風沙地區鐵路減災選線及防沙工程設計原則研究

段榮成,高玉祥

(1.軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院),西安 710043; 2.北京交通大學土木建筑工程學院,北京 100044)

中國是世界上沙漠及沙漠化土地分布面積最廣的國家之一，風沙地區氣候惡劣，地質復雜，風沙危害一直是困擾沙區鐵路建設和運營的主要因素[1-3]。隨著“一帶一路”倡議的深入推進，中西部地區的鐵路網將得到進一步完善，是未來我國鐵路建設的重點區域。然而在西北地區分布有大面積的風沙區，嚴重影響著鐵路的建設及運營，研究風沙鐵路減災選線及防風沙工程設計具有重要的意義。鐵路風沙危害在勘察設計階段就應給予足夠的重視，科學合理地研判風沙危害的范圍及程度，進而實現線路方案及防護體系的優化設計。

學者們對風沙地區鐵路選線相關內容進行了研究。王爭鳴以蘭新高鐵穿越百里風區為例，從線路的選線要點、走向方案和防風措施設計對線路方案進行比選，為類似項目提供了重要參考[4]。賈琦通過分析線路沿線的工程地質條件，明晰了風沙流運動規律，提出了格庫鐵路選線應該注意的問題[5]。鄧明萬分析臨策鐵路胡楊林大面積流動沙丘區風沙流的特征與發展規律，以減弱風沙危害、減小工程投資為原則，選取了沿沙丘活動最弱區域通過的方案[6]。馬云志從技術、經濟、環境和社會政治4個方面，構建了沙漠地區鐵路選線方案模糊綜合評價模型，并以格庫鐵路若羌段線路為例進行方法應用，為風沙區的線路方案優選提供了重要決策方法[7]。王建鵬利用遙感數字技術用時短、精度深、效率高的優勢，動態解譯包銀高鐵沿線風沙地貌，將現代勘測設計技術在高原沙漠區鐵路線路方案設計中進行了研究應用[8]。縱觀學者們的研究可知，內容主要集中在風沙災害識別、風沙鐵路具體案例介紹、線路比選模型的構建上面[9-11]，關于選線原則的研究也多圍繞某個具體工程案例來進行介紹，雖對風沙區選線設計具有一定的參考作用，但普適性方面存在不足。

風沙危害貫穿著沙區鐵路建設、運營的全過程，在設計階段合理選擇線路走向及進行必要的防沙工程設置，對降低工程造價、保證鐵路安全運營是最有效的，也是成本最低的措施。根據風沙流對鐵路線路的影響作用機理，結合地理環境特性，將風沙區域劃分為流沙環境、戈壁大風環境和高寒風沙環境，結合鐵路選線設計理論、災害學理論及風沙物理學理論，分別提出了3種區域的鐵路減災選線及防護工程設置的基本原則，并利用具體案例進行其實踐應用說明，可為今后風沙地區鐵路選線設計提供一定的理論依據和實踐參考。

1 風沙鐵路減災選線及防沙工程設計

1.1 鐵路風沙危害特征分析

風沙流是指含有沙粒的運動氣流，當風吹過松散的沙質地表時，由于風力作用出現沙物質脫離地表進入氣流而被搬運[12]。鐵路是一個布設于地面的大型帶狀三維的空間構造物，當風沙流運動到線路附近時，氣流由于遇阻抬升而導致能量消耗，風速降低，沙粒沉積路基坡腳附近，在后續風的持續作用下，沉積在線路附近的沙粒會出現二次搬運。鐵路風沙危害的形式主要為路基風蝕、道床沙埋、鋼軌磨蝕等，如圖1所示。

圖1 鐵路風沙危害

路基風蝕多發生在風力較大、地表缺乏保護的戈壁大風地區和高寒高海拔地區，被風蝕以后寬度減小、枕木外露，形成坎坷不平的風蝕坡面，嚴重威脅列車運行安全性。道床積沙則是沙粒沉積在軌道上，進入道床、掩埋鋼軌，充斥在道砟間的沙粒降低了道床的減震、排水性能，增大了列車通過時輪軌間的動力響應，多發生于流沙地區、戈壁風沙流地區。風沙流還會磨蝕電線桿、接觸網、鋼軌及通信設施，降低了設備工作穩定性。

