韓瑞平

摘 要：針對不同段落風(fēng)沙特點，提出不同的防護理念，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)沿線風(fēng)沙災(zāi)害調(diào)查、風(fēng)動力環(huán)境分析以及沙源定量判別，將格庫線新疆段風(fēng)沙災(zāi)害分為四個區(qū)段，根據(jù)全線風(fēng)沙科研監(jiān)測的風(fēng)速、風(fēng)向、輸沙量及輸沙率等風(fēng)沙特征主要參數(shù)，再結(jié)合四個風(fēng)沙分區(qū)不同特點，又將四個風(fēng)沙風(fēng)區(qū)內(nèi)危害程度進行了細(xì)化，劃分為極嚴(yán)重、嚴(yán)重、中等、輕微、極輕微五種鐵路沙害程度。根據(jù)輸沙量、最大積沙容量、各區(qū)防沙體系理論寬度的研究，采用因地制宜的有針對性的防治措施，構(gòu)建了行之有效、經(jīng)濟合理的立體防沙治理體系。為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路;防風(fēng)沙;治理措施

1958年我國第一條沙漠鐵路—包蘭鐵路通車，在隨后的60年時間里，我國相繼修建了多條沙漠鐵路，積累了豐富的風(fēng)沙治理經(jīng)驗。包蘭線沙坡頭段首創(chuàng)了“五帶一體”鐵路治沙防護體系[1]。蘭新線玉門段以灌溉林帶為主體，在林帶外緣挖溝筑堤，并在防沙堤上設(shè)柵欄組成前沿阻沙帶，建立了戈壁地區(qū)防風(fēng)治沙體系[2]。青藏鐵路采取平鋪卵石、石方格沙障、高立式沙障等措施，不斷增加積沙高度，利用沙丘愈高移動越慢的規(guī)律控制流沙，達到以沙阻沙的效果[3]。截至目前，我國已成為世界上沙漠鐵路分布最廣的國家。

鐵路作為線性建筑，沿線經(jīng)常會穿越多種風(fēng)沙地貌，而風(fēng)沙流具有明顯的地域特征，由于不同路段風(fēng)向風(fēng)速、沙源豐富程度等存在差異，導(dǎo)致形成不同的沙害形式。因此，不同地區(qū)和地段需要采取相適應(yīng)得措施進行風(fēng)沙防護。格庫鐵路新疆段結(jié)合現(xiàn)場實際情況，因地制宜，建立起經(jīng)濟合理、阻固結(jié)合的純工程防護體系。

1 工程概況

1.1 工程情況

新建格爾木至庫爾勒鐵路工程新疆段地處新疆巴音郭楞蒙古族自治州境內(nèi)。正線長度141.311 km，沿線經(jīng)過阿爾金低中山區(qū)和塔里木盆地一級地貌單元，多次跨越塔里木河、恰拉干渠及G218國道，總體地勢為東高西低。

1.2 風(fēng)沙環(huán)境特征

通過對多年氣象資料和氣象數(shù)據(jù)的分析，格庫鐵路新疆段沿線風(fēng)沙環(huán)境總體為：

（1）格庫鐵路新疆段近10年極大風(fēng)速（10 m高）介于21 m/s～41 m/s之間，起沙風(fēng)所在風(fēng)向主要以偏東風(fēng)（NNE、NE、ENE和ESE）為主，存在次風(fēng)向偏西風(fēng)（SW、WSW、W、WNW和NW），偏東風(fēng)為主害風(fēng)，偏西風(fēng)為次害風(fēng)。

（2）2018年監(jiān)測的最大風(fēng)速（10 m）介于17.1 m/s～

31.1 m/s，平均風(fēng)速介于1.7 m/s～5.4 m/s，起沙風(fēng)頻率介于2.86%～22.8%;起沙風(fēng)向以偏東風(fēng)（ENE、E和ESE）和東北風(fēng)為主（NE），存在次風(fēng)向SW、WNW和NW，與多年起沙風(fēng)風(fēng)向一致。

