馮德泉

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)，陜西西安 710043)

庫(kù)爾勒至格爾木鐵路風(fēng)沙地區(qū)選線

馮德泉

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)，陜西西安 710043)

庫(kù)格鐵路沿線風(fēng)沙發(fā)育，影響鐵路運(yùn)營(yíng)安全，在線路設(shè)計(jì)中做好選線工作，為鐵路長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造良好條件。本文從鐵路選線需求出發(fā)，突破了只把風(fēng)沙地貌劃分為風(fēng)蝕區(qū)和風(fēng)沙堆積區(qū)的限制，首次提出將風(fēng)沙地區(qū)按風(fēng)沙形態(tài)劃為風(fēng)蝕區(qū)、風(fēng)沙流區(qū)和風(fēng)沙堆積區(qū)3個(gè)區(qū)域，分析了3個(gè)區(qū)域的風(fēng)沙活動(dòng)規(guī)律，歸納總結(jié)了3個(gè)區(qū)域內(nèi)鐵路不同的選線原則、工程防沙方式，并以庫(kù)格鐵路風(fēng)沙選線為實(shí)例進(jìn)行分析說(shuō)明。以3個(gè)風(fēng)沙形態(tài)區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，確定鐵路選線原則，很好地指導(dǎo)了庫(kù)格鐵路風(fēng)沙地段選線，并可為其它風(fēng)沙地區(qū)鐵路項(xiàng)目和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)修訂提供參考。

風(fēng)沙地區(qū) 風(fēng)沙形態(tài) 鐵路選線

1 庫(kù)格鐵路概況

庫(kù)爾勒至格爾木鐵路(簡(jiǎn)稱“庫(kù)格鐵路”，原稱“青新鐵路”)東起青海西部重鎮(zhèn)格爾木，西抵南疆地區(qū)門戶庫(kù)爾勒，全長(zhǎng)1 211 km，為客貨共線的區(qū)域路網(wǎng)干線，是新疆南疆地區(qū)通往祖國(guó)內(nèi)地一條便捷通道，它的建設(shè)將改變內(nèi)地與新疆“千里一線牽”的單一路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有十分重要的戰(zhàn)略意義[1]。2010年至2011年進(jìn)行了第三次全線初測(cè)，并完成可行性研究報(bào)告。

庫(kù)格鐵路穿越了柴達(dá)木盆地、阿爾金山低中山區(qū)和塔里木盆地三個(gè)一級(jí)地貌單元，地勢(shì)總體中間高，兩端低。沿線生態(tài)環(huán)境脆弱，地形地貌多樣，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象和特殊巖土種類多。不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有風(fēng)沙、泥石流、地震液化、危巖和落石等，特殊巖土主要有鹽漬土、含鹽地層、軟土等。在各類不良地質(zhì)現(xiàn)象中，風(fēng)沙范圍廣對(duì)鐵路選線的影響最大，因此本文主要介紹分析庫(kù)格鐵路風(fēng)沙地區(qū)選線情況，庫(kù)格鐵路線路平面示意如圖1。

圖1 庫(kù)格鐵路線路走向示意

2 風(fēng)沙地區(qū)區(qū)域劃分

風(fēng)沙地區(qū)地貌通常劃分為風(fēng)蝕地貌和風(fēng)沙堆積地貌[2]，但在工程實(shí)踐中，這一簡(jiǎn)單的地貌劃分并不能用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。因?yàn)樘幱陲L(fēng)蝕區(qū)與風(fēng)積區(qū)之間的地帶既沒有明顯的風(fēng)蝕現(xiàn)象，也沒有風(fēng)沙堆積，但地表風(fēng)沙流肆虐，風(fēng)沙流現(xiàn)象既不同于風(fēng)蝕，也不同于風(fēng)沙堆積，其對(duì)鐵路工程的危害也十分嚴(yán)重。

從庫(kù)格鐵路選線和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，筆者提出風(fēng)沙地區(qū)可按照風(fēng)沙形態(tài)劃分，劃分為風(fēng)蝕區(qū)、風(fēng)沙流區(qū)和風(fēng)沙堆積區(qū)三個(gè)區(qū)域。當(dāng)然這三個(gè)區(qū)域并不是完全孤立的，無(wú)論是風(fēng)蝕區(qū)還是風(fēng)積區(qū)都有風(fēng)沙流現(xiàn)象，只不過(guò)風(fēng)蝕區(qū)對(duì)工程的危害主要表現(xiàn)為風(fēng)蝕，由于風(fēng)力強(qiáng)勁，無(wú)風(fēng)沙堆積現(xiàn)象，風(fēng)沙對(duì)工程的影響較小;風(fēng)沙流區(qū)基本無(wú)風(fēng)蝕或風(fēng)積現(xiàn)象，以風(fēng)沙流危害為主;風(fēng)積區(qū)風(fēng)沙流逐漸減弱，主要以風(fēng)沙堆積和沙丘移動(dòng)危害為主。