1.2 特征風沙區域環境劃分

沙漠地區的特點是沙源極為豐富，降雨稀少、風沙天氣多，極易發生風沙流活動，風沙災害防治的關鍵是控制流沙運動。戈壁大風地區風力強勁，列車特別是高速列車有被大風吹翻的可能性，因而風害是制約該區域內鐵路建設的主要因素。高原地區風沙流的形成過程與低海拔地區的沙漠、戈壁區差異較大，青藏高原的起沙風速低于戈壁風沙地區[13]，脆弱生態環境導致其容易受外界活動的擾動，工程建設時要特別注意環境保護和生態修復。根據風沙物理學原理，結合風沙地區的地理環境特性、風沙流危害強度和鐵路沙害特征，將風沙區域劃分為3種類型，如表1所示。

表1 風沙地區特征環境劃分

1.3 風沙鐵路減災選線總體原則

根據鐵路選線設計的基本理論與方法[14-15]，考慮到風沙流對鐵路危害的主要形式及作用機理，結合風沙地區的氣候條件、地形條件和地質條件，基于防災減災的基本理念，設計的風沙鐵路減災選線流程如圖2所示。

圖2 風沙地區鐵路減災選線流程

線路選線設計時應遵循如下基本原則。

(1)處理好近期與遠景的關系

根據線路功能定位，結合沿線地區的城市發展、區域發展規劃和線路總體規劃，通過綜合研究充分論證比較有價值的方案，找出符合線路使用任務和設計要求的設計方案。

(2)保護生態環境

風沙地區生態環境極為脆弱，鐵路作為布設于地面的三維帶狀空間實體，應遵循“綠色選線”“環保選線”的設計理念，做到減少沿線地區植被破壞和水土流失，盡可能減小鐵路建設對區域生態環境的擾動和破壞。

(3)科學繞避風沙危害嚴重區域

加強對風沙流區域的地質地貌勘察及風沙災害估計，遵循“繞避、預防、減輕”災害的方式，對不同類型風沙危害采取合理的處置措施。線路方案比選時，需從災害程度、工程投資、施工、運維等多角度分析，若長度及費用均增加不多的情況下，盡量選擇繞避方案。

(4)充分利用有利地形

線路盡可能規避大風區域、風沙流嚴重區域，必須穿過風沙段時，要充分利用各種有利地形，將線路盡量選擇在沙害較輕的地帶。

(5)力爭在沙丘有利部位通過

通過風沙流活動較強區域時，由流沙最窄地段通過，為了避免沙丘前移而掩埋鐵路，應將線路設置在沙丘的上風向。盡量從風沙活動較弱的區域穿過，應選擇固定沙地、半固定沙丘區通過，且從半固定沙丘上風向的一側通過。

(6)盡量使線路與主導風向平行

若線路與主導風向相互垂直，在其上風側位置很容易形成積沙，還會使路肩、邊坡受到風蝕，降低線路結構的安全性，故最好選擇兩者呈平行狀態。盡量不設置曲線或者少設置曲線，若由于地形、技術條件限制必須要設置曲線時，采用較大的曲線半徑，且曲線外側應朝主風向。

(7)合理設計平縱斷面

盡量不改變沿線區域的地貌形態，進行縱斷面設計時，盡量避免不填不挖、半填半挖形式的路基、路塹，不出現高路堤、長大深路塹。強風沙流區進行線路布設時，若無法規避沙害，而防護工程規模又較大時，可選擇以橋梁形式徹底解決沙害，但應設置足夠的橋下凈空，避免風沙在橋下堆積。

