和田—若羌鐵路“七帶一體”綜合防沙技術(shù)

基金項(xiàng)目：中國鐵路烏魯木齊局集團(tuán)有限公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題（WLMQ-KGHZGS-HRTL-GGB-2020-0031）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（12302511）

作者簡介：趙加海（1988-），男，工程師。研究方向?yàn)殍F道工程路基設(shè)計(jì)。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.034

摘" 要：和田—若羌鐵路（和若鐵路）位于世界第二大流動(dòng)沙漠塔克拉瑪干沙漠南緣，劇烈的風(fēng)沙活動(dòng)對其中409.19 km線路的運(yùn)營安全造成重大威脅，因此風(fēng)沙治理成為和若鐵路成功建設(shè)和安全運(yùn)營的關(guān)鍵。該文首先調(diào)查和歸納和若鐵路沿線的風(fēng)沙危害現(xiàn)狀，隨后對鐵路建設(shè)過程中摸索總結(jié)的“七帶一體”的綜合防沙技術(shù)進(jìn)行介紹，實(shí)現(xiàn)建設(shè)期沙害不上道的目標(biāo)，目前植物綜合成活率達(dá)到85%以上，植株平距高度在1.0～1.5 m，為和若鐵路的安全運(yùn)營保駕護(hù)航。相關(guān)工作和成果能夠指導(dǎo)類似工程的設(shè)計(jì)、施工及管理，為國家在項(xiàng)目審批中的決策提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)沙危害；七帶一體；綜合防沙技術(shù)；霧噴固沙；和若鐵路

中圖分類號：U212.32" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0144-04

Abstract： Hetian-Ruoqiang Railway （He-Ruo Railway） is located in the southern edge of Taklimakan Desert， the second largest flowing desert in the world. Violent wind-blown sand activities pose a major threat to the operation safety of 409.19 km of the railway （50% of the total length）. Therefore， wind-blown sand control becomes the key to the successful construction and safe operation of the railway. This paper firstly investigated and summarized the present situation of the hazard of wind-blown sand along He-Ruo Railway， and introduced the comprehensive sand prevention technology of \"Seven-Belt Structure\" which was explored and summarized in the process of railway construction. The proposed comprehensive technology has achieved the goal of avoiding the sand damage on the railway during the construction period. At present， the overall survival rate of the plants has reached more than 85%， and the plant spacing height is about 1.0～1.5 m， which will escort the safe operation of the railway. The relevant work and results can guide the design， construction and management of similar projects， and provide a basis for the national decision-making in project approval.

Keywords： wind-blown sand hazard; Seven-Belt Structure; comprehensive sand control technology; stabilize sand dunes by spraying; He-Ruo Railway

新建鐵路和田至若羌線（以下簡稱“和若鐵路”）自格庫鐵路若羌站接軌，經(jīng)過若羌、且末、民豐、于田、策勒、洛浦及和田7個(gè)市（縣）及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師三十七、三十八團(tuán)、第十四師二二五團(tuán)，接入本線終點(diǎn)喀和鐵路的和田站[1]。和若鐵路為新疆維吾爾自治區(qū)鐵路網(wǎng)南疆環(huán)線的重要組成部分，旅客列車設(shè)計(jì)行車速度120 km/h，于2018年12月開工建設(shè)，2022年6月建成通車。

和若鐵路跨越區(qū)間大，覆蓋七縣三團(tuán)，線路長度825.476 km。走行于世界第二大流動(dòng)沙漠塔克拉瑪干沙漠南緣，對線路安全運(yùn)營威脅最大的就是風(fēng)沙，風(fēng)沙影響長度為409.19 km，占線路長度高達(dá)50％。沿線經(jīng)過塔里木盆地的南緣沖積平原區(qū)、山前沖洪積傾斜平原區(qū)、沖洪積傾斜平原區(qū)，總體地勢為南高北低，沿線路縱向?yàn)橹虚g高、兩頭低，以綠洲、戈壁、沙漠等景觀類型為主體。