三個(gè)區(qū)域界限盡管很難精確劃分，但定性的輪廓性劃分容易實(shí)現(xiàn)。以三個(gè)區(qū)域劃分為基礎(chǔ)確定的鐵路選線原則，用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)，概念清晰明了，便于鐵路選線和工程防護(hù)措施的設(shè)置，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然由于地形地貌、風(fēng)力、風(fēng)向、沙源等原因，同一區(qū)域內(nèi)的風(fēng)沙形態(tài)也可能有很大的差別，在工點(diǎn)設(shè)計(jì)中還需在三個(gè)區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上對(duì)該處風(fēng)沙特征進(jìn)行細(xì)化，采取有針對(duì)性的工程措施。

3 沿線風(fēng)沙分布及區(qū)域劃分

庫(kù)格鐵路受風(fēng)沙影響地段大致可分為三個(gè)段落，分別是格爾木至油砂山、先鋒至臺(tái)特瑪湖、羅布莊至群克爾。

格爾木至油砂山段(408 km)位于柴達(dá)木盆地南緣、昆侖山北麓，屬山前沖洪積傾斜平原，甘森至大烏斯段為低山丘陵區(qū)。柴達(dá)木盆地為干旱和半干旱的氣候，植被稀少，巖石裸露，第四紀(jì)松散沉積物廣泛堆積，由于氣候變化等影響形成大片沙源地[3]。盆地主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)閃、N50°W，風(fēng)速大，大風(fēng)期長(zhǎng)，地表物質(zhì)受風(fēng)的吹蝕向東南部漂移，在昆侖山脈的阻擋下風(fēng)速降低，沙粒逐漸沉積下來(lái)，在山北麓形成了一條長(zhǎng)達(dá)數(shù)百公里斷續(xù)分布、寬窄不同的風(fēng)沙堆積帶，呈半固定、流動(dòng)沙地以及孤丘、沙丘鏈、沙壟等多種形態(tài)，個(gè)別地段形成小規(guī)模的沙漠。

本段線路宏觀走向與主導(dǎo)風(fēng)向夾角約為20°，線路主要從盆地鹽湖與風(fēng)沙堆積帶之間通過(guò)，格爾木至茫崖湖為山前沖洪積傾斜平原，地表均以礫石、碎石為主，處于分流沙區(qū)末端，個(gè)別地段線路需要繞避風(fēng)沙堆積區(qū);茫崖湖至油砂山為低山丘陵區(qū)，屬于中等強(qiáng)度的風(fēng)沙堆積區(qū)。

先鋒至臺(tái)特瑪湖段(40 km)位于塔里木盆地東南緣、阿爾金山北麓，屬于山前沖洪積傾斜平原，地勢(shì)低洼平坦，地表為沖洪積粉土，植被稀少;線路基本為南北走向，主導(dǎo)風(fēng)向N50°～70°E，強(qiáng)風(fēng)裹挾著黃沙從地表掠過(guò)，但地表基本無(wú)風(fēng)沙堆積現(xiàn)象，是典型的風(fēng)沙流區(qū)。沙源為東北方向的庫(kù)魯克沙漠，風(fēng)沙堆積區(qū)為瓦石峽以西的阿爾金山北麓。

羅布莊至群克爾段(260 km)位于塔里木盆地中部，從塔克拉瑪干沙漠與庫(kù)魯克沙漠之間的塔河下游綠洲帶穿過(guò)，線路走向?yàn)镹30°～80°W。

塔河西南側(cè)為塔克拉瑪干沙漠，是我國(guó)最大、世界第二大沙漠，東西長(zhǎng)約1 000 km，南北寬約500 km，整個(gè)沙漠風(fēng)沙活動(dòng)十分頻繁而劇烈，流動(dòng)沙丘占85%以上，新月形沙丘及新月形沙丘鏈遍布，沙丘高度大于50 m，沙粒極細(xì)，起沙風(fēng)速僅為3 m/s[4]。塔河?xùn)|北側(cè)為庫(kù)魯克沙漠，沙源來(lái)自其東北方向的羅布泊四周，塔里木河附近風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)活躍，多為新月形沙丘鏈，沙丘最高30 m，直接威脅塔河綠色走廊[5]。

