毛烏素沙漠地區鐵路路基沙害防治施工技術研究

鞠獻維

摘 要：毛烏素沙地作為中國主要的沙漠之一，恩格阿婁至陶利廟鐵路穿越毛烏素沙地的Ⅰ級鐵路，路基線路總長75.5km，占線路總長度的90.24%；如何保護施工的路基實體，成為了鐵路防護施工的重要課題。

關鍵詞：毛烏素沙地；路基防護

恩陶鐵路基床以下采用的填料主要采用風積沙，風積沙主要由細沙粒組成。不進行防護易對路基本體造成侵蝕。同時，依據以往內蒙古地區公路施工采取的防護措施，對恩陶鐵路防護形式采用坡面防護與平面防護相結合，文章僅對路基施工的防護類型選擇進行探討。

1 造成鐵路沙害原因分析

毛烏素是蒙語“寸草不生的地方”，恩陶鐵路所在烏審旗地區由于建國后長期過度放牧和大肆采挖公路土方，造成了大面積水土流失，風蝕現象普遍，該地區地貌特征主要是沙丘和黃土丘陵情況，屬于典型荒漠草原。

沙害成因有兩種：因為修筑的路基本身就阻礙了風砂的移動，所以路基填方地段和路塹地段都易形成積沙丘；造成鐵路沙害的原因，在自然因素中：主要是風和沙源，風是引起風沙危害的動力。在人為因素中：施工中破壞線路兩側的天然植被、或者取棄土不合理造成沙害。

2 常用風沙平面防護措施

2.1 生物固沙措施

植物對其附著的地面有活沙障、隔離大氣層及固結土壤等作用，由于植物的可再生性和其改善生態環境的功能，主要措施包括飛播、人工種草或灌木

2.2 工程治沙措施

（1）根據風沙的物理特征，主要表現為加強沙體的凝聚力和整體抗風蝕能力；降低沙丘在推進過程中的速度或者改變或引導風沙流向。

（2）治沙方法有機械阻沙、沙障固沙、導流輸沙等等。

3 防護措施優缺點分析

3.1 植物固沙措施

植物固沙可以有效地防治風沙災害和改變生態環境，對于這種干旱半荒漠地區來說，是首選的防治沙的方法。

3.2 工程治沙措施

工程治沙方法受限制的因素較少，在干旱地區即使缺乏植物固沙條件時，也可作為一種主導防沙方法。

3.3 對比分析

工程治沙中普遍采用的烏審旗當地羊堿草方格沙障易腐爛和沙埋，而高立式樹枝沙障由于受風蝕切削而大面積倒伏失去了作用，為了起到固定流沙的作用須重設因而增加成本；植物固沙還要考慮長期抽取地下水對地區生態環境的影響。

4 新型高耐候改性聚乙烯經編防風固沙材料

4.1 材料性能

根據風沙障治沙技術的要求，近年來研發的以聚乙烯為主要原料，經高耐候改性優化，分子鏈定向拉伸，制成高強度分子纖維，采用三針經平襯緯編鏈結構，織成具有一定孔隙度、透風率、輸沙量、阻沙率的經編網。

4.2 技術指標

通過對有關應用材料的耐候性、強度和使用情況分析。能滿足在沙漠化地區耐高溫（75℃），耐低溫（-35℃）的野外惡劣生態環境，并且可重復使用。

4.3 技術原理

高耐候改性聚乙烯經編防風固沙材料和應用技術原理是通過“阻”和“固”來達到防風固沙的目的。

“阻”主要是在活動的沙面上設置高立式經編防風阻沙柵欄和低立式經編方格狀風沙障，有效阻滯了躍移的沙粒控制了輸沙量，阻滯了沙區的前移達到防風阻沙目的。

“固”是通過外圍設置高立式經編阻沙柵欄，內則設置低立式經編方格狀風沙障，以增大沙漠地表的粗糙度，阻止了風蝕的發生，同時防止了外來沙源。

4.4 材料的應用技術方法

高耐候改性聚乙烯經編防風固沙材料，據目前應用技術試驗情況，主要有兩種應用技術方法：

（1）高立式經編防風阻沙柵欄。用高耐候改性聚乙烯單絲采用三針經平襯緯編鏈結構成網卷，在沙漠上由固定樁固定成防風固沙柵欄，柵欄網的孔隙度為30-45%。其透風率在30-50%，柵欄高度為1-1.5米。

（2）立式經編方格風沙障。用高耐候改性聚乙烯膜扁絲緯襯經編邊孔入襯而成的寬20～25厘米的獨立條狀雙層網卷，網的孔隙度25～45%，網絲覆蓋率在30～70%之間，在沙漠上成1×1米的直角行列式方格狀立網。