沿線屬典型的大陸型干旱性氣候區(qū)，分屬南溫帶干旱南疆區(qū)氣候大區(qū)。氣候異常干旱、多風(fēng)少雨，晝夜溫差大。尤其在戈壁沙漠中，風(fēng)的頻率高，風(fēng)力強(qiáng)，沙源豐富，沙塵天氣頻發(fā)。鐵路建設(shè)前對沿線的氣象環(huán)境資料進(jìn)行了調(diào)查分析，主要?dú)庀髤?shù)：年平均氣溫11.4 （且末）～13.8 ℃（洛浦），極端最高氣溫40.8 （于田）～43.8 ℃（若羌），極端最低氣溫-20.1（和田）～-28.3 ℃（民豐），年平均降水量27.6 （且末）～55.4 mm（民豐），年平均蒸發(fā)量1 837.6 （若羌）～3 647.8 mm（民豐），每年3—9月為風(fēng)季，主導(dǎo)風(fēng)向民豐以東以東風(fēng)為主、民豐以西以西風(fēng)為主，年平均風(fēng)速1.1（洛浦）～2.6 m/s（38團(tuán)），最大定時(shí)風(fēng)速9.3（于田）～20.5 m/s（若羌），最大瞬時(shí)風(fēng)速18.5（策勒）～26.6 m/s（若羌）。總體上，西部段盛行西北風(fēng)，東部段主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。

1" 風(fēng)沙治理

1.1" 沙害分布

利用近些年來，和若鐵路沿線高分辨率衛(wèi)星影像，進(jìn)行遙感影像處理，在鐵路沿線選取12個(gè)具有代表性的沙丘區(qū)域樣點(diǎn)（S1—S12）。這12個(gè)樣點(diǎn)包含了鐵路經(jīng)過的所有沙丘地段的不同沙丘類型，如圖1所示。

圖1" 沿線沙丘移動(dòng)監(jiān)測位置（遙感影像）

影像下載后，在ArcGIS10.1軟件平臺下利用特征點(diǎn)（植物、道路等）進(jìn)行地理幾何校正。利用人工解譯的方法提取12個(gè)樣點(diǎn)處的沙丘或者灌叢沙丘在不同歷史時(shí)期的邊界線（新月形沙丘或者殘丘）或者沙丘脊線（線性沙壟）。利用ArcGIS10.1軟件統(tǒng)計(jì)12個(gè)樣點(diǎn)歷史時(shí)期的沙丘側(cè)移或延伸距離，然后除以時(shí)間間隔，獲得沙丘的年平均移動(dòng)速度（表1[2]）。戈壁沙丘的移動(dòng)速度大于沙漠沙丘的移動(dòng)速度，戈壁上沙丘的移動(dòng)距離約為10 m/a，沙漠區(qū)域沙丘的移動(dòng)距離約為3 m/a，部分區(qū)域沙丘的移動(dòng)呈現(xiàn)往返式移動(dòng)。

1.2" 水源現(xiàn)狀

和若鐵路勘測期間，確定采取植物防沙的設(shè)計(jì)原則后，對沿線開展了大量的深井鉆探工作，摸清了沿線風(fēng)沙區(qū)的地質(zhì)條件以及地下水的埋深、出水量、礦化度等指標(biāo)，總體顯示，地下水礦化度均小于10 g/L，出水量較為豐沛。根據(jù)《塔克拉瑪干沙漠不同礦化度水灌溉造林試驗(yàn)研究》相關(guān)數(shù)據(jù)及研究成果[3]，和若鐵路沿線的水源條件非常適合沙漠植物的生長。和若鐵路沿線地下水詳細(xì)情況見表2。

1.3" “七帶一體”綜合防沙技術(shù)

為一勞永逸地解決和若鐵路的沙害問題，結(jié)合優(yōu)良的水源條件，根據(jù)風(fēng)沙形態(tài)特點(diǎn)、危害程度，并借鑒本區(qū)域內(nèi)沙漠公路、G315防沙治沙的經(jīng)驗(yàn)，和若鐵路在有灌溉條件的連續(xù)風(fēng)沙段落，在工程防沙的體系內(nèi)配置了植物固沙體系，樹種采用當(dāng)?shù)啬秃怠⒛望}堿、固沙能力強(qiáng)的胡楊、沙棗等喬木，以及檉柳、梭梭、沙拐棗等灌木。

