青藏鐵路風沙災害及其治理措施研究

張亞賓呂曉星

（1甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2鄭州鐵路局新鄉橋工段，河南 新鄉 453000）

青藏鐵路風沙災害及其治理措施研究

張亞賓1呂曉星2

（1甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050；2鄭州鐵路局新鄉橋工段，河南 新鄉 453000）

通過調查研究青藏鐵路沙害現象、危害及其產生原因，對青藏鐵路既有風沙防治工程措施進行分析與評價。結果表明：沙化草甸和草地是青藏鐵路產生沙害重要風沙來源；青藏鐵路采用的治沙措施主要有阻沙措施與固沙措施，阻沙措施普遍存在造價較高、施工難度大、清沙難度大等問題。固沙措施中最為理想的是植草固沙，既可根治沙害又可改善生態環境。

青藏鐵路；沙害；阻沙措施；固沙措施

1 引 言

青藏高原是全球海拔最高的地理單元，這里生態環境異常脆弱。近年來隨著全球氣候變暖，青藏高原冰川退縮，湖塘沼澤濕地產生退化，部分已固定的沙丘又重新復活，地表風蝕加重，加之不合理的人為活動，加劇了青藏高原沙漠化現象。青藏鐵路連接西寧市與拉薩市，全長1956km。鐵路沿線生態環境復雜敏感，自青藏鐵路開通以來，風沙災害就成為鐵路運營安全的重要隱患。

隨著青藏高原沙害問題日益嚴重，國內對此研究較多，高尚玉、邊慶策、董光榮[1]等研究沙丘移動速度時引入C14年代測定、電鏡掃描、風洞試驗等方法。封建民、王濤[2]等通過遙感和GIS研究認為超載放牧是高原沙漠化的重要原因。楊印海[3]等分析了青藏鐵路措那湖段的沙害類，評價了該段鐵路的工程治沙措施。

本文主要研究青藏鐵路出現的風沙災害及機理，對青藏鐵路風沙防治技術進行探討，提出適合于青藏鐵路的沙害防治模式，給青藏鐵路風沙災害的防治提供技術參考。

2 青藏鐵路沙害類型及危害

2.1 青藏鐵路沙害類型

2.1.1 沙埋

沙埋也稱為風積，是風力將地表的細沙搬運并沉積的現象。沙埋可分為片狀沙埋、堆狀沙埋和蛇狀沙埋，一般鐵路最常見的形式為片狀沙埋，而青藏鐵路卻多為蛇狀沙埋，風速較大時數十分鐘風沙即可埋道，且難以預測，因此對行車安全危害性較大；堆狀沙埋移動速度慢，事先可預防，因此危害性較小[4]。

2.1.2 風蝕

風蝕路段邊坡上部風蝕較為嚴重，路肩多呈渾圓形，坡面多呈槽形；風向與線路垂直時，迎風側路基風蝕較嚴重，易產生掏蝕現象；風向與線路平行時，路基兩側邊坡同時產生風蝕和堆積，邊坡形態凹凸不平、上陡下緩[5]。青藏鐵路路基填筑材料含沙量相對較高，易出現風蝕現象。

2.1.3 磨蝕

磨蝕是指沙粒隨氣流運動時，撞擊列車及設備產生的磨蝕現象。

2.2 青藏鐵路沙害危害

1）風蝕路肩。導致路肩寬度不夠，軌枕外露，加之列車運行振動影響，軌道形位難以保持，危及行車安全；

2）銹蝕軌道結構。風沙中含鹽量較高，覆蓋鋼軌會銹蝕鋼軌及扣件，降低軌道結構使用壽命；

3）風沙覆蓋路基會造成三角坑或拱道；同時會影響線路彈性及排水，進而誘發其他線路病害；

4）路基坡腳積沙，增加養護維護工作量。

3 青藏鐵路風沙災害原因

首先，青藏高原是我國眾多河流的發源地，夏季水量充沛，河面寬廣，水中攜帶的碎屑顆粒物沉積于河床及河漫灘，入冬后，水量減少，河面變窄，沉積的顆粒物等物質逐漸露出水面，風力將其吹上河岸，成為沙害物質來源；其次，沙化草甸和草地是風沙直接來源，在風力作用下直接沉積到鐵路上，同時沙化草甸和草地又是河相沉積物來源；此外，修建青藏鐵路擾動了青藏高原脆弱的生態系統。

