王多青

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,西安 710043)

1 概述

隨著沙漠地區(qū)鐵路的延伸,我國(guó)在防沙理論、防沙技術(shù)、防沙材料等方面均取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,但在防沙工程的建設(shè)投資方面的研究還比較少見。結(jié)合既有防沙工程實(shí)踐,列舉包蘭鐵路、青藏鐵路、南疆鐵路風(fēng)沙防治工程,對(duì)不同風(fēng)沙條件下的工程防沙體系、植物固沙體系的工程投資情況進(jìn)行了分析,供方案比較、防沙措施選擇、防沙材料確定時(shí)參考。

2 鐵路風(fēng)沙防治工程實(shí)踐

50多年來(lái),我國(guó)在沙漠地區(qū)相繼修建了包蘭鐵路、南疆鐵路、青藏鐵路等30余條鐵路干、支線,通過(guò)沙漠地區(qū)的鐵路總長(zhǎng)度已超過(guò)了5 000 km,打通了沙漠對(duì)中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展影響的屏障,推動(dòng)了沙漠、荒漠地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展[1]。

包蘭鐵路某段長(zhǎng)度約16 km,是全線風(fēng)沙活動(dòng)最為嚴(yán)重的地段,經(jīng)鐵路建設(shè)者近30多年的艱苦探索,至上世紀(jì)80年代逐步建立起了由固沙防火帶、灌溉造林帶、草障植物帶、前沿阻沙帶、封沙育草帶等“五帶一體”的防護(hù)體系[2](圖1),保護(hù)了鐵路暢通,改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。

南疆鐵路某段全長(zhǎng)約970 km,1999年12月建成通車。建設(shè)期間采取了多種防沙措施,設(shè)置了蘆葦方格、直立式柵欄、擋沙溝堤等工程防沙設(shè)施,個(gè)別地段還采用滴灌技術(shù)營(yíng)造防護(hù)林帶,保障了鐵路正常運(yùn)營(yíng)[3-4]。

青藏鐵路某段全長(zhǎng)1 142 km,2006年7月建成通車。建設(shè)期間采取了平鋪卵石土、石方格和高立式沙障相結(jié)合的工程防沙措施(圖2),有效防治了沿線風(fēng)沙對(duì)鐵路的危害[5-8]。

圖1 包蘭鐵路某段防沙效果

圖2 青藏鐵路某段防沙工程景觀

3 防沙體系

3.1 防沙體系構(gòu)成

鐵路路基兩側(cè)應(yīng)設(shè)置嚴(yán)密的防沙體系,包括防護(hù)帶和植被保護(hù)帶(圖3)。防護(hù)帶是采用工程防沙或植物固沙的地段,靠近鐵路是加強(qiáng)防護(hù)區(qū),不允許流沙越過(guò)該區(qū)而掩埋鐵路工程；遠(yuǎn)離鐵路,可允許少量流沙侵入加強(qiáng)設(shè)防區(qū)的外緣[9]。

圖3 鐵路防沙體系

3.2 防沙技術(shù)

鐵路防沙技術(shù)措施按其作用可分為工程防沙和植物固沙兩大類[10]。

工程防沙包括固沙措施、固阻沙措施和阻沙措施。固沙措施:就地取用卵石土、碎石土、粗礫石土、礦碴和爐碴等,覆蓋于流沙表面,避免風(fēng)力直接作用于疏松的沙面,防止或減少風(fēng)蝕。固阻沙措施:利用麥草、蘆葦、塊石、土工網(wǎng)、砂袋等材料在流沙上設(shè)置成方格沙障,增加地面的粗糙度,降低地表風(fēng)速,抑止風(fēng)沙流的產(chǎn)生。阻沙措施:利用樹枝、蘆葦、土工網(wǎng)、擋沙溝堤、鋼筋混凝土預(yù)制件等設(shè)置成直立式沙障,通過(guò)改變局部范圍氣流的方向和速度,減弱沙障前后氣流速度,使沙粒在沙障附近形成堆積。

植物固沙不僅能削弱地面風(fēng)速,減輕風(fēng)沙流的運(yùn)動(dòng),同時(shí)還能改變沙地的理化性質(zhì),改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,獲得長(zhǎng)久的防沙效益,是鐵路沙害防治最根本、最有效的技術(shù)措施。采用植物固沙應(yīng)先期采用工程防沙措施為植物提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境。

