新建铁路格库线路基风沙病害特征分析及防治对策

蔡成哲

(格库铁路新疆建设指挥部，新疆乌鲁木齐　830000)

The Analysis and Prevention of Wind-borne Sand of the new Railway Project from Geermu to Kuerle

CAI Chengzhe

新建铁路格库线路基风沙病害特征分析及防治对策

蔡成哲

(格库铁路新疆建设指挥部，新疆乌鲁木齐830000)

The Analysis and Prevention of Wind-borne Sand of the new Railway Project from Geermu to Kuerle

CAI Chengzhe

摘要格尔木至库尔勒铁路位于青海省西部与新疆维吾尔自治区东南部，经柴达木盆地、塔里木盆地，新疆段分别经过库鲁塔克沙漠和塔克拉玛干沙漠南缘。该项目全线路基长度1 116 km，占线路长度的88.4%。对当地气候特点及风沙可能形成的路基病害特征进行分析，提出风沙地区路基风沙病害防治对策。

关键词路基风沙病害 防治对策

1项目工程概况

格尔木至库尔勒铁路位于青海省西部与新疆维吾尔自治区东南部，东起青海省格尔木市，沿昆仑山北麓、柴达木盆地南缘西行。线路位于青海省海西蒙古族藏族自治州、新疆巴音郭楞蒙古族自治州境内。

路基长度1 116 km，约占线路长度的88.4%。路基工点类型主要有：风蚀路基防护工程、风沙路基防护工程、盐渍土路基处理工程、软土路基处理工程、地震液化路基处理工程、浸水路基处理工程、危岩落石防护工程及路基支挡工程等。其中风蚀、风沙路基段长度达350余km，约占全线长度的30%，风沙防护为路基工程需要解决的重要问题。

2自然概况

2.1　地形地貌

格尔木至库尔勒铁路位于青海省和新疆维吾尔自治区境内，沿线经过柴达木盆地区、阿尔金低中山区和塔里木盆地区三个一级地貌单元，总体地势为中间高，两头低。

柴达木盆地区：为高原内陆型盆地，面积约120 000 km2，北西西向展布，四面环山，夹于祁连山，阿尔金山和昆仑山之间，海拔高2 700～3 100 m，地势西北部高，东南部低，地形起伏不大，盆地的中部有沙丘分布，沿线分布有风沙等不良地质。

阿尔金低中山区：山脉呈北东走向，海拔高3 000～4 000 m，属构造剥蚀山地，山势东南缓西北陡，岭北沟梁相间，基岩裸露，山间分布有索尔库里走廊带、巴什考供盆地及冲积宽谷等沉积带。线路越岭地段山体较窄，宽约30～50 km。

塔里木盆地区：为我国最大的内陆型盆地，面积约400 000万km2，海拔高700～1 300 m，地势由西南向东北微倾，在东、西部分别有库鲁塔克沙漠和塔克拉玛干沙漠，塔里木河在两沙漠间穿过。线路走行在阿尔金山山前洪积扇、洪积平原，以及塔里木河湖积、冲积平原及库鲁塔格山前洪积扇上，沿线发育有洪积扇群、风蚀洼地与风蚀残丘及盐渍化土地等，在塔里木河两岸局部发育有绿洲。

线路在柴达木盆地、塔里木盆地分别经过大段风沙地区。

2.2　气象条件

线路区域属于典型的大陆型干旱性气候区，分属高原干旱柴达木区、高原亚干旱青南区、南温带干旱南疆区三个气候大区。气候异常干旱、寒冷、多风少雨，昼夜温差大。尤其在戈壁沙漠中，风的频率高，风力强，一经起风，便飞沙走石，遮天蔽日，能见度极低。

柴达木盆地区：年平均气温1～4 ℃，极端最高气温29～33 ℃，极端最低气温-29～-33.6 ℃，年平均降水量39～44 mm，年平均蒸发量大于2 790 mm，每年2～9月为风季，主导风向以西风、西北风为主，年平均风速3～3.7 m/s，最大风速16～39 m/s，年平均8级以上大风日数15～42天(芒崖镇瞬时最大风速曾达到39 m/s，年平均8级以上大风日数108天)；大于起沙风速(约5 m/s)的风经常出现。最大冻结深度150～220 cm。

塔里木盆地区：年平均气温11.5 ℃，极端最高气温43.6 ℃，极端最低气温-27 ℃，年平均降水量17 mm，年平均蒸发量3 000 mm，每年4～7月为风季，主导风向以东风、东北风为主，年平均风速2.2～3.0 m/s，最大风速大于40 m/s，年平均八级以上大风日数9～37天。最大冻结深度70～150 cm。

