西安至成都高速鐵路朱鹮防護措施研究

趙留輝

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

引言

新建鐵路西安至成都高速鐵路(以下簡稱“西成高速鐵路”)西安至江油段的建設，對于促進我國西部地區社會、經濟快速發展有著十分重要的作用，但同時也會對所經秦嶺局部地區的珍稀野生動物造成一定程度的影響[1]。朱鹮作為“秦嶺四寶”中唯一的鳥類物種，其具有“我國特有鳥類”、“國際保護鳥”、“吉祥之鳥”、“東方保護明珠”等多重身份，因此，朱鹮的防護成為修建西成高速鐵路的關注熱點問題之一[2-6]。鐵路工程設計工作中的鳥類防護設計研究目前在全球范圍內仍處于初始階段，隨著列車運行速度的不斷提升，因為逃逸不及或飛行穿越而造成的鳥類碰撞事故概率逐步增大，目前國內運營的高速鐵路多次發生飛鳥撞裂列車車窗玻璃事件。這不僅對鳥類造成傷害，同時對列車運營安全也具有一定的潛在威脅，為降低交通工程對野生動物的影響，設計緩解措施已是可持續交通發展戰略的必要組成部分[7-9]。

為了更好地保護朱鹮及確保列車運營安全，及早掌握工程建設及運營過程中朱鹮等鳥類與列車運營的相互影響，開展西安至成都高速鐵路朱鹮防護措施研究。首先借鑒國內外不同領域的驅鳥經驗及防鳥撞技術，結合實際情況，設計和選取適合的防護措施開展現場試驗，而后對防護措施進行分析比較，最后選取最優的防護措施在西成高速鐵路進行施工。

1 工程概況

新建西成高速鐵路行經陜西省洋縣，無法繞避陜西漢中朱鹮國家自然保護區實驗區，在DK213+650～DK215+200段線路以特大橋形式跨越朱鹮保護區湑水河段實驗區約1.55 km。另外，線路DK188+100～DK213+700段主要以橋梁形式從保護區內實驗區之間的預留建設通道經過，與保護區內實驗區邊緣距離1～5 km，部分地段橋梁高度大于10 m。新建西成高速鐵路工程在朱鹮自然保護區內，除修筑橋梁及新增少量永久用地外，無其他工程。

2 朱鹮生態行為特征及相關的防護啟示

(1)朱鹮覓食地偏好于水田、稻田、河灘、池塘等地[10-12]，因此在允許條件下應盡量使朱鹮覓食地遠離西成高速鐵路。

(2)朱鹮屬晝間活動鳥類，夜間無活動。防護措施應主要圍繞日間防護為主，可不考慮夜間燈光驅趕、視覺引導功能[13-14]。

(3)朱鹮對鮮艷顏色較為敏感，故可將防護表面涂刷較為鮮艷的顏色，同時考慮與區域整體背景景觀的協調性[15]。

(4)朱鹮飛行高度集中于15～30 m空域，當覓食地與夜宿地距離較遠時飛行高度會適當提高。西成高速鐵路防護措施集中設置于橋梁上，橋梁本體架空高度多位于8～15 m，局部淺山段橋梁高度18～27 m，主要為溝谷地段[16-17]。故防護措施自身高度結合橋梁板厚度應小于15～20 m為宜。

(5)當夜宿、覓食地距離較遠時，朱鹮飛行高度多大于30 m[18-19]，所以對飛行高度小于30 m的起落位置進行重點觀測調查。

3 朱鹮防護措施試驗方案與監測方案

現場試驗位置選定為胥水河特大橋DK214+899.55～DK215+128.45處，試驗段長度為228.9 m。

3.1 防護措施試驗方案

采用3種防護措施方案，分別為防護透光板、不透明防護板、防護網，其中防護透光板65.4延m，防護板65.4延m，防護網98.1延m。同時在3種方案基礎上增加輔助驅鳥措施方案。

(1)防護透光板

防護透光板采用高強度、帶紫外線、加筋亞克力板，設置高度為4.0 m，見圖1。

(2)不透明防護板

不透明防護板為高強度非金屬輕質板，設置高度為4.0 m，材料應滿足防火、防腐蝕、防潮(水)、防老化、防眩光、防塵等要求，見圖2。

圖1 防護透光板

圖2 不透明防護板

(3)防護網

采用金屬焊接網(圖3)和金屬編織防護網(圖4)兩種形式，防護網高度均為4 m。防護網為彈性材質，降低朱鹮碰撞致死、致傷發生概率，同時應滿足工程安全性，對列車運營無干擾。

