遭受風(fēng)蝕作用，形成了臺狀、桌狀、塔狀、蘑菇狀、風(fēng)蝕燭及風(fēng)蝕柱等獨特的風(fēng)蝕地貌景觀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造特征

測區(qū)位于天山—陰山巨型緯向構(gòu)造體系中段、祁呂賀蘭山字形構(gòu)造體系頂端西側(cè)、阿拉善弧形構(gòu)造帶的內(nèi)側(cè)，屬內(nèi)蒙—大興安嶺褶皺系內(nèi)蒙褶皺帶。

天山—陰山巨型緯向構(gòu)造體系東起朝鮮北部，經(jīng)燕山，過陰山，沿雅布賴山北麓，越巴丹吉林沙漠，與北山、天山斷續(xù)相連，西入前蘇聯(lián)境內(nèi)，綿延4 000 km，主體位于北緯40°～43°，該構(gòu)造體系從呂梁期以來，經(jīng)歷了長期、復(fù)雜、多次的構(gòu)造運動后才發(fā)展完善，體系內(nèi)褶皺、斷裂多而復(fù)雜。

根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，本線地震動峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于Ⅵ度，各類工程可不考慮地震設(shè)防。

2.4 水文地質(zhì)特征

地下水類型主要為第四系孔隙潛水、承壓水，含水層為多層透鏡體狀中、細(xì)砂層，地下水補給來源主要為黑水河季節(jié)性補給，地下水徑流緩慢，排泄不暢。一般潛水含水層厚5～30 m，水位埋深小于5 m，涌水量大于100 m3/d，礦化度 1 ～3 g/L，為 SO4·HCO3-Na·Mg型水;承壓水含水層厚度大于20 m，頂板埋深小于50 m，涌水量大于1 000 m3/d，礦化度小于2 g/L，為Cl·SO4·HCO3-Na型水。pH值7.5～8.0。

3 主要工程地質(zhì)問題

新建鐵路臨策線天鵝湖至額濟納段位于我國著名的胡楊林國家自然保護區(qū)與巴丹吉林流動沙漠邊緣。額濟納胡楊林自然保護區(qū)，占地320萬hm2，呈南北走向，胡楊生長在最惡劣、最殘酷的氣候環(huán)境之中，它是一種極為神奇的群體，它耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙，有很強的生命力。它們用不屈不撓的身軀阻擋了沙暴對綠洲的侵襲，組成一條雄偉壯闊的綠色長廊，保護著人類的家園。

巴丹吉林沙漠位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，是中國第三、世界第四大沙漠，面積約為4.43萬km2，海拔1 400～1 600 m，最高峰2 040 m。巴丹吉林沙漠地質(zhì)構(gòu)造上屬阿拉善地塊，地貌形態(tài)緩和，主要由剝蝕的低山殘丘與山間凹地相間組成。第四紀(jì)沉積物普遍覆蓋于地表，形成廣泛分布的戈壁和沙漠。在沙漠范圍內(nèi)，除東、南、北部有小面積的準(zhǔn)平原基巖和殘丘外，廣大地區(qū)全為沙丘覆蓋，其中流動沙丘占83%。

圖1 繞避胡楊林線路方案示意

沿線主要工程問題為風(fēng)沙，沙丘高3～20 m，呈波狀、鏈狀、新月形狀的流動性沙丘和半固定沙丘。

4 額濟納段風(fēng)沙和胡楊林保護區(qū)線路方案研究

結(jié)合胡楊林保護區(qū)范圍、額濟納旗城鎮(zhèn)規(guī)劃、工程地質(zhì)條件及遠期臨哈線線路走向，共研究了額濟納旗南側(cè)繞避保護區(qū)方案、額濟納旗北側(cè)繞避保護區(qū)—烏蘭木圖接軌方案、額濟納旗北側(cè)繞避保護區(qū)—木蓋圖接軌方案及穿越保護區(qū)—定測方案，繞避胡楊林線路方案示意見圖1。

4.1 穿越保護區(qū)—定測方案

線路自天鵝湖西沿公路西行至八道橋后，穿越保護區(qū)的實驗區(qū)和巴顏桃來農(nóng)場，并折向額濟納北側(cè)設(shè)站，然后線路折向西北接入在建的嘉策線額濟納(西)站，線路全長約61.463 km。該方案線路經(jīng)過戈壁平原至八道橋，以橋梁跨過風(fēng)積沙丘鏈，進入額濟納沖積平原外邊緣，局部經(jīng)過沖積平原的邊緣堆積的風(fēng)積粉細(xì)砂，防護工程相對較小。