1.4 鐵路防沙工程設計總體原則

鐵路風沙災害防治工程就是指在線路易受風沙危害的路段，通過設置一定規模的防風沙措施來減小風沙流對鐵路運營的影響，主要措施如圖3所示。

圖3 鐵路風沙災害防治措施

根據鐵路風沙危害的特征、風沙工程的防護原理和鐵路工程的特點[16]，鐵路風沙災害防治工程設計應遵循的原則如下。

(1)堅持風沙防治與環境保護并重。風沙地區生態環境脆弱，鐵路線路作為百年工程，在設計防沙工程時，堅持做到保護區域生態環境，對有植物防護條件地段盡可能設計工程與植物相結合的措施，避免后期反復施工對環境造成影響，工程與生物結合防沙工程如圖4所示。

圖4 工程措施結合生物措施防沙

(2)工程設計科學合理。對于需要進行防風沙保護的路段，進行工程設計時要盡可能將產生線路沙害的區域做到全面防治，在風沙流氣象監測、實地地質調研的基礎上，采用科學合理的防沙體系及規模，以期取得最大的防護效益。

(3)預防為主，防治結合。鐵路作為大型的帶狀空間結構物，穿越風沙危害區的段落往往較長，沙害防治要積極地從產生沙害的原因出發，對已經出現的沙害或由于修建鐵路而可能出現的沙害進行積極主動治理，盡可能做到有備無患。

(4)先易后難，突出重點。鐵路風沙防護工程是一項規模巨大的系統工程，往往需要耗費很大的人力、財力，應該根據線路所處風沙環境的特性，結合線路工程設計，因地制宜，明確防護的總體目標，先易后難，做到沙害嚴重的地段進行重點防治。

(5)系統設計，綜合治理。沙害區域的地質情況復雜，自然條件惡劣，單純使用一種措施很難實現風沙危害的有效治理，需要不同類型的防治措施有機地配合，充分發揮各自的優勢，鐵路風沙“遠阻近固”防護體系示意如圖5所示。

圖5 鐵路兩側遠阻近固防護體系

2 流沙環境鐵路減災選線及防沙工程

2.1 選線主要控制因素及難點分析

沙漠地區氣候干旱，降水少、蒸發量大，植物種類及數量很少，植被覆蓋率低，氣溫日變化非常大，地下水較難被利用，自然條件惡劣[17]。流動沙丘分布范圍廣，內部存在多種類型的沙丘，沙物質極其豐富，在風力作用下風沙流活動頻繁，風沙危害較為嚴重。其中，移動沙丘還隨著時間變化在不斷移動，將線路布設于移動方向下側則會極大地增加防護工程的規模，還會對線路的安全造成嚴重危害，風沙流鐵路構成較大危害的主要為鐵路沙埋、路基風蝕問題。

2.2 線路減災選線總體原則

沙漠地區選線過程中，一方面可基于風沙流監測、影響范圍及危害程度考慮是否繞避沙害區；另一方面根據風沙活動的軌跡判斷線位的合理性，輔助開展工程選線。根據流沙環境的特點，選線應遵循以下原則。

(1)流沙環境鐵路選線過程中，盡量選擇地形相對開闊、沙丘密度不大的區域，利用地勢平坦地區的有利地形進行線路布設，保證線路在沙壟間迎風側的開闊地帶。

(2)線路穿過沙漠地區時，應盡可能選擇如河岸、湖岸、沙漠前沿的固定及半固定沙丘地帶、大山或高地的前緣背風地帶等。穿越沙丘鏈時，要避免直穿大沙丘，選擇從低矮沙丘或者高度較低的埡口處通過。

(3)線路走向宜與當地主導風向平行，若必須要設置曲線，應采用小半徑并盡量將曲線設置為外側朝主風向方向的路堤，高度不宜小于1 m。

(4)盡量將線位選擇在靠近水源、防護材料產地和既有天然防護林帶的背風側，并做到保護線路工程周圍的植被。

(5)遇到高大沙丘時，要盡最大可能利用地形在丘間低地建立下風側路線，保證沙丘迎風坡腳地帶遠離后方沙丘，規避流沙掩埋鐵路，避免路基在雨季遭雨水浸泡而被破壞。

(6)在大面積流沙地帶進行布線時，若由于技術條件限制無法繞避流沙，則必須選擇風沙危害較輕的沙丘邊緣地帶、大山高地前緣背風地帶，選擇施工難度小且易于布設線路的地區進行布線。