圖3 金屬焊接防護網

圖4 金屬編織防護網

金屬焊接防護網：網格尺寸根據朱鹮個體形態及碰撞后逃逸行為等要素控制設計，無捕捉能力。為保證朱鹮喙和頭部移動暢通且不會竄過防護裝置，確定網格橫向間距在2～4 cm。網格高度滿足朱鹮喙在擺頭動作后能脫離格柵束縛，確定為25 cm。金屬焊接防護網選用黃色紫外線反射涂料，提高辨別能力。

金屬編織防護網：采用立柱加單絞菱形網片以及反光條的防護形式組成。網格尺寸依據防護對象而定，網孔尺寸3 cm×3 cm、有一定的伸展度和足夠的柔性和彈性，可以緩解在大風濃霧等極端天氣條件下朱鹮發生碰撞所產生的傷害。防護網骨架外側配以鮮艷識別度高反光條，足以讓朱鹮辨別出防護網而避開。防護網采用防腐性能良好的5%鋅-鋁-稀土合金鋼絲，同時采用熱浸鋅鋼柱和滲鋅連接構件。

(4)輔助驅鳥措施

在多雨霧氣象條件的洋縣地區，僅采用結構防護措施尚存在不足，視覺上的不利及防護措施支撐骨架的非彈性特質也會增加朱鹮碰撞、躲閃不及的事故幾率，因此在防護措施骨架處設置兼具色彩明顯且具有一定自發聲功能的設施，以達到從視覺、聽覺角度對飛行朱鹮進行事前預警以及達到標定防護輪廓的目的。

通過對機場、電力設施、果園等地所采用的驅鳥、防鳥設備進行匯總甄別分析，在結構防護措施基礎上，在防護措施連接骨架及H型鋼立柱外側貼反光膜，在接觸網不同構件頂部安裝風車驅鳥器。

3.2 監測方法

(1)定點觀察

設置固定監測點1處，配備2名監測人員，在固定地點，采用高倍望遠鏡，進行全天候多方位觀測。固定監測站點每個月進行1次監測。

(2)全天候遠紅外自動相機監控

在防護措施試驗段兩側監測區域安裝遠紅外觸發拍攝裝置，并配備相應光電互補系統以滿足連續觀測需要，定期對觀測系統和信號傳輸系統進行檢測及數據采集，見圖5。

圖5 全天候遠紅外自動相機監控設備準備

(3)動態監測

沿試驗段進行動態巡查。并采用高倍望遠鏡觀察鳥類動態、訪問有關人員(如保護站工作人員、當地居民等)等方法對監測方法的調查結果進行補充、完善。每個月進行1次動態監測。

4 防護措施比選

對西成高速鐵路試驗段3種防護方案的防護效果進行了1年的監測，結果表明：朱鹮飛越防護措施次數為4 615只次，均選擇主動避讓防護措施，未發現鳥類碰撞防護措施的現象，3種防護方案均具有防護效果。

防護透光板及不透明防護板均為剛性板，一旦發生碰撞事故，可能對朱鹮造成傷害；防護板相對風阻較大，對橋梁基礎要求較高，對列車行駛安全存在隱患；防護板安裝之后外側清洗工作是一個技術難題；不透明防護板一定程度上會影響乘客的視野，會對周圍景觀產生視覺干擾。而相對防護透光板及不透明防護板，防護網具有一定的彈性，可以降低碰撞對朱鹮個體的損傷，且防護網風阻較小，對列車行駛幾乎不存在安全隱患，對乘客視覺干擾相對較小[20]。因此，綜合考慮安全性、景觀協調性及運營期視覺干擾等因素，防護網優于防護板。