4.2 南側(cè)保護區(qū)繞避方案

線路自天鵝湖后折向西南沿沙丘邊緣行，經(jīng)進素圖諾爾、敖木尕夏拉，沿保護區(qū)實驗區(qū)南側(cè)邊緣繼續(xù)向西南行，至蘇亥爾雜格折向西北從東河分水閘上游跨過，經(jīng)二號山西南側(cè)，跨納林河后設(shè)額濟納車站，出站后跨越S312公路接入在建的嘉策線額濟納(西)站，線路全長約67.908 km。該方案線路經(jīng)過戈壁平原、部分沙丘鏈，活動沙丘8.08 km，風(fēng)砂程度較重，防護工程相對較大。

4.3 北側(cè)繞避保護區(qū)—烏蘭木圖接軌方案

線路自天鵝湖后折向西北方向，跨越S312公路，沿沙丘邊緣行，經(jīng)八道橋、敖包圖博日格，跨越哈勒蘇亥河、西敖包郭勒和既有S315公路，引入在建的嘉策線烏蘭木圖站，遠期臨哈線引入額濟納西站，線路全長約63.168 km。該方案線路行進在戈壁、紅柳林和部分沙丘鏈地帶，風(fēng)沙路基長度約5.0 km，且風(fēng)沙程度嚴(yán)重，防護工程相對大，地質(zhì)條件差，工程可靠度低。

4.4 北側(cè)繞避保護區(qū)—木蓋圖接軌方案

線路自天鵝湖后折向西北方向，跨越S312公路，沿戈壁灘向西北行進，經(jīng)敖倫保勒格紅克爾繞過八道橋南北向沙帶后，線路折向西南進入紅柳林，跨越哈勒蘇亥河、在陶來博日格東側(cè)跨既有S315公路和兩大灌溉渠，引入在建的嘉策線木蓋圖站，遠期臨哈線引入烏蘭圖站，線路全長約61.514 km。該方案線路完全繞避沙漠，線路主要行進在戈壁和紅楊柳地帶，無活動沙丘，防護工程少，地質(zhì)條件較好，工程可靠度較高。

4.5 比選意見

綜合以上分析，穿越保護區(qū)—定測方案:穿越胡楊林保護區(qū)，對環(huán)境影響較大，完全能適應(yīng)達鎮(zhèn)城市規(guī)劃，線路短直，工程較小;南側(cè)繞避保護區(qū)方案:完全繞避胡楊林保護區(qū)，對環(huán)境影響較小，可適應(yīng)達鎮(zhèn)城市規(guī)劃，但地質(zhì)條件最差，工程最大，工程投資估算最大，工程可靠度不高;北側(cè)繞避保護區(qū)—烏蘭木圖接軌方案:完全繞避胡楊林保護區(qū)，對環(huán)境影響較小，基本能適應(yīng)達鎮(zhèn)城市規(guī)劃，但地質(zhì)條件較差，工程較大，工程投資估算較大，工程可靠度不高;北側(cè)繞避保護區(qū)—木蓋圖接軌方案:完全繞避胡楊林保護區(qū)，對環(huán)境影響較小，近期較難適應(yīng)達鎮(zhèn)城市規(guī)劃，遠期可利用額濟納西站，基本能適應(yīng)達鎮(zhèn)城市規(guī)劃，地質(zhì)條件最好，工程較大，工程投資估算較大，工程可靠度高。

綜合線路工程、對胡楊林保護區(qū)影響、與城鎮(zhèn)規(guī)劃適應(yīng)程度的整體比選，推薦南側(cè)繞避胡楊林保護區(qū)方案。

5 南側(cè)繞避胡楊林保護區(qū)—貫通方案風(fēng)沙地質(zhì)選線

南側(cè)繞避胡楊林方案，大面積通過巴丹吉林沙漠邊緣流動沙丘區(qū)，查明風(fēng)沙區(qū)風(fēng)沙流動特征及其發(fā)育、發(fā)展規(guī)律，尤其是找到沙丘相對活動較弱，工程地質(zhì)條件較好的區(qū)域，是決定選線質(zhì)量的關(guān)鍵;選擇合理的工程防護措施，既可以最大程度降低風(fēng)沙對鐵路危害，又可以節(jié)省大量工程投資。

在確定南側(cè)繞避胡楊林方案的基礎(chǔ)上，利用1971版的1∶5萬地形圖，結(jié)合航空影片的地形地貌判釋，以及補充定測時外業(yè)大面積現(xiàn)場調(diào)查工作，分別研究了沿胡楊林保護區(qū)邊緣方案、中間沙地穿越方案和南側(cè)流動沙丘穿越方案，南側(cè)繞避胡楊林線路方案示意詳見圖2。