2.3 選線實例

格庫鐵路是連接青海省格爾木市和新疆維吾爾自治區庫爾勒市的一條時速120 km的單線電氣化鐵路，沿線地區自然條件差，生態環境脆弱、風沙危害嚴重、地形高差大是影響鐵路建設的三大難題[18]。以格庫鐵路某段的風沙區線路選線為例，設計方案如圖6所示，方案Ⅰ為穿沙壟取直方案，方案Ⅱ為沿公路繞避流動沙壟方案，方案信息見表2。

表2 線路方案工程比選

圖6 格庫鐵路穿越某沙害區線路方案比選

從技術可行性、安全性方面來看，方案Ⅰ線路取直穿過流動沙丘時，考慮到風沙流強度，為了規避道床、軌道積沙，需設約14 km長橋通過沙害區。但是由于地形條件限制，橋下凈空的區間受限坡限制，凈空為3～7 m，根據相關研究成果，橋梁兩側會逐漸出現積沙，從而影響線路的安全運營，沙害問題不能得到徹底解決，線路工程的可靠性差。

方案Ⅱ沿公路繞避流動沙壟，只有一小部分線路位于沙壟邊緣，可采用工程防沙措施進行該區域的風沙防治，其他區段線路離沙害區較遠，且區域主導風向為西北風，沙丘運動方向與線路位置成背離狀態，不會影響到線路的建設及安全運營，工程可靠性較高。且大部分路段距離公路小于5 km，施工養護條件好，對土地荒漠化的影響較小，在修建過程中采取工程和植被相結合的防沙措施后可以有效控制沙害，故推薦方案Ⅱ為最終的線路方案。

2.4 風沙防護工程設計原則

流沙環境中沙源豐富，風沙流活動頻繁，風沙防護工程設計應主要考慮以下幾個方面。

(1)由于流沙地區沙源豐富，風沙量大，因此風沙防護工程應該遵循“以固為主，固阻結合”的防治原則，主要由最外圍高立式柵欄、草方格固沙帶組成，如圖7所示。

圖7 蘆葦方格防沙

(2)在防護體系的最外圍設置與鐵路走向基本平行的高立式柵欄形成前沿阻沙帶，柵欄的寬度、條數可根據風沙流強度確定，可采用HDPE網柵欄、蘆葦柵欄等。

(3)固沙帶由草方格沙障組成，大小為1 m×1 m，寬度由當地的風沙強度決定，若具備灌溉條件，可在草方格沙障的中間栽植植物，逐步提高防沙工程防護能力。

(4)阻沙帶、固沙帶栽植的植物應是適宜于當地環境的植物，對當地的溫度、降水、風況、沙層厚度、地下水等進行了解后，選擇比較容易成活、防沙能力強的植物。

3 戈壁大風環境鐵路減災選線及防沙工程

3.1 選線主要控制因素及難點分析

戈壁風沙地區地表主要以礫石、粗砂覆蓋物為主，由于具有一定的礫石覆蓋度，地表穩定性強，因而起沙風速較高，風沙流中沙粒的含量隨高度上升而下降。由于風速較大，風沙流可帶動顆粒的粒徑大，因此一旦發生戈壁風沙流現象，破壞程度遠高于一般流沙地區。

戈壁地區的風沙流危害主要是大風引起的，氣流遇到路基出現沙粒沉積，當含沙量較高時，迎風側路基坡腳、背風側坡腳具有積沙；若含沙量較低，則迎風側坡腳無積沙，背風側有積沙。部分戈壁地區還分布著很多的大風區域，大風不僅影響著鐵路建設，使軌道積沙、列車停運、限速，嚴重時還有可能造成列車傾覆，對運營列車的安全性及鐵路網的暢通會造成很嚴重的威脅。