生長(zhǎng)著胡楊、紅柳等喬灌木的塔里木河下游綠色走廊，阻止了塔克拉瑪干沙漠與庫(kù)魯克沙漠的匯合[6]。群克爾至阿拉干段走廊帶為30～40 km，開墾大面積農(nóng)田，駐有4個(gè)農(nóng)墾兵團(tuán);近40年來(lái)，由于塔河大西海子以下斷流，地下水位大幅度下降，河岸天然胡楊林植被大面積衰敗，林間沙地活化，尤其是阿拉干至臺(tái)特瑪湖段綠色走廊基本消失，塔河兩岸胡楊林大片死亡，退化為寬度僅為1～4 km的半固定沙地帶，已無(wú)人煙[5]。

該段主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镋、EN，塔河北岸受庫(kù)魯克沙漠的西移影響，為風(fēng)沙堆積區(qū);塔河南岸由于得到塔河綠色走廊保護(hù)，風(fēng)積沙危害較小，主要以風(fēng)蝕為主，可劃分為風(fēng)蝕區(qū)，但部分地段有塔克拉瑪干沙漠延伸出或殘留的活動(dòng)及半固定沙丘。

4 風(fēng)沙地區(qū)鐵路選線原則

4.1 風(fēng)蝕區(qū)選線原則

風(fēng)蝕區(qū)主要特征為吹蝕，處理較易，是鐵路通過(guò)的有利地段。鐵路經(jīng)過(guò)風(fēng)蝕區(qū)，應(yīng)盡量減小與主導(dǎo)風(fēng)向的交叉角度，交叉角度大時(shí)應(yīng)適當(dāng)放緩路基邊坡，使路基與天然地形相適應(yīng);盡量降低路基高度以減輕風(fēng)蝕影響;采用就地取材、因地適宜的方式加強(qiáng)路肩、路基坡面防護(hù)，避免風(fēng)蝕破壞。

風(fēng)蝕區(qū)鐵路除防風(fēng)蝕外，一般不需風(fēng)沙防護(hù)。但在風(fēng)蝕區(qū)與風(fēng)沙流區(qū)交接地帶，由于鐵路工程實(shí)施后自然地貌的變化，路基個(gè)別部位也可能會(huì)產(chǎn)生積沙現(xiàn)象，應(yīng)予以重視。

4.2 風(fēng)流沙區(qū)選線原則

風(fēng)沙流區(qū)原地貌一般不會(huì)積沙，但由于鐵路工程使自然地貌發(fā)生顯著變化，改變了風(fēng)沙流運(yùn)行狀態(tài)，如不采取措施，勢(shì)必在路基坡腳、道心等低凹處積沙，造成鐵路病害。因此，在風(fēng)流沙區(qū)選線應(yīng)遵循以下原則:

1)線路應(yīng)盡量與主導(dǎo)風(fēng)向平行，必須穿越時(shí)應(yīng)以小角度交叉，以減小主導(dǎo)風(fēng)向上地形劇烈變化，減輕路基積沙危害;線路如以較大角度穿越風(fēng)沙流區(qū)，宜放緩路基邊坡坡率[7]。

2)在曲線地段宜采用大半徑，盡可能把曲線外側(cè)朝主風(fēng)向，以減輕沙害。避免將曲線內(nèi)側(cè)朝主導(dǎo)風(fēng)向，由于導(dǎo)向作用使風(fēng)沙流匯聚一處，容易形成沙害。

3)線路盡量避免低路堤、淺路塹和不填不挖路基，這些地段擋御風(fēng)沙的能力低，一次偶發(fā)的大風(fēng)暴就有可能掩埋線路。因此，路基應(yīng)采用路堤形式，高度通常應(yīng)不小于3 m。

4)線路走向與強(qiáng)風(fēng)沙流交叉時(shí)，可選擇風(fēng)沙流集中的風(fēng)口地段以橋梁形式垂直于主導(dǎo)風(fēng)向通過(guò)，徹底解決風(fēng)沙流對(duì)鐵路的危害，橋梁應(yīng)設(shè)置足夠凈空。

5)小橋涵應(yīng)適當(dāng)增大孔徑，抬高凈空，以避免積沙堵塞橋涵孔洞。

6)取棄土場(chǎng)應(yīng)選擇在主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)側(cè)，遠(yuǎn)離線路500 m以外。

7)應(yīng)盡量將車站設(shè)在流沙較少的地區(qū)，將站房、住宅等建筑物布在背風(fēng)處，以減少積沙的危害，當(dāng)無(wú)可靠防沙、治沙措施時(shí)，盡量不在風(fēng)沙地區(qū)設(shè)置大型車站。

