临河至策克铁路防风治沙措施设计方案初步研究

临河至策克铁路防风治沙措施设计方案初步研究李成，周学军（铁道第一勘察设计院，陕西西安 710043）摘要：临河至策克规划铁路沿途经过著名的巴丹吉林、乌兰布和两大沙漠。

在沙漠地区修建铁路，一方面沙漠地区的自然条件十分恶劣，同时又有一些有利因素，如地形开阔、坡度平缓、河流稀少、不占农田等。

在铁路规划初步选线过程中，依据修建风沙地区铁路工程的实践经验，以及风沙地区铁路选线设计原则，绕避对铁路危害较大的戈壁风沙流、大风区风沙流及高大流动沙丘，使铁路沙害减轻到最小程度。

鉴于本线建成初期的运营状况，在保证运营安全的前提下，减少初期投资，待铁路建成运营后，结合我国沙漠综合治理措施，在工程治沙防护的基础上，分步骤实施植物固沙，从根本上解决铁路沙害问题。

关键词：沙漠铁路；防沙工程；方案；研究1、沿线风沙概况及其特征临河至策克规划铁路沿途经过著名的巴丹吉林、乌兰布和两大沙漠。

巴丹吉林沙漠以高陡著称，绝大部分为复合沙山，相对高度从外缘的5～20米，向内逐渐增高到200～400米，最高达500米，高大沙山互不连接，峻峭陡立，巍巍壮观。

乌兰布和沙漠多为新月形流动或半流动沙丘链，高10～200米。

铁路主要通过沙漠的北部，以风成砂的沙漠区和戈壁滩地为主，按其特征可分为沙漠地区和戈壁风沙流地区两大类。

自太阳庙一带起至瓦窑，铁路行进于乌兰布和沙漠北缘，经过地段以半固定沙丘和生长白茨灌丛的固定沙丘为主，高1～3米。

沙垄间有古河床洼地，沙漠地区路段长约40～50千米，其余在戈壁风沙流地区。

狼山北麓至八道桥段，铁路行进于雅玛雷克沙漠和巴丹吉林沙漠北部边缘地带，最近处距沙漠2～5千米，其间多为固定沙丘、半固定沙丘、沙地和戈壁滩，植被以白茨灌丛为主。

图克木附近铁路穿越局部新月形流动沙丘边缘。

其风沙物质主要为粉、细砂及黏砂土。

由于人为破坏、过度放牧、樵采和不合理的挖掘、开垦等，见风即就地起沙。

其中除图克木至图克木庙、呼和扎干至苏红图、天鹅湖至进素土海子等段属沙漠地区外，其余地段多属戈壁风沙流地区。

K590千米一带为风蚀地貌，可见风蚀洼地、风蚀残丘以及风蚀沟槽。

风蚀残丘间距1～20米不等，高度一般小于1米，迎风侧凹而陡，背风侧凸而缓。

在风蚀沟槽中多见一些风积沙沉积。

2. 借鉴风沙地区铁路工程的实践经验我国分布有大面积的沙漠，茫茫黄沙，广袤千里，自古以来就是交通筑路工程建设事业上的巨大障碍。

近半个世纪以来，一条条铁路大动脉伸向沙区，由于沙漠地区气候干旱，风沙活动频繁，给铁路建设带来很大困难，因此防风治沙工程早已成为铁路建设中的一个重大课题。

根据50多年来的勘测设计及工程实践经验，在沙漠地区修建铁路具有两重性，一方面沙漠地区的自然条件十分恶劣，给修筑铁路带来很大困难，同时又具有一些有利因素，如地形开阔、坡度平缓、河流稀少、不占农田等，因此在进行铁路勘测设计时，既要排除不利因素，又要充分利用有利地形，从大范围调查入手，收集有关风沙资料，针对具体情况提出各种可行的绕避和通过方案，并对通过方案提出切实可行的防风治沙措施；对影响运营安全、治理困难的严重沙丘地段，要以绕避为主，要因地制宜，扬长避短，将线路选择在固定沙丘、半固定沙丘、丘间低地和戈壁、岛山等地，尽量利用山前潜水溢出带和沙漠中的河流和古河床，并顺应自然地形，避免长段挖方，减少转向角度和采用较大曲线半径，使线路通过流沙地段最短，线路顺直和工程量相对较少。