3工程区域风沙分布特征、活动规律、类型、危害程度

3.1　沿线风沙分布特征

柴达木和塔里木两盆地气候干燥，风大，地形开阔，沙源丰富，全线风蚀和积沙较为普遍。大面积流动沙丘、流动沙地主要分布于茫崖湖东至茫崖湖、东柴山至大乌斯、琼吐尔至罗布庄、罗布庄至通古斯巴等地段；局部流动沙丘，沙地与半固定沙丘，沙地在格尔木西至东柴山、索尔库里盆地等地分布；山前积沙地段主要为大乌斯之油砂山、茫崖镇至阿卡腾能等地段；戈壁风沙流沿线分布较广，甘森西至茫崖湖、东柴山至尕斯、索尔库里盆地、库如克萨伊至若羌等地段作用明显。在柴达木盆地内，主导风向以W、N50W为主，在塔里木盆地内，主导风向以N50～70E为主。两大盆地区及阿尔金山的索尔库里盆地局部受风蚀作用的影响明显。

3.2　风沙对线路危害严重程度分类

根据调查，将本地区风沙严重程度分为严重、中等、轻微等三种类型。

(1)严重风沙地段

主要为成片的活动沙丘，或分布广泛的单个活动沙丘，沙丘的面积占某一范围面积的20%以上，既存在沙丘移动的危害，又有风沙流的危害；或者是平沙地，线路附近虽然没有沙丘，但地面几乎全部是裸露的疏松沙地，风沙流活动很严重；或者离线路数公里范围外有大片的活动沙丘，而沙丘至线路之间的下垫面有利于沙流通过，年输沙量≥15 m3/m，严重危害铁路工程。

(2)中等风沙地段

线路附近主要为固定和半固定沙丘或沙地，只分布有少量活动沙丘，主要以风沙流危害为主，年输沙量为15～5 m3/m；或者离线路附近数公里范围内有较多沙源，通过线路的流沙量较大，一般为1 m3/m左右；或者风沙较大的假戈壁地区，表层粗化层(砾石厚5 cm左右)下为沙层，或是砾石中夹较多的(40%左右)沙粒，风力较大时(>17 m/s)，产生大量流沙，对铁路工程有危害。

植被平均覆盖度小于40%，植被相对较多，主要为沙柳。沙漠以半固定沙丘为主，大部分地形相对平坦。

(3)轻微风沙地段

大部分为固定沙丘或沙地，少数为半固定沙丘；或者线路附近无沙丘，远方有一些沙源，每年有少量沙流≤5 m3/m，对铁路工程基本无危害。

植被平均覆盖度大于40%，植被分布均匀，沙漠以固定沙地为主，植被以沙蒿为主。

4风沙对路基工程的危害

风沙地区铁路沙害类型主要有三种：对工程构筑物的风蚀、对路基和涵洞的掩埋以及风沙流。

4.1　风蚀

风蚀作用首先是吹蚀作用。库格线沿线风沙分布范围广阔，自然条件具有风大沙多的特点，在强劲风力作用下，路基构筑物沙粒往往被风吹走，对路基形成吹蚀破坏；其次是磨蚀作用，因风沙流中的沙粒不断冲击路基，发生磨蚀。

4.2　沙埋

风沙地区铁路的另一危害形式是沙埋。

根据其规模及分布特征，往往形成舌状积沙掩埋、堆积状积沙掩埋和片状沙埋等危害形式：舌状沙埋范围相对较小，如舌状蜿蜒延伸，突出部分在铁路上堆积形成沙埋危害。这类危害主要发生在风口位置，当路堤上风侧有各类障碍物、路堑口有风向斜向的风吹入，以及线路以路堑方式穿过沙丘时更为严重；堆积状沙埋是沙丘大规模移动的结果，沙丘整体移动在路基附近或路基上堆积成丘，由于输沙量巨大，清理往往非常困难；片状沙埋积沙范围大，积沙沿着铁路绵延不断，往往可达数公里范围，输沙量巨大，但由于地形条件相对缓和而未形成沙丘，大面积铺置于地表，使路基被掩埋。