（3）沿線近10年來風(fēng)能趨于降低，最大值是最小值的1～2倍。監(jiān)測數(shù)據(jù)計算輸沙勢介于41 VU～830 VU，根據(jù)風(fēng)能環(huán)境分類，將格庫鐵路新疆段分為三個風(fēng)能區(qū)：1）高風(fēng)能環(huán)境，分布在阿爾金山山前戈壁和臺特瑪湖干湖盆及周邊區(qū)域。2）中風(fēng)能環(huán)境，分布在DK901～DK987區(qū)域。3）低風(fēng)能環(huán)境，主要分布于34團到尉犁縣的綠洲邊緣。

（4）2018年輸沙量介于2 m3/m～11 m3/m，最大值出現(xiàn)在臺特瑪湖及周邊的泥漠區(qū)。主風(fēng)向（偏東風(fēng)）輸沙量占80%以上，沿線風(fēng)沙路基兩側(cè)都需要設(shè)置防沙措施。防沙設(shè)計值需參考區(qū)域輸沙量的變化規(guī)律，除綠洲邊緣流動性沙丘區(qū)外，其他區(qū)域需適當(dāng)?shù)脑龃筝斏沉糠郎吃O(shè)計參考值。

2 沙害類型及成因分析

通過沿線風(fēng)沙災(zāi)害調(diào)查、風(fēng)動力環(huán)境分析以及沙源定量判別，將格庫鐵路新疆段風(fēng)沙災(zāi)害劃分為四個主要的區(qū)段：阿爾金山山前戈壁區(qū)，臺特瑪湖干湖盆區(qū)，塔河下游泥漠區(qū)，綠洲邊緣流動性沙丘區(qū)。

各區(qū)造成風(fēng)沙災(zāi)害的源動力—風(fēng)沙流性質(zhì)不同：一區(qū)為戈壁風(fēng)沙流，二區(qū)為干湖盆風(fēng)沙流，三區(qū)主要為干河床泥漠風(fēng)沙流，四區(qū)為沙漠/沙地風(fēng)沙流。

若羌到米蘭段，沙源可分為兩種，一是米蘭河等河流干河床沖積物在偏東風(fēng)作用下堆積于河流西岸形成的新月形沙丘及沙丘鏈，經(jīng)復(fù)合指紋法定量判別，沙丘貢獻了路基積沙的77%;二是阿爾金山前洪積扇地勢平坦處的沖洪積物在偏東風(fēng)作用下形成的灌叢沙包以及沙礫質(zhì)戈壁。臺特瑪湖干湖盆區(qū)路基沙害沙源主要為干湖盆地表，經(jīng)復(fù)合指紋法定量判別，干湖盆貢獻了路基積沙的86%;塔河下游泥漠區(qū)路基沙害沙源主要是為孤立流動性沙丘，隸屬于庫魯克塔格沙漠;綠洲邊緣區(qū)沙源為流動性沙丘/沙地。

調(diào)查中結(jié)合現(xiàn)場實際情況，重點核查風(fēng)沙的沙源（土地沙漠化程度）和年輸沙量（積沙沙害程度）這兩個實物化指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場情況進行了風(fēng)沙危害程度的劃分。

根據(jù)全線風(fēng)沙科研監(jiān)測的風(fēng)速、風(fēng)向、輸沙量及輸沙率等風(fēng)沙特征主要參數(shù)，再結(jié)合四個風(fēng)沙分區(qū)不同地表植被情況、積沙到達路基本體、橋涵工程的位置、積沙程度、發(fā)展趨勢，以及路基本體、橋涵及上部建筑積沙給運營帶來的危害大小等方面，本著“重點地段重點防護、強化風(fēng)沙嚴(yán)重地段弱化輕微地段及合理控制投資”的原則，將四個風(fēng)沙風(fēng)區(qū)內(nèi)危害程度進行了細(xì)化，劃分為極嚴(yán)重、嚴(yán)重、中等、輕微、極輕微五種鐵路沙害程度，其中極輕微地段暫不防護。