4 工程防沙體系投資分析

列舉包蘭鐵路、南疆鐵路、青藏鐵路等風(fēng)沙防治工程實(shí)例,分析工程防沙體系投資。

4.1 工程實(shí)例

實(shí)例1 包蘭鐵路某段

該段屬風(fēng)沙活動(dòng)極嚴(yán)重地段,長(zhǎng)度約16 km。20世紀(jì)60年代,鐵路建設(shè)者在此大面積鋪設(shè)草方格,利用玉米秸、樹枝、竹芯編笆、木條及土工網(wǎng)、廢舊枕木等材料設(shè)置直立式柵欄固阻沙,維持鐵路運(yùn)營(yíng)。麥草方格防護(hù)寬度為南側(cè)300 m、北側(cè)500 m,兩側(cè)共設(shè)5道防護(hù)柵欄[2]。按當(dāng)前概算指標(biāo)估算,其每千米防沙工程投資約為260萬(wàn)元。

實(shí)例2 南疆鐵路某段

該段風(fēng)沙路基長(zhǎng)度約232 km,其中風(fēng)沙活動(dòng)程度一般、中等、嚴(yán)重地段長(zhǎng)度分別約為118、80、34 km。

風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段蘆葦方格總防護(hù)寬度為100 m,中等地段為250 m,嚴(yán)重地段為350 m。中等地段迎風(fēng)測(cè)設(shè)1道土工網(wǎng)柵欄,嚴(yán)重地段迎風(fēng)測(cè)設(shè)1道土工網(wǎng)柵欄、1道擋沙溝堤[3]。

按當(dāng)前概算指標(biāo)估算每千米防沙工程投資,風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段約為49萬(wàn)元,中等地段約為99萬(wàn)元,嚴(yán)重地段約為145萬(wàn)元,三者間大致成1∶2∶3的比例關(guān)系。也就是說(shuō),我國(guó)南疆鐵路某段采用蘆葦方格、土工網(wǎng)柵欄、擋沙溝堤等工程防沙技術(shù),防沙工程投資為49～145萬(wàn)元,風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段投資小,嚴(yán)重地段投資大。

實(shí)例3 青藏鐵路某段

該段沿線風(fēng)沙不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育,風(fēng)沙路基長(zhǎng)度約88.2 km,其中一般、中等、嚴(yán)重(紅梁河)、極嚴(yán)重地段(措那湖)長(zhǎng)度分別約為21.9、28.5、29.5、8.3 km[5-8]。

風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段石方格防護(hù)寬度約為150 m,中等地段約為250 m,嚴(yán)重地段約為350 m,極嚴(yán)重地段約為800 m。風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段設(shè)1道混凝土柵欄,中等地段兩側(cè)共設(shè)3道混凝土柵欄,嚴(yán)重、極嚴(yán)重地段兩側(cè)共設(shè)5道混凝土柵欄。

按當(dāng)前概算指標(biāo)估算每千米防沙工程投資,風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段約為195萬(wàn)元,中等地段約為350萬(wàn)元,嚴(yán)重地段約為500萬(wàn)元,極嚴(yán)重地段約為1 036萬(wàn)元,四者間大致成1∶2∶3∶4的比例關(guān)系。也就是說(shuō),青藏鐵路某段采用石方格、混凝土柵欄等工程防沙措施,每千米防沙工程投資195～1 036萬(wàn)元,防沙工程投資與風(fēng)沙活動(dòng)程度息息相關(guān)。

4.2 工程防沙體系投資

(1)風(fēng)沙防治工程投資與風(fēng)沙活動(dòng)程度、防沙材料息息相關(guān)。

風(fēng)沙活動(dòng)程度一般地段每千米防沙工程投資為49～195萬(wàn)元,中等地段為99～350萬(wàn)元,嚴(yán)重地段為145～500萬(wàn)元,極嚴(yán)重地段為260～1 036萬(wàn)元。在防沙材料相同時(shí),一般、中等、嚴(yán)重、極嚴(yán)重風(fēng)沙地段,每千米防沙工程投資的大致比例關(guān)系為1∶2∶3∶4。

(2)在工程防沙體系中,方格沙障投資占70%～90%。

南疆鐵路某段工程防沙體系中,蘆葦方格沙障投資約占70%。青藏鐵路某段工程防沙體系中,石方格沙障投資約占90%。

5 植物固沙體系投資

以包蘭鐵路、南疆鐵路植物固沙為例,分析植物固沙體系工程投資。

5.1 工程實(shí)例

實(shí)例1包蘭鐵路某段

20世紀(jì)70年代,建設(shè)者在包蘭鐵路某段草方格上栽種沙蒿、花棒、籽蒿、檸條等沙生植物,建立起旱生植物帶(寬度約700 m)；平沙造田(約100 m寬),修水渠(約30 km),栽植刺槐、沙棗、檸條、紫穗槐等(林帶寬約100 m)[2]。

按當(dāng)前概算指標(biāo)估算,每千米投資約為415萬(wàn)元,其中100 m寬植物防護(hù)林帶需平沙造田、修水渠、建泵站、植樹(35萬(wàn)元),投資約261萬(wàn)元,占植物固沙體系投資的63%；700 m寬旱生草障帶投資約154萬(wàn)元,占植物固沙體系投資的37%。渠灌系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施工程投資225萬(wàn)元(包括平沙造田、修水渠、建泵站等),占防沙林帶投資(261萬(wàn)元)的86%。