5.1 沿胡楊林保護區(qū)邊緣方案

經(jīng)過多年的侵蝕和堆積，既有保護區(qū)的南側(cè)邊界已有相當(dāng)部分被較高的風(fēng)沙鏈所覆蓋，局部地段沙丘已侵入到保護區(qū)范圍以內(nèi)，線路難以在保護區(qū)邊界和沙丘之間尋找到一條可行的通道。研究結(jié)果顯示，即使采用較小的曲線半徑，線路也不能完全避開保護區(qū)范圍，而且還需要穿越較高的沙丘。

5.2 中間沙地穿越方案

經(jīng)過外業(yè)實地大面積調(diào)查，小里程端原有的風(fēng)沙鏈之間的平沙地已被沙丘所覆蓋，局部沙丘高達20 m以上;中間部分沙丘南侵嚴(yán)重，大片紅柳林谷地被沙埋而死亡，形成活動沙丘;大里程端的紅柳林谷地被進一步壓縮，與外側(cè)平原的通道已被沙丘鏈阻隔。綜合結(jié)果顯示，該通道風(fēng)沙的作用較強，風(fēng)沙堆積的速度較大，線路通過的危險性很大。

5.3 南側(cè)流動沙丘穿越方案

線路方案位置處于八道橋南側(cè)新月形沙丘鏈的最薄弱部位，沙丘高度較矮，穿越流動沙丘的長度也最短。線路位置南側(cè)邊沿為一河流，是額濟納河每年3月和10月份上游放水時向天鵝湖注水的通道，河流南側(cè)的沙丘比較高大。對比分析表明，在小里程端(進素圖端)風(fēng)沙有一定程度的南移和東侵，其他地段的風(fēng)沙變動趨勢較小。2006年的外業(yè)實地調(diào)查也證實，小里程端的紅柳林谷地的北側(cè)邊沿的一些紅柳等沙生灌木已被沙埋而死亡。綜合分析結(jié)論:由于北側(cè)的沙壟和南側(cè)河流的阻擋，該通道風(fēng)沙活動相對較弱，變化較小;特別是河流的作用，使得地下水埋藏較淺，局部地段紅柳等灌木仍然存活和生長，這也抑制了沙丘的發(fā)展速度。但風(fēng)沙活動的作用還是在緩慢的增強，沙丘鏈間的紅柳林谷地正在被壓縮，沙丘南移和東移較明顯。

5.4 比選結(jié)論

沿胡楊林保護區(qū)邊緣方案，線路基本走行于流動沙丘區(qū)，流動沙丘長度約15 km，由于胡楊林阻風(fēng)結(jié)果，形成較高沙丘鏈，局部地段沙丘已侵入到保護區(qū)范圍內(nèi)，線路難以通過;南線中間沙地穿越方案，流動沙丘長度約13 km，小里程端原有的風(fēng)沙鏈之間的平沙地已被沙丘所覆蓋，局部沙丘高達20 m以上，中間部分沙丘南侵嚴(yán)重，大片紅柳林谷地被沙埋而死亡，形成活動沙丘，線路通過風(fēng)險較大;南側(cè)繞避保護區(qū)方案穿越兩段共長8.08 km流動沙丘，位于風(fēng)沙薄弱地帶，沙丘低矮，工程設(shè)置風(fēng)險性較小，故推薦南側(cè)流動沙丘穿越方案為貫通方案。

6 結(jié)語

大面積調(diào)繪胡楊林南北兩側(cè)風(fēng)沙區(qū)，掌握沙丘發(fā)育、分布特征，尋找風(fēng)沙相對薄弱地帶，選擇工程條件最好的線路方案。根據(jù)風(fēng)沙分布、發(fā)育特征，在線路運營長度、經(jīng)濟、技術(shù)對比的基礎(chǔ)上，選取了一條風(fēng)沙活動最弱、沙漠長度最短的線路，并根據(jù)風(fēng)沙危害程度提出設(shè)防沙明洞工程處理措施建議。

新建臨策鐵路天鵝湖至額濟納段位于我國著名的胡楊林國家自然保護區(qū)與巴丹吉林流動沙漠邊緣。額濟納胡楊林自然保護區(qū)，胡楊具有耐寒、耐旱、耐鹽堿、抗風(fēng)沙，是自然環(huán)境的保護珍稀物種。今后地質(zhì)選線工作中既要重視地質(zhì)條件選線，又要重視自然環(huán)境選線;既要選取工程地質(zhì)條件較好的區(qū)域，又要選擇合理的工程防護措施，最大程度降低不良地質(zhì)對工程的危害，節(jié)省工程投資。

［1］ 中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司.臨策鐵路烏蘭敖包至策克段初步設(shè)計地質(zhì)第四篇［R］.北京:中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限責(zé)任公司，2005.

［2］ 白孝勇.芻議鐵路選線設(shè)計樹立安全選線的設(shè)計理念［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012(7):33-37.