3.2 線路減災選線原則

戈壁風沙流對鐵路的危害具有明顯的突發性，容易阻攔但不易徹底治理，根據戈壁地區地理環境與風沙危害特點，鐵路選線應遵循以下原則。

(1)線路走向應順直，盡量與當地主導風向平行，若受到技術條件限制時，則盡可能減小兩者間的夾角，有利于防護工程的設置，減小風沙流對線路工程的危害。

(2)線路與主風向呈大角度相交時，盡量采用低路堤、緩邊坡使部分流沙越過路基進行輸送，一般為1～2.5 m，進而減小路基的風蝕作用，避免采用零斷面或是路塹。

(3)線路經過風沙覆蓋的山地、丘陵地區，鐵路應選在無積沙的戈壁丘陵區域通過或選在山溝中迎風側通過。

(4)線路宜選擇在地表粗化、無流沙、植被發育的戈壁地段通過。結合沿線區域的防風沙規劃，可選擇地下水埋深淺或接近水源的區域，便于后期采用防護林帶防風固沙。

(5)大風地區選線時，應盡可能避開大風區域、強風區域，縮短線路長度。若無法避開大風區時，盡量以短直、大角度穿過大風區域。

(6)在風力較強區域縱斷面設計時，多設路堤，盡可能減少戈壁地區強勁的風沙流對路基的風蝕和路基兩側的坡腳積沙。

3.3 選線實例

蘭新高鐵是蘭州市至烏魯木齊市的一條設計時速250 km的高速鐵路[19]，連接了甘肅省、青海省和新疆維吾爾自治區，是亞歐大陸橋的重要客運通道，正線全長1 776 km。沿線的地形地質條件復雜，風沙危害嚴重，途徑我國著名的五大風區，大風地區線路長度約占總里程的1/3，線路地理位置及沿線的風區分布如圖8所示。

圖8 蘭新高鐵及沿線風區分布

蘭新高鐵在三十里風區起訖里程分別為DK1656+000、DK1746+227，由于其位于天山山口[20]。受下坡地形和狹管效應的共同作用，具有風季長、風速高、風區長的特點，冬季、夏季風力可達6～13級，最大風速40 m/s，每年8級以上大風天數超過150 d。

根據各類型風速、風頻、沿線地理環境及其災害特征等，對蘭新高鐵沿線的大風區域按表3劃分。

表3 風災影響程度劃分

線路前進時需要翻越天山山脈，線路設計受地形、地質條件的制約很大，縱斷面設計中，為了減小防風工程設置進而節約工程投資，以低填方、路塹為主，用足最大坡度，80%以上段落均為足坡段落。考慮到大風對鐵路建設及運營的影響，還將縱斷面設計與風沙防護工程設置充分結合，在限制坡度允許的地段采用了低路堤、深路塹和低高度橋梁的結構形式，有效地節約了防風工程投資，該區段共設計橋梁19.415 km(26座)，隧道2座(2.738 km)。

3.4 風沙防護工程設計原則

戈壁風沙地區的風沙流作用強勁，嚴重影響列車運營安全，區域內風沙防治工程按其作用主要可分為2種類型：一種是防沙，另外一種則主要是防風[21]。防沙工程主要有阻沙堤、高立式蘆葦柵欄、高立式HDPE板、HDPE網、具有一定孔隙率的混凝土結構柵欄等，如圖9所示。

圖9 高立式阻沙工程

線路防風工程主要為設置于路基上的混凝土結構擋風墻，并具有一定的防沙作用，結構形式可分為懸臂式、扶臂式、柱版式等。防風明洞是一種封閉式防風沙結構，通過在路基上方修建如圖10所示的混凝土結構，將列車的行車環境與外界風沙流環境隔離開，進而避免風沙流對列車及線路造成危害。

圖10 蘭新高鐵防風工程

(1)戈壁風沙流地區沙害防治應該遵循“預防為主、防治結合”的原則，從預防入手，由于礫石戈壁已形成較為穩定的保護面，在施工過程中應做到最大程度的保護，避免隨意開挖地面、堆填填料而形成新的沙源。

