和田—若羌鐵路風沙區段選線研究

馬世杰

新疆鐵道勘察設計院有限公司，烏魯木齊830011

1 工程概況

和若（和田—若羌）鐵路位于新疆維吾爾自治區和田地區和巴音郭楞蒙古自治州境內。東起格庫（格爾木—庫爾勒）鐵路若羌站，向西經過若羌、且末、民豐、于田、策勒、洛浦、和田7個縣市及新疆生產建設兵團第二師三十七團、三十八團和第十四師二二五團，最終接入喀和（喀什—和田）鐵路和田站，線路全長825.476 km，見圖1。線路沿昆侖山北麓的山前洪積平原和塔克拉瑪干沙漠南緣與G315 國道并行自東向西延伸，其建設可進一步完善區域路網布局、深入推進“一帶一路”建設和區域協調發展，是中亞、南亞鄰國與中國內陸地區客貨交流的重要運輸通道［1］。

圖1 和若鐵路沿線地貌格局

和若鐵路沿線氣候干燥，風速大、頻率高，地形開闊，沙源豐富，除了沿線市縣周邊以及河流下游有水的地方為綠洲、濕地景觀，其余段落均有不同程度的風沙危害。全線風沙段落長度占線路總長的65.2%。

2 和若鐵路沿線風沙特點及危害

2.1 風沙來源及風向

和若鐵路風沙來源于塔克拉瑪干沙漠。塔克拉瑪干沙漠地表為幾百米厚的松散沖積層，沙漠里沙丘綿延，受風的影響沙丘時常移動。

若羌風向以東北風為主，發生頻率高，且風力較強；且末也以東北風為主，平均風速相對若羌略有減小；民豐風向多變，以東北風和西南風為主，與若羌、且末相比風力減弱；于田風向以西風為主，風力弱；和田風向多變，西北風發生頻率高，風力較弱。

2.2 風沙的輸沙量和移動距離

沙丘形態多由風向及沙源豐度決定，沙丘不同部位光照度和反射光譜不同，其在衛星拍攝照片上顯示差別較大，容易識別，尤其是迎背風坡及沙丘脊線［2］。利用該特性勘測人員在每個測點選擇典型沙丘測量估算沙丘移動距離，共選取22 個測點。具體分布參見圖1。

結合實地勘測結果與衛星拍攝照片，對和若鐵路各風沙段的輸沙量、沙丘移動距離進行測算，結果見表1。

表1 和若鐵路各風沙段年輸沙量和沙丘移動距離

由表1可見：DK113+000—DK149+000段、DK535+800—DK546+000 段、DK567+500—DK586+000 流動沙丘段風沙活動劇烈，風沙的年輸沙量及移動距離大 ，DK252 + 000—DK261 + 000 段 、DK496 + 000—DK512+000段、DK617+000—DK626+000段、DK632+000—DK638+000 段風沙的年輸沙量及移動距離次之，應對上述段落線路經風沙區方案做重點研究。

2.3 鐵路沿線風沙危害

和若鐵路沿線風沙危害主要表現形式是沙埋和風蝕。全線有347個風沙段落，總長538.12 km。其中273個段落受風沙影響，總長412.54 km，見表2。綜合考慮沿線的地貌形態、植被條件、風況、沙源、輸沙量、沙丘的移動距離等因素，根據TB 10027—2012《鐵路工程不良地質勘察規程》中風沙危害程度分類方法［3］，將和若鐵路風沙危害程度分為嚴重、中等、輕微三類。

表2 各類風沙段落分布及其受風沙影響程度

3 鐵路沿線水文地質特征及風沙防治措施

植物防沙措施是一種根本且有效的固沙措施，可使流動沙丘逐步變為半固定或固定沙丘，進而達到永久固沙的目的［4］，而植物防沙的根本前提就是適宜的水文地質條件。和若鐵路沿線基本位于洪沖積扇邊緣地區。根據徑流運移規律，水質條件良好，但出水量關系到植物防沙工程的實施效果。

經過詳細勘查，和若鐵路沿線地下水主要為第四系孔隙潛水和微承壓水，水位受地形地貌影響變化明顯。除個別鉆孔外，鉆孔涌水量為100～600 m3/d，地下水礦化度小于5 g/L，可用于植物灌溉。

采用外阻內固、外高內低的防沙模式。沿線在有灌溉條件的長大連續風沙段落（285.7 km），工程防沙和植物防沙相結合，樹種采用當地的耐旱、固沙能力強的樹種［5］；局部零星段落及地下水超采區（66.05 km）采用蘆葦沙障、蘆葦方格治沙；固定沙丘、沙地地段（125.58 km）植被覆蓋率大，依靠天然植被抵御風沙危害，建設中不采取防沙措施；其余60.79 km 為橋梁段落，也不采取防沙措施。

