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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)1211km，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。

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(méi)有明顯的風(fēng)蝕現(xiàn)象，也沒(méi)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(408km)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(40km)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(260km)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1000km，南北寬約500km，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50m，沙粒極細(xì)，起沙風(fēng)速僅為3m/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30m，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30～40km，開(kāi)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1～4km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3m。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500m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(kāi)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)30km，寬10km，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(jiàn)圖2。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)7.5km、高52m的特大高橋，工程明顯不合理?？拷鼒嚎谔幱幸婚L(zhǎng)寬高為1500m×120m×15m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(méi)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)300m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。