5 風沙平面防護方案選擇

（1）樹枝沙障方案：需用大量的沙柳枝條，而且沙障內栽植的灌木生長緩慢，需要人工維護前期成本巨大。

（2）植物防護方案：采用傳統的林帶和灌木叢，按照外林內灌間隔布置，林木成活后防風治沙效果較好；但需要先期固沙和育林植苗，在成林前需要作臨時防護后期成本巨大。

（3）樹枝沙障+聚乙烯經編防風固沙方格方案：采用經編防風固沙材料方格和樹枝沙障共同防風固沙，兩種防護形式呈條帶狀，按照5m間距間隔布置，最外側和內側采用經編防風固沙方格，沙障內栽種沙柳、檸條、油蒿等適于當地生長的植物品種。

本方案優點是經編防風固沙方格前期起到防風阻沙的效果，種植的沙柳、檸條、油蒿等耐干旱沙生植物自然生長成灌木叢或草地，不需要投入大量的人工養護，并且經編防風固沙方格施工工期短、節省投資；缺點是經編防風固沙方格失效后需要回收再利用以免污染環境。

6 樹枝沙障和經編防風固沙網格方案

6.1 風沙防治體系的基本形式

鑒于毛烏素沙地地理特征明顯，設計用機械固沙和植物固沙相結合的方案，先期防風固沙采用樹枝沙障+經編防風固沙網格，后期固定沙丘采用種植沙生植物。

風沙防護帶的基本模式：采用阻沙帶+固沙帶，阻沙帶由經編防風固沙網格構成，尺寸為1×1×0.5m；固沙帶由樹枝沙障構成，尺寸為1×1×0.2m。

經編防風固沙網格：采用竹片制成高70-80cm的長方形小條，在其上端開一條深度為50cm的開口確保兩層網片插入，網片嵌入后將頂端用鐵絲固定。；在沙地上固定樁，根據該地區的風沙流強度和迎風面情況，按照100×100cm方形布置。

6.2 植物品種選擇

治沙過程中應選擇便于栽種、耐干旱、抗風沙的特點的沙生植物。根據當地治理風沙經驗多采用的檸條、沙打旺、沙柳其3種植物都是快速固沙草灌木。部分地段采用沙地柏對防護邊坡風蝕是極好植物。根據實地調查與對比分析，提出兩種類型固沙植物配置方案。

半固定沙地：沙柳+檸條+沙地柏（在沙障的保護下）；

流動沙地：沙打旺+沙柳+檸條（在沙障和固沙網的保護下）。

6.3 防治風沙的重點

由于當地流動沙地與半固定沙地的土壤孔隙度大、結構疏松，造成了含水率低，在風力的作用下造成流沙掩埋植物幼苗或風蝕出植物根系，為保證線路兩側流動及半固定沙地植物的成活率必須設置防風沙障。

6.4 不同措施對比分析

通過對不同防風固沙措施效益的對比可知，所有的沙障在設置初期均可有效地防止流沙的運動，隨著時間推移在運行過程中則因遭受破損使防護效果逐漸降低必須進行維護或重設，因此需要對不同類型的沙障進行經濟成本核算。

通過對不同沙障防沙措施的成本測算比對，依據工程實施中發生的材料費、人工費、維護費用及材料使用壽命。經編防風固沙方格成本最低，可使用5-7年以上時間；沙柳方格沙障運行費用相對較低可使用2-3年左右，這就是當地廣泛應用沙柳沙障的原因。

6.5 結論

從固沙措施效果分析：防風沙障布設初期防沙固沙效果明顯。但隨著防護時間的延長，隨著沙丘的運動變化易發生沙埋、倒伏、破損、腐爛等問題，使其防護的高度下降，防護作用逐漸損失；人工植物栽種初期防風固沙效果較弱，但隨著時間延伸其防護高度和效果也增長。因而，二者各有利弊，在施工中宜需要因地制宜采取不同組合形式。

從運營維護成本分析：經編防風固沙方格和沙柳沙障成本相差不大，可在沙區大面積使用，但需加強后期維護與管理；人工植被投入成本最高，但其防護時間長，應在本線殺害嚴重的地區進行植被固沙，以達到根治沙害防治效果。

7 結語

恩陶鐵路作為穿越毛烏素沙地Ⅰ級鐵路，其總結的路基防護方案對今后穿越沙漠地區鐵路提供了一些經驗，同時，相信今后對于如何防治沙害這一課題會得到更好的解決。

參考文獻

[1] 陳曉光，羅俊寶，張生輝.沙漠地區公路建設成套技術[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 陳廣庭.沙害防治技術[M].北京：化學工業出版社，2004.