(2)防護類型應根據風沙活動類型、風速分布及頻率特征、輸沙量、地形地貌、危害程度和防護材料性質等綜合確定，盡量采取植物防沙與工程措施相結合的方式。

(3)在具備水源條件和栽種植物地段，以生物防沙為主；在風沙流危害嚴重、地下水埋深大、植物存活困難的無植物條件路段采用工程防沙措施，起到防風固沙的綜合效果。

(4)防沙材料、栽植植物應結合當地條件，做到就地取材、因地制宜，選擇生長好、防沙能力強的當地沙生植物。

4 高寒風沙環境鐵路減災選線及防沙工程

4.1 選線主要控制因素及難點分析

高寒高海拔地區年平均氣溫低，晝夜溫差大，大氣透明度高，太陽輻射強烈，再加上大陸性氣候的作用，冬季寒冷干燥、風多水少。降水主要集中在夏季，大風日數多，具有明顯的風旱同季現象。

高寒高海拔地區河流、湖盆廣泛分布，特別是冬季凍融循環作用明顯，在河湖周圍形成了大量的沙粒松散物質，為風沙流提供了豐富的物質基礎。而大風日數較多，強勁的風力為風沙流活動提供了豐富的風動力環境，風沙危害嚴重。由于具有“風旱同季”的特征，夏季降水多，植被生長較好，風沙危害主要發生在冬季。

凍土分布范圍廣，加上全球氣候逐漸變暖的影響，凍土退化趨勢明顯，部分區域地表物質離散分解，加劇了風沙活動的強度。惡劣的氣候條件使青藏高原布滿了類似戈壁的風蝕沙粒石灘地，地表生態環境脆弱，微小的擾動就可能改變地理環境的平衡狀態，從而加劇地表的沙化過程。

4.2 線路減災選線原則

高寒高海拔地區地形地質復雜，生態環境極為脆弱，線路選線過程中要遵循以下原則。

(1)充分了解修路地區的筑路材料，根據控制點對線路進行優化布置的過程中，盡量離原材料、水源較近，減小材料運輸的距離和對生態環境破壞。

(2)高原地區河流縱橫，夏季雨水充沛季節河流泥沙量較大，容易出現改道，橋梁、涵洞應選擇河道穩定、平直的地段，在部分區域采取有針對性的護岸工程措施。

(3)考慮到高原地區的生態環境脆弱問題，應盡量保證鐵路沿線的生態效益，兼顧環境變遷問題，保護沿線地區的土地資源、水源地及野生動植物。

(4)在選線過程中，秉承“寧填勿挖、減少擾動”的原則，盡量保持原地面地貌狀況，減少填挖工程與防護工程量，保護生態環境和降低工程造價。

(5)高寒高海拔地區通常不發達，而鐵路建設又需要一定的施工便道，為了盡可能利用地形，減少鐵路及施工便道帶來的環境破壞，在處理好與既有交通的關系時可將線路盡可能布設于交通走廊內。

4.3 選線實例

青藏鐵路是連接青海省西寧市和西藏自治區拉薩市的一條高原鐵路[22]，也是內地通往西藏的第一條鐵路，全長1 956 km，其中海拔大于4 000 m的路段為960 km，線路地理位置如圖11所示。

圖11 青藏鐵路地理位置

鐵路沿線地區自然條件惡劣，生態環境脆弱，是我國生態環境最脆弱的地區之一，沙質戈壁、沙化草地、干河床/湖盆廣泛分布。降水集中，雨季主要集中在6～9月，冬春季節地表植被覆蓋度低，也是大風的多發季節，凍融風蝕交互作用明顯，粗粒碎屑物被大量分解為沙粒，為風沙活動形成提供了大量的物質基礎。沿線地區的降水、風速情況如圖12所示。