對金屬焊接防護網和金屬編織防護網進行比較，兩種防護網對朱鹮及其他鳥類都起到很好的防護效果。金屬焊接防護網優點：(1)工藝簡單，制作方便，材料購買便捷，僅需將網制作成尺寸為2 000 mm×1 800 mm規格后用角鋼四周固定，并于角鋼上預留螺栓孔即可；(2)具有一定的彈性。網格本身具有一定的彈性特征，可以降低碰撞過程中的個體損傷。缺點：(1)捕捉能力較強，朱鹮自主逃逸能力降低，孔徑較小，朱鹮喙、頭伸進孔徑后，受喙、頭長度影響而無法自主逃逸，即便擴大孔徑，也容易導致孔徑對朱鹮胸部卡掐；(2)彈性作用力無法詳細控制。既有研究表明，動物骨骼受力的安全系數不大于10，雖鋼質網格自身具有一定的彈性特性，但無法通過設計或施工來調節彈性力度大小，很有可能造成彈性力大于朱鹮骨骼受力極限，造成個體損傷[21]。

金屬編織防護網優點：(1)視覺效果明顯。采用醒目的反光條擋板，避免了朱鹮看不見防護網的存在。反光條采用特殊工藝制成的高分子材料的反光材料，反射效果明顯。(2)柔性好，采用單絞格柵網，該單絞格柵采用柔性好的低碳鋼絲，且網中鋼絲成形為波浪形，具有一定的伸展性。(3)使用壽命長，格柵網采用5%鋅-鋁-稀土合金鋼絲具有良好的防腐性能，鹽霧試驗結果表明1 300 h未出現銹蝕。(4)易修復，產品中用到的網片和反光條均采用可拆卸設計，菱形網片(獨立可更換單元)通過壓板和螺絲固定于鋼柱上，反光條同樣也通過螺絲固定于鋼柱上，當菱形網片或反光條受到破壞后，可簡單地通過單獨更換網片或反光條對防護網進行修復。(5)材料環保，不污染朱鹮生活的環境，能與周邊環境協調統一。綜上分析，金屬編織網優于金屬焊接防護網。

5 西成高速鐵路朱鹮防護措施工程

結合《新建鐵路西安至成都高速鐵路朱鹮防護措施試驗段研究技術報告》及措施比選結果，在洋縣沿線朱鹮分布區對于高度大于10 m的橋段，結合聲屏障設置措施，對未設置聲屏障的路段設置金屬編制防護網(圖6)，共33 014.62單延米，具體參數見表1。同時選定輔助驅鳥措施：硬橫梁吊柱底座、AF線門型架底座處設風車光片式驅鳥器，每底座1處；棘輪補償裝置下底座設風車光片式驅鳥器，每底座1處；AF肩架上設風車光片式驅鳥器，每肩架1處；隧道外對向下錨處設風車光片式驅鳥器，每對錨設1處；隧道外隔離開關底座處設風車光片式驅鳥器，每底座2處；輕型硬橫梁及上網門形架處設風車光片式驅鳥器，每組2處；另外在朱鹮活動頻繁的佛坪(DK143+165)至城固北(DK217+750)區段，在隔離開關底座附近、棘輪補償裝置底座附近、硬橫跨附近增設超聲波驅鳥器。

圖6 西成高速鐵路朱鹮金屬編織防護網防護措施

序號性能參數指標1鋼柱抗彎曲荷載/(kN·m)82網片頂破力/kN353抗沖擊/J5004防腐工藝符合《金屬覆蓋層和鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術要求及試驗方法》(GB/T 13912—2002)5檢測鹽霧試驗鋼絲符合《人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗》(GB/T 10125—2012)6防火性符合《建筑材料及制品燃燒性能分級》(GB8624—2012)B級7抗風壓最大彈性撓度不應超過L/100(L為構件最大自由長度),殘余變形不應超過L/5008抗疲勞性符合《金屬材料 疲勞試驗 旋轉彎曲方法》(GB/T 4337—2015)9反光膜符合《道路交通反光膜》(GB/T 18833—2012)二級反光膜要求10使用年限不低于50年(不含反光膜)

6 結論

西成高速鐵路于2017年9月27日試運行，2017年12月6日正式開通運營，列車開通運行以來，無朱鹮及其伴生鳥類與列車或線路接觸網設備相撞事故的發生，說明朱鹮對高鐵工程及防護措施已具備一定的適應性，且防護措施具備防止朱鹮撞傷的防護效果，對今后類似的鐵路工程的防鳥措施具有一定的借鑒作用。