4 風沙地區鐵路選線勘測內容及選線原則

4.1 風沙地區鐵路選線勘測內容

1）充分收集高分辨率遙感影像等各種資料、現場調研，查明風沙的分布范圍、類型、主導風向、規模和嚴重程度，判明風沙發生、發展的原因和規律以及對鐵路建設及運營期的危害程度。

2）通過實地測量風沙段落沙丘移動速度、年輸沙量等主要參數，得到初步的風沙參數。

3）采用物探與水源鉆探相結合的方法查明沿線地表及地下水埋藏條件、水質水量等，詳細評價沿線水文地質條件。結合沿線植物生長類型及生長環境，掌握風沙的可治理性。

4）建立觀測站對氣象要素、沙丘形態、風沙活動規律等進行觀測，項目勘測期間可建立典型觀測斷面，對風力狀況、下墊面組成進行定期定位觀測，查明鐵路沿線年最大輸沙量、沿線風力空間分布特征，為防護設計提供依據。

5）建立風沙監測系統，觀測大風攜沙量及其相應的風速風向，得出輸沙量和氣流運動變化之間的關系，查明當地風沙流特點，為鐵路選線設計、防護工程設置提供支撐。

4.2 風沙地區選線原則

1）風沙地區選線應盡量繞避流動沙丘、沙地和對線路影響嚴重的半固定沙丘、沙地，避免大范圍的治沙工程。在大面積風沙地區，無法完全繞避時應以最短距離通過，或在相對低矮沙丘段通過。宜在沙丘邊緣地帶、沙丘中河流兩岸或古河道、沙丘間草灘植被相對好的地段通過，并加強防沙措施。

2）線路走向宜與主導風向平行或呈小角度相交［6］，盡可能不通過沙丘的下風側。路基應采用低填方通過，少設曲線，必須設置時宜采用大半徑曲線。

3）線路盡量從半固定、固定沙丘等危害程度相對輕的地段通過。選擇靠近既有公路，特別是公路既有防沙工程的下風側通過。

4）線路通過半固定沙丘、沙地及戈壁風沙流（危害程度中等～弱）地段，設計縱斷面時應盡量避免不填不挖、半填半挖路基，特別避免設置長、深路塹。應采用路堤形式，路堤高度以3 m為宜［7］。

5）線路走向與對線路危害嚴重的風沙區垂直，受條件限制無法繞避時，優先采用橋梁或隧道的形式通過。橋梁下應設置足夠的凈空，以利風沙通過和清沙機械作業。隧道洞口應盡量與風沙區主導風向垂直。

6）根據沿線的水源情況、植被情況、風沙類型對線路方案進行技術、經濟比較，因地制宜地制定植物防沙和工程防沙措施。

5 不同風沙區段線路通過方案

5.1 流動沙丘段（DK135+500—DK148+850段）

和若鐵路沿東北向分布，危害嚴重的流動沙丘帶大致呈東西向，局部范圍內無法繞避流動沙丘。綜合考慮沙害治理、線路養護維修等因素，以最短線路通過流動沙丘帶。根據地層情況，結合不同工程措施應對沙害的特點，在同一平面中線不同高程設計了三種方案，如圖2所示。

圖2 線路經流動沙丘段方案

1）以橋代路方案

在流動沙丘影響范圍內以橋代路通過，靜態投資4.84 億元。特大橋 1 座，長 8 137 m；涵洞 3 座，總長62.46 m；有砟軌道段落長13.35 km。

2）路基通過方案

在流動沙丘影響范圍內采用路基形式通過，靜態投資4.64 億元。涵洞27 座，總長350.19 m；無砟軌道段落長13.35 km。

3）明洞+路基通過方案

在流動沙丘影響范圍內風沙危害嚴重段落設置明洞，其余地段以路基形式通過，靜態投資4.80 億元。明洞1座，長1 960 m；涵洞23座，總長298.31 m；無砟軌道段落長13.35 km。

以橋代路方案橋梁地段縱斷面高度基本在13 m以上，橋下有較充足過沙空間，利于風沙通過，應對地面及其上部一定高度范圍風沙危害優勢明顯。路基通過方案無砟軌道清沙條件較好，后期通過對路基無砟軌道段開展風沙監測、加強清沙工作，可以減弱沙害影響，但項目建成后路基會成為一道擋沙墻，阻擋風沙的移動和通過，會不斷惡化區域的風沙形態及分布，影響鐵路運營安全。明洞+路基通過方案在明洞段落內通過加強兩端洞口風沙防護可減輕沙害影響，區域內風向N60°E，與線路小角度相交，明洞出口容易積沙且明洞內積沙后清理難度較以橋代路方案、路基通過方案大。