4.3　风沙流

风沙流对铁路的危害主要为以下几个方面：打磨铁路路基及防护措施；遇阻减速堆积，久而久之形成沙埋；降低能见度，降低列车运行速度，增大交通事故发生频率。

4.4　风沙活动对本线的危害性

本地区风沙流对线路的危害主要表现为沙埋，其次为风蚀，需根据沙地类型、风沙流活动特征和线路结构物类型分别采取不同措施。

路堤风蚀危害一般在路肩迎风侧和边坡上部较为严重，风蚀对高路堤的危害最为严重，经过长期风蚀作用，甚至形成上陡下缓、凹凸不平的坡面。

路堑边坡和堑顶的风蚀作用最为突出。当线路与主导风向同向平行，路堑边坡往往被风蚀形成犁沟形状；线路与主导风向大角度或者基本垂直时，路堑堑顶往往形成浑圆馒头状及各种不规则形状，坡面迎风侧常被风蚀成锯齿状，或成带形坑穴，导致边坡塌方。

4.5　风沙对线路危害的重点地段

大面积流动沙丘及流动沙地主要分布于茫崖湖东至茫崖湖、东柴山至大乌斯、琼吐尔至罗布庄、罗布庄至通古斯巴等地段；局部流动沙丘，沙地与半固定沙丘，沙地在格尔木西至东柴山、索尔库里盆地等地分布；山前积沙地段主要为大乌斯之油砂山、茫崖镇至阿卡腾能等地段；戈壁风沙流沿线分布较广，甘森西至茫崖湖、东柴山至尕斯、索尔库里盆地、库如克萨伊至若羌等地段作用明显。在柴达木盆地内，主导风向以W、N50W为主，在塔里木盆地内，主导风向以N50～70E为主。

5风沙路基防护对策

首先要注重科学选线，尽量规避风沙严重地区，并在有利于减少风沙危害的地段通过。在此基础上，对于不能通过选线规避风沙的地段，应根据当地风沙流特点设置必要的平面防护工程，可有效地阻止风沙掩埋路基，保证运营安全。

风沙平面防护主要包括植被防护措施和工程防护措施，其中植被防护措施有封沙育草、种植防护林带、种植灌木格栅等；工程措施可分为机械沙障、化学固沙等。

5.1　植被防护治沙

主要是指种植适宜于沙漠生长的植物来防止风沙危害。植物成活后，其根系可以起到固沙的作用，枯枝落叶能增加土壤的腐殖质含量，改良土壤，一方面防止风沙形成，另一方面由于改良土质而促进植物生长，增加植被覆盖率，使固沙作用不断扩大。植物的光和作用和呼吸作用，能够增加空气中的水分，增加空气氧气，同时吸收二氧化碳，起到改善气候条件的作用。植物的可再生性、扩张性和其改善生态环境等效果，能达到根治沙害的目的，应尽量利用各种条件，采取生物治沙方案。

植被防护治沙的主要措施包括营造防护林、封闭恢复天然植被、飞播或人工种草或灌木等。

5.2　工程治沙

根据风沙的形成机制和运动规律，有针对性地设置工程设施来防治或限制风沙流移动，从而减少风沙危害。工程措施的原理是是：制止沙粒起动形成沙流，降低风沙流运动，抑制地表风蚀，强制风沙流沉积，转变风沙流运动方向，改变沙丘的整体运动为风沙流的分散运动等。总体而言即压制、减弱、分流风沙活动，使之消亡或减弱到最低程度。工程治沙的主要方法有沙障固沙、机械阻沙、覆盖-粘合、导流输沙等四种。

5.3　两种防沙措施优缺点分析

(1)植物固沙措施

植被防护治沙的优点是：防治和减弱风沙的效果良好，植被在生长和繁殖过程中，不断改善环境条件，增加生物活动，促使生物扩张，达到长久治沙的效果，是首选的防沙治沙方法。

对于干旱半荒漠地区而言，植物种植的关键问题是是否具备种植植物所需的水资源，同时应考虑长期抽取地下水对地区生态环境的影响，从维持长远的生态环境平衡考虑问题。

植物措施是固定流沙最为有效的措施，但其建设周期相对较长长，发挥效益较慢，不能满足工程建设初期对沙害迅速控制的要求，所以一方面应坚持工程与防沙植被同时开工建设，以期早日形成防护效应，同时应与机械沙障共同使用。

(2)工程治沙方法

工程治沙方法受限制的因素相对较少，施工不受季节限制，并且一经施工可以起到立竿见影的效果。在半干旱和半湿润地区是作为植物固沙工程实施前固定流沙的措施；在极端干旱地区，缺乏植物固沙条件时，也可以作为一种主导防沙方法，方法的选择除了要考虑当地的自然条件、风沙灾害的特性外，还要依据当地固沙材料资源的状况。

参考文献

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中图分类号：U216.41+3

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)05-0058-03

收稿日期：2015-08-14