和若鐵路全線409.19 km風(fēng)沙影響段落內(nèi)，以橋代路的橋梁段落長60.79 km，工程防沙與植物防沙相結(jié)合的段落為285.7 km，工程防沙段落為62.7 km。在工程防護(hù)與植物防護(hù)相結(jié)合區(qū)域采用的“七帶一體”綜合防沙技術(shù)將沙害牢牢的控制住，確保了和若鐵路的百年暢通。

“七帶一體”綜合防沙技術(shù)指在鐵路主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)及背主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)，從鐵路坡腳由近至遠(yuǎn)布置：坡腳霧噴固沙帶、防火隔離帶、蘆葦方格與灌木結(jié)合固沙帶、蘆葦方格固沙帶、喬灌結(jié)合阻沙帶、積沙空留帶和高立式沙障阻沙帶7條防護(hù)帶，如圖2所示。

1.3.1" 坡腳霧噴固沙帶

鐵路兩側(cè)坡面實(shí)施護(hù)坡工程、坡腳開挖光電纜、防護(hù)柵欄及橋涵錐體等工程以及沙塵暴天氣時(shí)空氣中彌漫的浮塵在坡腳附近堆積，在起風(fēng)時(shí)形成二次沙害，對線路造成威脅。為固定該部分積沙，坡腳范圍采取霧噴的措施。水源來自于植物防護(hù)的灌溉用水，采用噴灌半徑2 m的霧噴噴頭。霧噴不僅起到固結(jié)坡腳的流沙，讓其不再移動(dòng)的作用，還可以加速野生植被的生長，形成平面防護(hù)的最后一道攔截（圖3）。

（a）" 霧噴前" " " " " " " （b）" 霧噴后

圖3" 霧噴前后坡腳范圍積沙情況

1.3.2" 防火隔離帶

和若鐵路工程防沙的材料主要為以蘆葦、木立柱為主，植物防沙到冬季枯萎時(shí)，容易著火，需要采取防火的措施與鐵路工程隔開。防火隔離帶兼后期養(yǎng)護(hù)維修通道，防火隔離帶寬度15 m，平鋪0.1 m厚卵礫石土覆蓋線路周邊的積沙，養(yǎng)護(hù)維修通道范圍鋪設(shè)0.5 m厚卵礫石土保證車輛的正常通行。沙漠區(qū)大風(fēng)天氣頻發(fā)，晝夜溫差大，采用卵礫石土，在于其堅(jiān)固耐久，不怕風(fēng)蝕和雨水沖刷，且具有隔溫保墑作用，如圖4所示。

1.3.3" 蘆葦條帶與灌木結(jié)合固沙帶

蘆葦條帶與灌木結(jié)合固沙帶主要起到固定線路周邊沙害的作用，保障靠近線路周邊不起沙，沙子不移動(dòng)。先期依靠蘆葦條帶固定沙害，植物長大后，則利用植株發(fā)達(dá)的根系固定流沙。植物栽植范圍為了減小工程干擾，保障管道的鋪設(shè)以及后期苗木栽植及管養(yǎng)，固沙措施采取蘆葦條帶，植物栽植的條帶間采取蘆葦方格，保障鐵路線路周邊沙害不再移動(dòng)，如圖5所示。

圖4" 防火隔離帶兼維修通道 圖5" 蘆葦條帶與灌木結(jié)合固沙帶

1.3.4" 蘆葦方格固沙帶

蘆葦方格固沙帶，一是進(jìn)一步減小線路周邊起沙的風(fēng)險(xiǎn)，二是對外側(cè)阻沙林帶進(jìn)來的沙害起到完全阻斷的作用，是外接內(nèi)連的防護(hù)帶，如圖6所示。

1.3.5" 喬灌結(jié)合阻沙帶

喬灌結(jié)合阻沙帶主要起到阻擋外側(cè)來沙的作用，將外緣80％以上的來沙阻擋在該區(qū)域。首先通過高大的喬木降低風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速降下來后，積沙就會(huì)慢慢堆積，再利用灌木的枝繁葉茂將流沙層層阻攔，如圖7所示。