根据我国已建成的沙漠铁路的自然特征，主要有以下几种类型的工程经验。

2.1. 铁路通过河流和古河道沙漠地区的水系一般具有稀少、短促和间隙性的特点。

河流和古河床均分布有较厚的砂砾层或砂层，为地下水的储存提供了有利条件。

由于河流两岸地下水位高，植物生长较好，沙丘多处于固定状态，且坡度平缓；修筑铁路可就地取得粘土、砾石等材料，是线路走行的理想位置。

已建成运营的包兰铁路中卫至干塘段，线路通过腾格里沙漠东南缘，四次跨越流沙，累计长达40千米。

在选线过程中，充分利用有利地形，绕避严重流沙地段，将线路选择在黄河岸缘、山前洼地、古河床和沙漠边缘地带。

线路紧贴黄河岸沿，不仅减少了线路背风侧防护宽度，而且可利用黄河水灌溉造林进行治沙。

由孟家湾向西，线路沿山前槽形洼地通过，有若干泉水出露，汇成细流，洼地宽0.5～0.8千米，沙地在地表径流和潜水的浸润下，柠条、油蒿生长茂盛，有效地阻止了流沙的前移，成为流沙分布的边界，充分利用了地面开阔无积沙的有利地形迂回展线。

一碗泉地区，线路多次跨过宽约0.7千米的干河谷，在谷地范围内常见到古老冲积物组成的残丘，高约3～5米，这里仅分布有零星新月形沙丘，大部分为长有植物的半固定、固定沙丘，给修筑铁路提供了理想的位置。

神木至朔县铁路大柳塔至孤山段，通过毛乌素沙地的东南缘，线路沿乌兰木伦河、悖牛川、黄羊城沟、新城川等常年流水河迂回前进。

乌兰木伦河为宽浅的“U”形河谷，沿岸多有一、二级阶地；黄羊城沟、新城川为沟深坡陡的“V”型河谷，两岸横坡为25°～ 40°，表层覆盖有大面积的松散沙层，多沿河床成带状分布。

沿河两岸以低矮沙丘或波状沙地为特色，厚达5～15米，原有岸坡及阶地轮廓不明显，线路累计通过沙地长达40千米。

沿河谷线路，选择地形平缓、流沙较少的一侧通过，可藉水流的阻沙作用，将线路设置在背风面。

该段线路五跨黄羊城沟，二跨乌兰木伦河，主要是从防沙观点考虑的。

当遇到宽敞的“U”型河谷地段，将线路设置在一、二级阶地上，不但工程简易，而且有利于防沙。

在陡坡的“V”型河谷地段，线路走在积沙的斜坡上，为防止流沙顺基岩下滑，避免采用半填半挖断面形式，用填方或挖方通过，以确保路基的稳定。

另外值得一提的是：这里自然条件较我国西部沙漠为优越，在历史上曾经是肥沃的草原，后来严重的沙漠化，正是过去滥垦、滥牧等掠夺性生产的结果；因此在选线时就要预测沿线沙漠化发生的可能，线路除避开正在发展中沙漠化地段外，对潜在沙漠化地段也要给予充分的注意，对沙地要采取相应防治措施；因脆弱的生态系统，一经施工破坏，就会导致流沙的发生。

吉兰泰支线通过乌兰布和沙漠的西南缘，境内无常年水流，只有间隙性的河沟。

该线通过沙漠地段达80千米，以本井至塔兰乌苏段最为严重。

勘测阶段，由铁道第一勘察设计院邀请中科院沙漠所共同踏勘，选有中、东、西三个线路方案。

西线方案通过沙漠的自然条件较好，但比东线长16.40千米，比中线长10.27千米，而且施工开挖和任意放牧引起的沙漠化难以解决，故未予采用。

东线方案线路最短，较中线短6.13千米，河谷平原开阔，干河床水位条件好，有利于固沙造林。

当时选用中线方案，是考虑到有公路可通，施工便利，同时认为线路西侧有高大沙丘可作屏障，忽略了大风时高大沙丘上风沙流的活动，能提供大量沙源，加之施工、运营过程中未予重视，未采取相应的防护措施，通车以来沙害十分严重。