植物固沙應(yīng)以工程防沙為先導(dǎo),因此,加上每千米工程防沙體系投資260萬(wàn)元,整個(gè)植物固沙體系的形成,每千米投資實(shí)際約為675萬(wàn)元。

實(shí)例2 南疆鐵路某段

建設(shè)期間,在長(zhǎng)度約7.8 km的嚴(yán)重風(fēng)沙地段,以工程防沙為先導(dǎo),采用滴灌技術(shù)在線路兩側(cè)營(yíng)造了防沙林帶,左側(cè)林帶寬70 m,右側(cè)林帶寬35 m。滴灌系統(tǒng)82萬(wàn)m2[4]。

按當(dāng)前概算指標(biāo)估算,植物林帶防沙工程投資約為1 567萬(wàn)元,包括滴灌系統(tǒng)1 086萬(wàn)元(約占總投資70%)、植樹481萬(wàn)元,每千米工程投資約為200萬(wàn)元。加上工程防沙體系的投資(嚴(yán)重地段為145萬(wàn)元),整個(gè)植物固沙體系的形成,每千米防沙工程投資實(shí)際約為345萬(wàn)元。

5.2 植物固沙體系投資

(1)建設(shè)寬度約100 m的防沙林帶,包蘭鐵路某段每千米投資為261萬(wàn)元,南疆鐵路某段每千米投資為200萬(wàn)元,說(shuō)明滴灌系統(tǒng)具有明顯的節(jié)省投資的優(yōu)勢(shì)。由此初步推斷:建設(shè)寬度約100 m的防沙林帶,每千米投資為200～261萬(wàn)元。

(2)包蘭鐵路某段渠灌系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施工程投資225萬(wàn)元,占防沙林帶投資的86%；南疆鐵路某段滴灌系統(tǒng)每千米投資為140萬(wàn)元,占防沙林帶投資的70%,這說(shuō)明：

①形成植物固沙體系,設(shè)備或基礎(chǔ)設(shè)施投資占比較大；

②滴灌系統(tǒng)由于具有適應(yīng)不同地形條件的優(yōu)勢(shì),基礎(chǔ)設(shè)施投資占比明顯比渠灌系統(tǒng)小很多。

(3)植物固沙體系的形成,應(yīng)以工程防沙體系的形成為先導(dǎo),加上工程防沙投資,最終形成植物固沙體系,包蘭鐵路某段實(shí)際每千米建設(shè)投資為675萬(wàn)元,南疆鐵路某段為345萬(wàn)元。由此初步推斷:形成植物固沙體系,每千米投資為345～675萬(wàn)元。

6 結(jié)論

(1)工程防沙體系的工程投資與風(fēng)沙活動(dòng)程度、防沙材料息息相關(guān),一般、中等、嚴(yán)重、極嚴(yán)重風(fēng)沙地段,每千米防沙工程投資分別為49～195萬(wàn)元、99～350萬(wàn)元、145～500萬(wàn)元、260～1036萬(wàn)元,大致比例關(guān)系為1∶2∶3∶4,其中方格沙障投資占比為70%～90%；

(2)建設(shè)寬度約100 m的防沙林帶,每千米投資為200～260萬(wàn)元,其中設(shè)備或基礎(chǔ)設(shè)施投資占比超過(guò)70%；形成植物固沙體系,每千米實(shí)際工程投資為345～675萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.阿聯(lián)酋鐵路防沙技術(shù)研討會(huì)技術(shù)交流報(bào)告[R].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2011.

[2] 蘭州沙漠研究所沙坡頭沙漠科學(xué)研究站.包蘭鐵路沙坡頭段固沙原理與措施[M].銀川：寧夏人民出版社,1991.

[3] 王錫來(lái),張登緒,蔣育華,等.南疆鐵路沿線風(fēng)沙危害與工程防治[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),18(1)：59-63.

[4] 羅培新,邱敏麗,胡智煒.南疆線庫(kù)喀段風(fēng)沙路基工程設(shè)計(jì)與施工[J].路基工程,2005(6):41-43.

[5] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.2006年3月青藏鐵路風(fēng)沙路基調(diào)查報(bào)告[R].西安：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2006.

[6] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.青藏鐵路建設(shè)總結(jié)《勘察設(shè)計(jì)卷》[R].西安：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2007.

[7] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.青藏鐵路2003年冬季調(diào)查報(bào)告[R].西安：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2004.

[8] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.青藏鐵路2005年冬季調(diào)查報(bào)告[R].西安：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2006.

[9] 鐵路第一勘察設(shè)計(jì)院主編.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè).路基[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1995.

[10] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10035—2006 鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2006.