圖6" 蘆葦方格固沙帶" " " " 圖7" 喬灌結(jié)合阻沙帶

1.3.6" 積沙空留帶

積沙空留帶不做任何工程，維持原有的地形原貌，主要起到堆積外側(cè)來沙的作用，根據(jù)風(fēng)速大小，寬度一般為外側(cè)阻沙沙障高度的10～15倍，阻沙帶不宜過寬，否則該區(qū)域容易形成二次起沙，如圖8所示。

1.3.7" 高立式沙障阻沙帶

高立式沙障阻沙帶主要起到阻擋外側(cè)來沙的作用，為防沙技術(shù)的第1道防線，為植物生長提供先期保障。在植物未長大之前，將外緣80％以上的來沙阻擋在該區(qū)域，防止植物及管道被埋，將沙子遠(yuǎn)遠(yuǎn)的阻擋在鐵路的外側(cè)，保障線路的安全。

1.4" 治理效果

路基工程的修建，會(huì)阻擋風(fēng)沙的移動(dòng)和通過，不會(huì)消除或減輕風(fēng)沙的危害，只會(huì)不斷影響周圍區(qū)域的風(fēng)沙形態(tài)分布。和若鐵路采用“七帶一體”綜合防沙技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)期沙害不上道的目標(biāo)，成功將沙害遠(yuǎn)遠(yuǎn)阻擋在路基外側(cè)，這對于其他風(fēng)沙區(qū)鐵路建設(shè)已邁出一大步。目前全線植物綜合成活率達(dá)到85%以上，植株平距高度在1.0～1.5 m，綠色長廊初現(xiàn)規(guī)模，為和若鐵路的安全運(yùn)營保駕護(hù)航，如圖9所示。

圖8" "積沙空留帶" " "圖9" "“七帶一體”綜合防沙技術(shù)

2" 防沙建議

風(fēng)沙的防治工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要起到標(biāo)本兼治的效果需要時(shí)間周期。根據(jù)和若鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)際情況，針對大規(guī)模植物防護(hù)的沙漠鐵路提出以下建議。

2.1" 拉長建設(shè)時(shí)間

前4年為植物防沙建設(shè)期及生長期，主要解決植物防沙相關(guān)的配套問題，如打井、解決水源等；實(shí)施電力貫通線，沿線引入地方電，解決用電問題；實(shí)施一些必要的保護(hù)植物生長的措施，如流動(dòng)沙丘沙舌進(jìn)行固定、戈壁風(fēng)沙流區(qū)域進(jìn)行換填等。如此這般，可以大量減少工程治沙措施，節(jié)省大量投資。

2.2" 風(fēng)沙防護(hù)單獨(dú)招標(biāo)

針對風(fēng)沙防護(hù)相關(guān)的工程，單獨(dú)進(jìn)行招標(biāo)。這樣可以讓中標(biāo)單位專心去做這個(gè)事，防止出現(xiàn)顧此失彼的情況。同時(shí)單獨(dú)招標(biāo)也利于管理，是一對一的管理，而不是一對多的管理，以保障管理的效率。

2.3" 鋪軌安排盡量靠后

鋪軌后，意味著不能再有沙害，否則就前功盡棄了。但是在建設(shè)期，由于施工的原因，線路附近沙害仍然存在，路基本體填筑的是風(fēng)積沙、原地面為風(fēng)積沙，比如實(shí)施骨架護(hù)坡、防護(hù)柵欄、橋涵錐體和通信光電纜等工程時(shí)，當(dāng)施工一擾動(dòng)，便在線路周邊形成沙源，對線路威脅很大，因此建議鋪軌盡量往后靠，待相關(guān)附屬工程基本完成后，再行實(shí)施鋪軌。

3" 結(jié)束語

本文結(jié)合和若鐵路“七帶一體”綜合防沙技術(shù)的成功實(shí)施，提出了沙漠區(qū)鐵路的一些建設(shè)建議。隨著西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，越來越多的沙漠鐵路推進(jìn)實(shí)施，和若鐵路在風(fēng)沙防護(hù)中采取的“七帶一體”綜合防沙技術(shù)能夠指導(dǎo)類似工程的設(shè)計(jì)、施工及管理，對沙漠區(qū)的鐵路建設(shè)具有指導(dǎo)意義，為國家在項(xiàng)目審批中的決策提供詳實(shí)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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