因此，选线时对这类沙丘应尽量绕避。

2.2. 铁路通过山前平原潜水溢出带沙地我国沙漠大都位于内陆盆地和山前倾斜平原，由于地貌条件和疏松砂砾沉积物可以汇集和贮存地下水。

当高山降水和融化的雪水流出山口后，沿着砂砾层向下渗入底层，到达洪积扇前缘即溢出地表。

在柴达木盆地边缘、塔克拉玛干沙漠和腾格里沙漠南缘，都分布有一条断续的潜水溢出带。

植物生长较好，多属半固定、固定沙丘，加之地形开阔、坡度平缓，给修筑铁路提供了有利条件。

这里土壤、水分条件较好，又是沿线居民生活和进行生产活动的场所，由于小农经济的土地利用，任意破坏植被，容易导致流沙形成。

六十年代初建成的干塘至武威铁路，线路沿长岭山山前平原走行，位于腾格里沙漠的西南边缘。

水系为内陆型季节性河流，较大的有马家磨河、大靖河、旱石河等，均发源于长岭山北麓，流经沙漠边缘即消失，在潜水溢出带和受洪水漫灌的丘间低地，白茨、沙蒿、芨芨草、苦豆子等生长茂盛，覆盖度达30～40％，其中苦豆子分布范围为夏季洪水泛滥线。

沙漠集中在大咀子至土门子一段，长约70千米，为固定、半固定沙丘与流动沙丘相间分布，在一些大型丘间低地，全为植物固定。

流沙以新月型沙丘链为主，高3～10米。

据铁道第一勘察设计院元庄子沙漠观测站资料，沙丘活动性不大，年前移值为0.5～0.8米。

选线时充分利用上述沙漠分布特点，沿沙漠边缘，力求在半固定、固定沙丘和沙丘间低地设置线路，使通过流沙的地段最短。

自1961年通车以来，不但原有植被起到了良好的固沙作用，而且在流沙上设置草方格沙障后，一些乡土树种也自然繁殖起来。

另外使线路靠近卵砾石及粘性土产地，以节约工程投资，并将石峡子、黑冲滩等车站设置在风沙轻微的地段，这些都收到了良好的效果。

2.3. 铁路通过具有局部流沙，主要以半固定、固定沙地为主的类型在东北地区西部及内蒙东部的沙地，大部分位于半干旱地区的干草原带，铁路穿过沙漠的自然条件较好，以半固定、固定沙丘居多，流沙呈斑点状分布。

该地区降水较多，沙地面积较小、分布零散，沙丘形态以梁窝状沙丘及沙垄为主。

由于该地区河流经常泛滥改道，形成以坨、甸、泡相间的自然景观。

风沙危害的主要形式是人为破坏植被而引起沙漠化造成流沙再起埋压线路。

京通铁路是我国东北与关内联系的第二条干线，其中赤峰至通辽段通过科尔沁沙地。

根据上述特点，选线时曾考虑了以下几点：利用沙漠中的河流和古河道，将线路选择在河流下风侧的甸子地通过，利用甸子地作为天然防沙屏障；线路尽量通过半固定、固定沙丘地段，避免大填大挖，防止大量取土破坏植被，造成新的沙源。

2.4. 铁路通过具有风成沙覆盖的山地丘陵研究山地前缘风沙分布规律，对修建铁路有着重要的意义。

我国沙漠大都位于盆地地形或山前平原，由于周围山体的屏障作用，影响着沙漠地貌的形成和发展，往往在山前形成一个涡动带，所以山前沙漠的分布界线，与山地有着一定距离，其远近随山体的高度、坡度和与风向交角大小而定，如包兰线、干武线经过腾格里沙漠南缘，距贺兰山、长岭山山麓有的地段达几千米至二、三十千米。

当主导风向与山体走向平行或接近平行时，运行的气流不能产生回流，往往在某些山前洪积扇阶地和山坡上堆积有范围不一的沙丘带，如青藏线西宁至格尔木段，在乌兰盆地北侧山坡上分布有带状沙丘，属于山地积沙类型。

山地积沙有着本身的特殊性和复杂性，但由于沙源供应有限，风沙活动有分散与集中的特点，以及其风向单一，且与线路大致平行等有利的一面。

根据上述风沙特点，在选线方面的经验是：根据山地风沙活动有分散和集中的特点，显示出沙带部位风沙活动强度大、频率高；沙带间的空隙带则活动小、频率低；因此线路位置应最大限度地选择在沙带间的空隙带，并使线路顺直和平行于主导风方向，以避免或减轻风沙对铁路的危害；在山地丘陵，由于局部地形的影响，使得气流运动加快或变慢；与主导风向平行的风沙带或垭口附近，为风沙流强烈活动带，线路应设法避开。