圖12 青藏鐵路沿線站點多年風速與降水

青藏鐵路在設計及建設初期就將生態環境保護放在首位，力求達到工程建設與環境保護的有效統一，線路完全避開了自然保護區核心區，基本避開了試驗區。在線路行經可可西里等國家級自然保護區時，通過對線路方案的多次比選，采用了對自然影響及景觀隔離最小的線位。

由于獨特的氣候條件，植被生長緩慢，破壞后難以恢復。在平面定線及縱、橫斷面設計中，充分考慮工程建設對植被保護、水土保持的影響，線路盡量避開了面積較大的濕地，不破壞野生動物生存環境。且線路盡量不要遠離青藏公路，以避免鐵路、公路對高原生態環境雙重切割造成破壞。

線路沿線地貌具有山脈、河湖盆地、寬谷等主要特征，在長期凍融循環的作用下，在河流與湖泊灘地、洪積扇及山麓地帶存在著碎石、沙粒等松散物質，是主要的沙源。線路在這些區域設計時充分考慮了沙害對線路工程運營的影響，對可能發生嚴重沙害地區的線路方案論證比選。

平面設計中優先選用了≥1 200 m的曲線半徑，減小800 m最小曲線半徑使用，曲線半徑≥1 200 m的路段約占到全線的1/4。在風沙地段，經過風洞試驗和數值模擬，確定了合理的路基形式及高度，避免了地表的高填深挖，從而有效地保護了植被、土地被沙化。

4.4 風沙防護工程設計原則

青藏鐵路沿線受風沙災害威脅路段長約269.7 km，占全路段的23.62%。其中，嚴重沙害路段10.3 km，中度沙害路段49.8 km，輕度沙害路段209.5 km。嚴重和中度沙害路段主要分布在紅梁河、秀水河、北麓河、扎加藏布及錯那湖等地[23]。

鐵路風沙防護工程的效果會隨著時間推移逐漸降低，高原地區生態環境脆弱，反復的防沙工程布置不利于生態環境的保護。根據對風沙活動規律、沙害空間分布及其特征、自然環境特性的分析，從工程建設及環境保護可持續角度看，高寒高海拔地區的鐵路風沙災害防治工程應該遵循以下原則。

(1)考慮到高原地區脆弱的生態環境，著重生態環境保護、恢復植被的原則，在實現防護目標的同時盡可能地保護沿線生態環境，逐步建立“以生物措施為主、機械措施為輔”的綜合防沙體系。

(2)在防護體系的最外緣設置高立式沙障盡可能地阻攔沙源，高立式沙障可采用HDPE網、混凝土掛(插)板式擋沙墻，如圖13所示。

圖13 阻沙帶高立式沙障

(3)在阻沙帶內側布設固沙帶，考慮到高原地區的環境特性，固沙帶應布置耐久性好一點的材料，故以礫石方格、碎石方格來對流沙進行穩定，減少線路兩側區域的就地起沙現象，如圖14所示。

圖14 固沙帶石方格、碎石壓沙

(4)隨著風沙流的持續作用，阻沙帶周圍、固沙帶內部的積沙超過一定量時，防護工程的作用會大大減弱。因此，在有植物栽培條件的區域，可以選擇適宜當地氣候、環境的植物，先期利用防護工程的保護作用構建植物成長的環境，后期逐步建立起以生物措施為主的防護體系。

5 結論

(1)不同環境下風沙流的特征及危害形式具有明顯的差異性，只有將不同屬性的風沙區分類，針對性地提出適用于各類區域的設計原則、方法，才能更準確科學地指導風沙鐵路及防沙工程的建設。

(2)通過研究風沙流對鐵路工程的影響機理及危害形式，將風沙地區分類為流沙環境、戈壁大風環境和高寒風沙環境，基于災害學理論和線路設計要求，提出了各環境下風沙鐵路減災選線及防沙工程設計的基本原則。

(3)結合具體的風沙鐵路選線實例，從風沙危害、線路走向、平縱斷面設計和環境影響等方面出發，綜合分析了基本原則在實際線路中的應用，可為今后風沙地區鐵路減災選線及防風沙工程設計提供一定的理論依據和實踐參考。