4 青藏鐵路風沙治理措施

青藏鐵路的防沙措施主要分為阻沙措施和固沙措施。阻沙措施的目的是盡量在距離線路較遠處控制風沙流；固沙措施的目的是通過增加地表粗糙度來降低地表風沙流速，固定地面的沙物質。

4.1 阻沙措施

4.1.1 混凝土插板式擋沙墻

混凝土插板式擋沙墻一般由5塊混凝土插板卡在設有卡槽的混凝土柱形成一個整體單元，墻高約1.7m。通過在插板底部形成的減速區，使越過擋沙墻的氣流輸沙率降低，發揮阻沙效果；混凝土插板設置若干透風孔以干擾風速流場，增強擋沙墻的防沙效果。其有效防沙范圍約為該擋沙墻高的15～20倍。

存在問題：

1）通過調查發現插板透風孔的破損率高達40%。插板破損后擋沙墻的阻沙效應大大降低，破損嚴重時甚至會成為輸沙通道。

2）混凝土插板式擋沙墻設置于地勢較高地段時阻沙效果較好，但由于對地形調查不夠充分，青藏鐵路部分擋沙墻位置設置不合理。

3）混凝土插板式擋沙墻造價較高

4）混凝土插板式擋沙墻施工難度較大

5）清沙難度大

由于混凝土插板式擋沙墻阻沙效果一般，因此自青藏鐵路運營后，再也未使用該擋沙墻來治理風沙災害。

4.1.2 混凝土掛板式擋沙墻

混凝土掛板式擋沙墻是由4塊混凝土掛板懸掛于混凝土柱所形成，墻高約1.7m。在掛板底部形成減速區，起到阻沙效果，同時混凝土掛板在風力作用下會產生擺動，對風速流場產生擾動，從而加強防沙效果。其有效防沙范圍約為該擋沙墻高的10～15倍。

存在問題：

1）青藏鐵路部分混凝土掛板式擋沙墻設置于背風側、部分擋沙墻設置過密，使該擋沙墻未發揮出應有的阻沙作用。

2）混凝土掛板與地面之間存在約5～10cm的空隙，風沙流通過時產生加速，形成掏蝕區，從而降低擋沙墻的阻沙效益。

此外，混凝土掛板式擋沙墻也存在造價高、施工難度大、清沙難度大等問題。

從現場調查結果來看，混凝土掛板式擋沙墻阻沙效果顯著，因此青藏鐵路運營后，仍使用該類型擋沙墻來治理風沙災害。

4.1.3 軌枕式擋沙墻

軌枕式擋沙墻由廢舊軌枕用鋼絞線連接并排埋設而成，高1.6m，在其前后形成減速區，發揮阻沙效應。其有效防沙范圍約為該擋沙墻高的10～15倍。

從現場調查結果來看，該擋沙墻防沙效果較好，且積沙較為集中，便于清沙工作；雖然軌枕式擋沙墻能利用廢舊軌枕，但其供應有限，所以在青藏鐵路沙害防治工程中所占比例較少。

4.1.4 鈴鐺式擋沙墻

鈴鐺式擋沙墻高約1.7m，每個單元整體由鋼筋混凝土立柱及立柱之間固定的4根鋼絞線所組成，每根鋼絞線上懸掛4塊半圓形混凝土片，這些混凝土片在風力作用下會發生擺動，進而干擾風速流場以增強阻沙目的。

鈴鐺式擋沙墻與地面之間存在10～20cm的空隙，風沙流通過時產生掏蝕區，同時該擋沙墻透風率較大，故其防沙效益較差，所以青藏鐵路運營后基本不采用該阻沙措施。

4.1.5 高立式 PE 網沙障

高立式PE網沙障由鐵絲骨架和PE網組合而成，高約1.5m，在沙障前后會形成減速區。其防護范圍與PE網孔隙度密切相關，青藏鐵路使用的PE網孔隙度約為40%，其有效防沙范圍約為該擋沙墻高的10～15倍。