3 風(fēng)沙路基防護

3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)風(fēng)沙環(huán)境類型、風(fēng)向及沙源分布、輸沙量大小劃分區(qū)段，在區(qū)段基礎(chǔ)上根據(jù)本區(qū)段內(nèi)情況再進行分類，收集近10年來沿線風(fēng)能進行模擬未來10年風(fēng)沙情況，結(jié)合當(dāng)?shù)厮吹惹闆r設(shè)置防護型式。防沙設(shè)計年輸沙量參考值，具體數(shù)值見表1。

通過野外觀測和室內(nèi)風(fēng)洞實驗，界定阻沙柵欄、大網(wǎng)格和低立式固沙方格等防沙措施的積沙容量，根據(jù)年輸沙量計算每種防沙措施的防護年限，從而得到防沙體系理論寬度。估算各種防沙措施理論最大積沙容量如表2所示：

3.2 各區(qū)防沙體系理論寬度

3.2.1 戈壁地區(qū)

戈壁地區(qū)采用多道高立式阻沙柵欄和蘆葦大方格的防沙模式。柵欄高度按2 m計算，阻沙柵欄障后4H為主要積沙區(qū)范圍，根據(jù)積分計算，單道阻沙柵欄1 m寬度積沙容量約為6 m3，10×10×1.5 m大方格阻沙能力為8.63 m3/m。如果防護年限設(shè)置為5年，大方格理論寬度見表3。

3.2.2 干湖盆地區(qū)

干湖盆地區(qū)采用多道高立式阻沙柵欄和蘆葦大網(wǎng)格的防沙模式，柵欄選用抗風(fēng)強度高的材料，阻沙柵欄高度設(shè)置為3 m。柵欄高度按3 m計算，根據(jù)障后7H和障前1H的積沙區(qū)范圍，通過積分計算，單道3 m高柵欄積沙容量約為30 m3/m，10×10×1.5 m大網(wǎng)格阻沙能力為8.63 m3/m。如果防護年限設(shè)置為5年，大方格理論寬度見表4。

3.2.3 泥漠地區(qū)

泥漠地區(qū)采用多道高立式阻沙柵欄和低立式蘆葦方格的防沙模式，蘆葦方格尺寸為1×1×0.3 m。柵欄高度按2 m計算，障后4H為主要積沙區(qū)范圍，根據(jù)積分計算，單道柵欄1 m寬度積沙容量約為6 m3，1×1×0.3 m低立式蘆葦方格的積沙容量為0.236 m3/m。如果防護年限設(shè)置為5年，固沙帶理論寬度見表5所示。

3.2.4 綠洲邊緣流動性沙丘地區(qū)

沙丘地區(qū)的防沙體系模式采用前沿阻沙柵欄和低立式蘆葦方格的模式，柵欄高度設(shè)置為1.5 m。障后4H為主要積沙區(qū)范圍，通過積分計算，單道柵欄1 m寬度積沙容量約為3 m，1×1×0.3 m低立式蘆葦方格的積沙容量為0.236 m3/m。若防沙體系防護年限至少為5年，固沙區(qū)的理論寬度見表6所示。

3.3 各區(qū)段防護措施

根據(jù)各區(qū)段風(fēng)沙特性、表現(xiàn)形式及危害程度，分別采取行之有效、經(jīng)濟合理的風(fēng)沙防護措施。

3.3.1 各區(qū)段綜合治理原則

（1）戈壁荒漠區(qū)采用“以阻為主、以固為輔、阻固結(jié)合”的防護體系;阻沙措施采用蘆葦把沙障，布設(shè)高度為2.0 m;固沙措施采用蘆葦大方格沙障;戈壁洪水漫流地區(qū)，可采用“一溝兩堤”式風(fēng)沙防護模式，利用積沙溝續(xù)存洪水進行恢復(fù)自然植被防沙。

（2）湖盆鹽漬化荒漠區(qū)采用“以阻為主，兼顧固沙”的防護體系;阻沙措施采用HDPE板阻沙障、米字形塑料抑風(fēng)板阻沙障等抗風(fēng)力強、耐鹽堿強的工程措施，布設(shè)高度為3 m;固沙措施采用蘆葦大方格沙障，鐵路附近40 m范圍內(nèi)采用固沙防止巖鹽風(fēng)蝕。