綜上，以橋代路方案雖然投資較多，但應對沙害優勢明顯，對原輸沙通道的影響最小，且有利于后期運營，養護維修工作量小，故本段推薦以橋代路方案。

5.2 車爾臣河以東蘇中農場區段（DK243+200—DK266+500段）

該區段沿線有流動沙丘、沙地。綜合考慮其分布范圍、在建高速公路走向、工程地質水文條件等制定了兩個方案，如圖3所示。

圖3 車爾臣河以東蘇中農場區段經風沙區方案

1）靠近在建高速公路方案

線路自比較起點（DK243+200）引出后與在建高速公路并行，向西南方向走行，局部經風沙嚴重地段，向西跨越車爾臣河至比較終點（DK266+500）。線路長23.30 km，靜態投資5.85 億元。特大橋1 座，長3 363.30 m；中橋4座，總長158.52 m。

2）兩次跨越在建高速公路方案

線路自比較起點引出后上跨在建高速公路后，向西經蘇中農場，再次上跨高速公路，而后向西跨越車爾臣河至比較終點。線路長23.23 km，靜態投資6.23 億元。特大橋 1 座，長 2 930.3 m；大橋 2 座，總長690.3 m；中橋6座，總長308.2 m。

兩次跨越高速公路方案線路經過的不良地質區段主要為半固定沙地，且線路位于農田區邊緣，從風沙地段長度及風沙對線路的影響來看，兩次跨越在建高速公路方案優于靠近在建高速公路方案。

靠近在建高速公路方案線路從車爾臣河以東治沙基地和大蕓基地附近通過。此段雖然風沙危害較為嚴重，但從車爾臣河以東風沙治理情況、水文條件來看，該區段風沙可治理性比較強。當地通過種植肉蓯蓉等已探索出一條創收和防沙雙贏的道路，并且此方案占用農田少，線路平面順直，與在建高速公路無干擾，與兩次跨越在建高速公路方案相比工程投資少3 800萬元。因此，本區段推薦采用靠近在建高速公路方案。

5.3 新月形沙丘鏈段（DK565+900—DK591+500段）

該區段線路長25.6 km，沿線有新月形沙丘鏈及風沙流分布，通過 2009 年 9 月 25 日—2013 年 10 月 30日的衛星遙感圖對該區域風沙活動進行分析，沙丘鏈年移動速度為9.04～11.3 m。

2016年5月在該區域兩處新月形沙丘鏈段設置了風沙移動監測點，2017 年12 月進行了復測，發現該新月形沙丘鏈移動最大距離約17 m。區域內新月形沙丘鏈高3～5 m，局部可達7 m，屬于風沙危害嚴重區域。根據流動沙丘、沙地，風沙流規模及分布范圍，結合現場地形、工程地質水文地質條件等制定了三個方案，如圖4所示。

圖4 DK565+900—DK591+500段經新月形沙丘區方案

1）橋梁通過方案

線路自比較起點（DK565+900）引出后，向西上跨尼雅河，以長17.42 km 特大橋穿過新月形沙丘鏈后，向西至比較終點（DK591+500），橋下凈空約12.5 m。線路長25.60 km，靜態投資8.48 億元。特大橋1 座，長17 417.69 m；大橋2座，總長390.47 m。

2）明洞通過方案

線路自比較起點引出后，向西上跨尼雅河，以長13.48 km 明洞經過新月形沙丘鏈，然后以路基形式向西延伸至比較終點。線路長25.57 km，靜態投資10.42 億元。明洞 1 座，長 13.48 km；特大橋 1 座，長1 224.9 m；大橋2座，總長553.2 m。

3）路基通過方案

線路自比較起點引出后，上跨尼雅河，然后向西以路基方式經過新月形沙丘鏈后至比較終點。為減小道床積沙，減小后期清沙及維護成本，嚴重沙害段采用無砟軌道。線路長25.50 km，靜態投資6.85億元。特大橋1座，長2 598.3 m；大橋2座，總長390.47 m。

從防沙能力來看，明洞通過方案總體防沙能力強，但區域內主風向為S80°W，與線路呈小角度相交，明洞出口易灌沙。路基通過方案以低路堤通過，路堤高度約3 m，區域內沙丘鏈高度一般都大于3 m，且移動速度快、輸沙量大，極易掩埋防護工程及路堤。橋梁通過方案采用全橋通過沙丘鏈段，橋下預留一定凈空，不會產生大面積積沙，因此對線路危害不大。橋梁通過方案工程投資雖然比路基通過方案多1.63億元，但比明洞通過方案少1.94億元。

綜上，以橋梁方式通過沙丘鏈段，橋下預留一定凈空，風沙對線路的危害小，便于維護，運營條件較好，故本段推薦橋梁通過方案。

6 結語

本文根據和若鐵路沿線風沙特點、危害程度、水文地質條件等，總結了和若鐵路風沙防治措施、風沙地區鐵路勘測內容和選線原則。

綜合考慮風沙危害程度、輸沙量、工程地質水文地質條件、風沙的可治理性等因素，分別對三個典型風沙區段線路通過方案進行了比選。建議流動沙丘段采用以橋代路方案，車爾臣河以東蘇中農場區段采用靠近在建高速公路方案，新月形沙丘鏈段采用橋梁通過方案。本文研究方法可為類似風沙地區鐵路選線設計提供借鑒。