從現場調查結果來看，該沙障阻沙效果良好。但其材料耐久性較差，使用壽命約為5～8年；沙障折角處積沙量最大，清沙難度較大。

4.2 固沙措施

4.2.1 低立式 PE 網方格沙障

低立式PE網方格沙障由鐵絲骨架和PE網組合而成，高度以20cm為宜。其具有造價低、施工方便、風沙防治效果好的優點，但也存在材料耐久性和清沙難度大等問題。

4.2.2 石棉瓦方格沙障

石棉瓦方格沙障是將預制石棉瓦構件互相緊扣所形成的方格狀沙障。氣流通過時在網格內產生渦流，會降低風蝕作用和挾沙能力。石棉瓦方格沙障固沙效果明顯且施工簡便、造價低、免維護。

4.2.3 化學固沙劑

化學固沙主要利用乳化瀝青溶液、聚乙烯醇等固沙劑固定風沙。其原理是稀釋具有膠結性的化學物質，噴灑于流動沙地表面，與沙粒膠結起來形成保護殼，從而起到固沙作用。其優點是成本低、見效快、適應性強。

4.2.4 植草固沙

植草固沙是利用植物來阻止風沙出現。植物能夠固著土壤，隔離沙顆粒與氣流；同時能夠增加土壤含水量，改善水土環境；此外植物腐爛后會形成腐殖質，增加土壤肥力。所以植草固沙既能治理沙害又可保護生態環境，是根治沙害的理想措施。

青藏高原環境惡劣土壤貧瘠，缺乏植物生長所必需的營養物質，為了提高植物成活率，在耕植土中加入復合肥、有機肥和保水劑作為植生基質。施工時根據當地自然條件設計植生基質配比，運到現場整平后表面覆1cm土層，無需養護，待植物成活后則形成植草固沙帶。

從現場調查結果來看，該措施治理風沙效果良好，同時還能改善青藏高原生態環境，是最理想的固沙措施。

5 結 語

1）風沙對鐵路的危害主要有沙埋、風蝕和磨蝕。沙埋和風蝕的危害較大，磨蝕的危害較小。

2）沙化草甸和草地是青藏鐵路沙害重要物質來源。

3）青藏鐵路阻沙措施的原理是在擋沙墻周邊形成減速區，降低氣流輸沙率，發揮阻沙效果；阻沙措施普遍存在造價高、施工難度大、清沙難度大等問題。

4）從青藏鐵路治沙效果來看，阻沙效果由好到差依次為：軌枕式擋沙墻、掛板式擋沙墻、插板式擋沙墻、高立式PE網沙障。

5）固沙措施中最為理想的是植草固沙，既可根治沙害又可改善青藏高原生態環境。

[1]董光榮，董玉祥，金炯，等.西藏“一江兩河”中部流域地區土地沙漠化成因與發展趨勢[J].中國沙漠，1994,14（2）：55-63.

[2]封建民，王濤，謝昌衛.黃河源區土地沙漠化研究[J].生態環境，2004,13（4）：601-604.

[3]楊印海，蔣富強，王錫來，等.青藏鐵路措那湖段沙害防治措施研究[J].中國沙漠，2010,30（6）：1256-1262.

[4]董玉祥.青藏高原沙漠化研究的進展與問題[J].中國沙漠,1999,19(3):251-255.

[5]曹玉新,李西亞,嚴學斌等.青藏鐵路路基沙害防治技術[J].鐵道建筑技術, 2003:32-33.

[6]牛清河，屈建軍，張克存，等.青藏鐵路典型路段風沙災害現狀與機械防沙效益估算[J].中國沙漠，2009，

Study on the sand hazards and countermeasure of qinghai - tibet railway

Through the investigation and study on the Qinghai-Tibet railway sand hazard,sand hazards and its causes,analysing and evaluating the sand control measures of Qinghai-Tibet Railway.The results show that sandy meadow and grassland are the important sources of sandstorms for the Qinghai-Tibet Railway.The control measures adopted by the Qinghai-Tibet Railway are sand-controling measures and sand-fixing measures.The sand control measures generally have high construction cost,difficulty in construction,difficulty in cleaning it and so on.The most effective sand-fixing measures is plant -fixing sand,it can cure the sand hazard and also improve the ecological environment.

qinghai-tibet railway；sand hazard；sand-controling measure；sand-fixing measure

P425.59.2；U216.41

：B

：1003-8965(2017)02-0091-02