在風(fēng)沙流區(qū)，除植物防沙以外，固、阻、輸、導(dǎo)等幾種工程防沙措施亦均可以根據(jù)風(fēng)沙不同情況單獨(dú)或綜合運(yùn)用[8]。

4.3 風(fēng)沙堆積區(qū)選線原則

4.3.1 半固定沙丘、沙地地段

1)線路應(yīng)優(yōu)先選擇在地形開闊平坦的沙地，其次為較低矮的沙丘，應(yīng)盡量避免頻繁穿梭于高大沙丘之間。

2)線路應(yīng)盡量通過(guò)植被較好，基本穩(wěn)定的固定沙丘、沙地;如局部地段有活動(dòng)沙丘，應(yīng)予繞避。

3)沙丘中的河流兩岸、湖盆草灘、古河道地形平緩，地下水水位較高，易于植物生長(zhǎng)，有利于固沙治沙，應(yīng)優(yōu)先選擇通過(guò)。

4)半固定沙丘地區(qū)植被生態(tài)十分脆弱，一旦破壞極難恢復(fù)，工程設(shè)計(jì)、施工過(guò)程應(yīng)保護(hù)好主體工程周邊的植被，避免破壞。

4.3.2 活動(dòng)沙丘地段

線路應(yīng)盡量繞避活動(dòng)沙丘地帶，選擇在固定、半固定沙丘，如不能繞避必須穿過(guò)活動(dòng)沙丘時(shí)，應(yīng)盡量利用在以下有利地段通過(guò):

1)在活動(dòng)沙丘連綿不斷的地區(qū)，應(yīng)盡量選擇低矮沙丘通過(guò)，避免直穿大沙丘。

2)線路宜選擇在風(fēng)力較小、沙丘活動(dòng)能力弱、沙害較輕的活動(dòng)沙丘邊緣地帶通過(guò)。

3)線路通過(guò)活動(dòng)性強(qiáng)的沙丘時(shí)，宜將線路選在沙丘的上風(fēng)側(cè)，盡可能不通過(guò)沙丘的下風(fēng)側(cè)，避免沙體移動(dòng)掩埋鐵路。通過(guò)活動(dòng)性較弱的沙丘，有充分依據(jù)時(shí)可從其側(cè)后方較遠(yuǎn)處通過(guò)。

4)風(fēng)沙覆蓋的山地、丘陵區(qū)選線，如遇風(fēng)積沙帶，宜選在沙帶間的丘陵地通過(guò)，不宜穿越沙帶。如條件限制必須穿越時(shí)，宜在沙帶最窄部位，以路堤正交通過(guò);如沙帶與線路走向平行無(wú)法繞避時(shí)，優(yōu)先采用橋梁或隧道的形式通過(guò)。

風(fēng)沙堆積區(qū)的鐵路風(fēng)沙防護(hù)，植物固沙雖然效果最好，但通常因水源缺乏而難以實(shí)施。由于沙粒動(dòng)能低，輸沙、導(dǎo)沙方式也無(wú)法適用，因此一般采用工程阻沙、固沙的方式[9]。

5 庫(kù)格鐵路風(fēng)沙選線實(shí)例

格爾木至甘森的風(fēng)沙地段，線路基本走行于風(fēng)沙流區(qū)末端和風(fēng)沙堆積區(qū)前緣，線路與主導(dǎo)風(fēng)向夾角小，輕微地段可不予處理，中等及嚴(yán)重地段需在路基兩側(cè)進(jìn)行阻沙、固沙防護(hù)。

甘森至東柴山埡口間分布有規(guī)模較大的活動(dòng)沙壟，長(zhǎng)30 km，寬10 km，線路從其前端的風(fēng)沙流區(qū)繞行，并以橋梁形式繞行跨越風(fēng)沙流區(qū)見圖2。

圖2 以橋梁形式繞行活動(dòng)沙壟前緣

由于額果頓雅山的阻擋，山前形成了大片的風(fēng)沙堆積，有的為孤立的沙丘，有的成為縱向沙壟。受坡度和高程控制，線路經(jīng)過(guò)額果頓雅山合理的位置被積沙所覆蓋，如從沙丘上風(fēng)側(cè)繞行將產(chǎn)生長(zhǎng)7.5 km、高52 m的特大高橋，工程明顯不合理?？拷鼒嚎谔幱幸婚L(zhǎng)寬高為1 500 m×120 m×15 m的縱向沙壟，與主導(dǎo)風(fēng)向夾角為20°，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘分析和新舊資料對(duì)比研究，雖然該沙壟規(guī)模有所增大，但近32年平面位置沒有變化，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，綜合研究其他沙丘移動(dòng)發(fā)展規(guī)律，最終推薦線路從沙壟后側(cè)300 m外通過(guò)，并以隧道形式穿越額果頓雅山，徹底避免了積沙對(duì)鐵路的危害。