（3）泥漠區(qū)采用“因地制宜，阻固并用”的防護體系;阻沙措施主要采用蘆葦把沙障，布設(shè)高度為2.0 m，但區(qū)域內(nèi)強風(fēng)能區(qū)，采用抗風(fēng)能力強的防沙材料，阻沙柵欄高度設(shè)置為3 m;固沙措施采用蘆葦小方格沙障。

（4）綠洲沙丘（沙地）區(qū)段，采用“以固為主，阻固并舉”的防護體系;阻沙措施主要采用蘆葦把沙障，布設(shè)高度為1.5 m;固沙措施采用蘆葦小方格沙障和蘆葦大方格沙障。

（5）蘆葦把阻沙障孔隙率以30%～40%為宜，前沿外圍措施阻沙措施可以取大值，內(nèi)側(cè)阻沙措施可以取小值。

（6）沙障間距在地形起伏較大的流動沙丘地區(qū)，阻沙措施的布設(shè)距離以15H為宜;在地勢平坦地表的戈壁地區(qū)，阻沙措施的布設(shè)距離以20H為宜。阻沙障布設(shè)的數(shù)量越多，風(fēng)沙防護效果越優(yōu)。多道沙障能起到逐層阻截風(fēng)沙流的效果。

3.3.2 各段代表性防護措施

（1）戈壁風(fēng)沙流路基：

1）中等風(fēng)沙流地段。迎主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)：路基坡腳（或塹頂）外依次設(shè)置40 m寬空留帶+30 m寬蘆葦把大方格帶+50 m空留帶+2道2 m高蘆葦把阻沙障（沙障間距40 m）+60 m

空留帶+1道1.5 m高土堤頂部設(shè)1.5 m高蘆葦把阻沙障，總防護寬度220 m。

2）山前戈壁風(fēng)沙流地段，利用上游洪水?dāng)r截進行綠色防護，設(shè)置蓄水溝，利用挖溝土方設(shè)置土堤攔水。

（2）干湖盆區(qū)鹽漠風(fēng)沙流路基極嚴(yán)重風(fēng)沙流地段迎主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)：路基坡腳外依次設(shè)置 20 m寬隔離帶+40 m寬蘆葦小方格固沙帶+35 m寬空留帶+2個45 m寬蘆葦把大方格帶（帶間距40 m）+80 m空留帶+4道4 m高阻沙障（下部2 m高土堤，內(nèi)側(cè)3道頂部設(shè)2 m高HDPE板阻沙沙障，外側(cè)1道頂部設(shè)米字形塑料抑風(fēng)阻沙板阻沙障，沙障間距80 m），總防護寬度545 m。

（3）塔河下游泥漠區(qū)風(fēng)沙流路基輕微風(fēng)沙流地段迎主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)：路基坡腳外依次設(shè)置100 m寬蘆葦小方格固沙帶+30 m空留帶+2道1.5 m高蘆葦把阻沙障（沙障間距30 m），總防護寬度160 m。

（4）綠洲邊緣沙漠路基嚴(yán)重風(fēng)沙地段迎主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)：路基坡腳外依次設(shè)置200 m寬蘆葦小方格固沙帶+30 m空留帶+3道1.5 m高蘆葦把阻沙障（沙障間距30 m）總防護寬度290 m。

4 結(jié)束語

通過對沙害類型及成因的現(xiàn)場調(diào)查和試驗研究，將格庫鐵路新疆段沙害路基分為四個主要區(qū)段，又細(xì)化為不同的危害程度，針對每種情況結(jié)合輸沙量、最大積沙容量和各區(qū)段防沙體系理論寬度的研究，分別提出了不同的防護理念，因地制宜的采取經(jīng)濟合理的防沙治理措施，構(gòu)建了行之有效的有地域特色的風(fēng)沙防護體系。

參考文獻：

[1]徐峰.鐵路沙害整治及其研究方向[J].中國沙漠，1994，14（2）：69-74.

[2]玉潤心.玉門地區(qū)鐵路防沙體系建設(shè)的研究[J].中國沙漠，1997，12（1）：427-431.

[3]郝曉杰.青藏鐵路格拉段沙害防治措施研究[D].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2012.