蘇租克薩依至米蘭段風(fēng)沙堆積區(qū)線路繞避沙丘，進(jìn)行了阻沙、固沙綜合防護(hù)。先鋒至臺(tái)特瑪湖段擬在強(qiáng)風(fēng)沙流區(qū)分段設(shè)橋，并配以導(dǎo)沙措施，讓風(fēng)沙流從橋下通過(guò)。

塔克拉瑪干沙漠邊緣，線路走行于塔河綠洲境內(nèi)下風(fēng)側(cè)，并全部繞避活動(dòng)沙丘，路基加強(qiáng)防風(fēng)蝕。

6 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)沙災(zāi)害是我國(guó)西北及內(nèi)蒙古地區(qū)鐵路的最主要災(zāi)害之一，受風(fēng)沙危害地段的鐵路養(yǎng)護(hù)部門為保障運(yùn)輸暢通，與風(fēng)沙進(jìn)行著長(zhǎng)期不懈的斗爭(zhēng)，付出了大量人力財(cái)力，仍然很難根治，風(fēng)沙危害成為列車運(yùn)行的永久安全隱患。因此，在鐵路選線過(guò)程中采用合理方案有效繞避風(fēng)沙，避免或盡量降低其對(duì)鐵路的危害，將降低維修養(yǎng)護(hù)成本，提高鐵路運(yùn)營(yíng)安全水平，具有十分重要的意義。

本文從鐵路選線和工程設(shè)置需求出發(fā)，提出將風(fēng)沙地區(qū)按風(fēng)沙形態(tài)劃分為風(fēng)蝕區(qū)、風(fēng)沙流區(qū)和風(fēng)沙堆積區(qū)，概念清晰，便于實(shí)際應(yīng)用，為鐵路大面積選線提供了理論指導(dǎo);在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)的各區(qū)域鐵路選線原則和工程防沙措施，在庫(kù)格鐵路選線中得到很好應(yīng)用，可為其它風(fēng)沙地區(qū)鐵路選線和設(shè)計(jì)手冊(cè)修訂提供參考。

[1]中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán).新建鐵路庫(kù)爾勒至格爾木線可行性研究[R].西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)，2011.

[2]鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1999.

[3]任朝霞，楊達(dá)源.近50年西北干旱區(qū)氣候變化趨勢(shì)及對(duì)荒漠化的影響[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2008(4):91-95.

[4]宋勇，海鷹，崔獻(xiàn)勇.塔里木河下游綠色走廊的生態(tài)問(wèn)題與治理對(duì)策[J].新疆環(huán)境保護(hù)，2004(增):8-13.

[5]涂瑩，高洋洋，左其亭.塔里木河下游生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題與對(duì)策探討[J].水資源與水工學(xué)報(bào)，2008(5):73-77.

[6]沙代提·木沙，玉米提·哈力克，托乎提·艾合買提，等.塔里木河下游生態(tài)輸水過(guò)程中荒漠河岸林活力恢復(fù)監(jiān)測(cè)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18(5):1898-1902.

[7]韓曉雷，趙文濤，唐三元.新疆老風(fēng)口地區(qū)公路風(fēng)吹雪流場(chǎng)分析研究[J].鐵道建筑，2012(2):79-81.

[8]鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.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.

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Route Selection of the Korla-Golmud Railway in Storm Sand Area

FENG Dequan
(China Railway First Survey＆Design Institute Group Ltd，Xi'an Shaanxi 710043，China)

Sand storm are badly developed along the Korla-Golmud railway，which poses potential threat to the railway.Selecting the best route in sand storm regions can create favorable conditions for railway long-term operation safety.From the demand of railway route selection，this paper broke the concept of aeolian landform being classified as wind erosion area and aeolian sand area and divided it into wind erosion area，sand-driving wind area and aeolian sand area according to the sand storm form for the first time.Through analyzing the activity pattern of sand storm in the three areas，this paper concluded the different route selection principles and protective measures for them and took the route selection of the Korla-Golmud railway as an example.Formulating railway route selection principle based on the three types of sand storm areas makes the design idea clear and is feasible for practical route selection for the Korla-Golmud railway in sand storm areas，which can provide a reference for other railway in the same situation.

Sand storm area;Route selection;Sand storm form

U212.32

A

1003-1995(2012)06-0110-04

2012-03-05;

2012-03-20

馮德泉(1974— )，男，甘肅隴西人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 王 紅)