库尔勒至格尔木铁路风沙地区选线

冯德泉

(中铁第一勘察设计院集团，陕西西安 710043)

库尔勒至格尔木铁路风沙地区选线

冯德泉

(中铁第一勘察设计院集团，陕西西安 710043)

库格铁路沿线风沙发育，影响铁路运营安全，在线路设计中做好选线工作，为铁路长期安全运营创造良好条件。本文从铁路选线需求出发，突破了只把风沙地貌划分为风蚀区和风沙堆积区的限制，首次提出将风沙地区按风沙形态划为风蚀区、风沙流区和风沙堆积区3个区域，分析了3个区域的风沙活动规律，归纳总结了3个区域内铁路不同的选线原则、工程防沙方式，并以库格铁路风沙选线为实例进行分析说明。以3个风沙形态区域为基础，确定铁路选线原则，很好地指导了库格铁路风沙地段选线，并可为其它风沙地区铁路项目和设计标准修订提供参考。

风沙地区 风沙形态 铁路选线

1 库格铁路概况

库尔勒至格尔木铁路(简称“库格铁路”，原称“青新铁路”)东起青海西部重镇格尔木，西抵南疆地区门户库尔勒，全长1 211 km，为客货共线的区域路网干线，是新疆南疆地区通往祖国内地一条便捷通道，它的建设将改变内地与新疆“千里一线牵”的单一路网结构，具有十分重要的战略意义[1]。2010年至2011年进行了第三次全线初测，并完成可行性研究报告。

库格铁路穿越了柴达木盆地、阿尔金山低中山区和塔里木盆地三个一级地貌单元，地势总体中间高，两端低。沿线生态环境脆弱，地形地貌多样，工程地质条件复杂，不良地质现象和特殊岩土种类多。不良地质现象主要有风沙、泥石流、地震液化、危岩和落石等，特殊岩土主要有盐渍土、含盐地层、软土等。在各类不良地质现象中，风沙范围广对铁路选线的影响最大，因此本文主要介绍分析库格铁路风沙地区选线情况，库格铁路线路平面示意如图1。

图1 库格铁路线路走向示意

2 风沙地区区域划分

风沙地区地貌通常划分为风蚀地貌和风沙堆积地貌[2]，但在工程实践中，这一简单的地貌划分并不能用于指导工程设计。因为处于风蚀区与风积区之间的地带既没有明显的风蚀现象，也没有风沙堆积，但地表风沙流肆虐，风沙流现象既不同于风蚀，也不同于风沙堆积，其对铁路工程的危害也十分严重。

从库格铁路选线和设计经验出发，笔者提出风沙地区可按照风沙形态划分，划分为风蚀区、风沙流区和风沙堆积区三个区域。当然这三个区域并不是完全孤立的，无论是风蚀区还是风积区都有风沙流现象，只不过风蚀区对工程的危害主要表现为风蚀，由于风力强劲，无风沙堆积现象，风沙对工程的影响较小;风沙流区基本无风蚀或风积现象，以风沙流危害为主;风积区风沙流逐渐减弱，主要以风沙堆积和沙丘移动危害为主。

三个区域界限尽管很难精确划分，但定性的轮廓性划分容易实现。以三个区域划分为基础确定的铁路选线原则，用于指导工程设计，概念清晰明了，便于铁路选线和工程防护措施的设置，具有重要的实际应用价值。当然由于地形地貌、风力、风向、沙源等原因，同一区域内的风沙形态也可能有很大的差别，在工点设计中还需在三个区域划分的基础上对该处风沙特征进行细化，采取有针对性的工程措施。

3 沿线风沙分布及区域划分

库格铁路受风沙影响地段大致可分为三个段落，分别是格尔木至油砂山、先锋至台特玛湖、罗布庄至群克尔。

格尔木至油砂山段(408 km)位于柴达木盆地南缘、昆仑山北麓，属山前冲洪积倾斜平原，甘森至大乌斯段为低山丘陵区。柴达木盆地为干旱和半干旱的气候，植被稀少，岩石裸露，第四纪松散沉积物广泛堆积，由于气候变化等影响形成大片沙源地[3]。盆地主导风向为W、N50°W，风速大，大风期长，地表物质受风的吹蚀向东南部漂移，在昆仑山脉的阻挡下风速降低，沙粒逐渐沉积下来，在山北麓形成了一条长达数百公里断续分布、宽窄不同的风沙堆积带，呈半固定、流动沙地以及孤丘、沙丘链、沙垄等多种形态，个别地段形成小规模的沙漠。

本段线路宏观走向与主导风向夹角约为20°，线路主要从盆地盐湖与风沙堆积带之间通过，格尔木至茫崖湖为山前冲洪积倾斜平原，地表均以砾石、碎石为主，处于分流沙区末端，个别地段线路需要绕避风沙堆积区;茫崖湖至油砂山为低山丘陵区，属于中等强度的风沙堆积区。

先锋至台特玛湖段(40 km)位于塔里木盆地东南缘、阿尔金山北麓，属于山前冲洪积倾斜平原，地势低洼平坦，地表为冲洪积粉土，植被稀少;线路基本为南北走向，主导风向N50°～70°E，强风裹挟着黄沙从地表掠过，但地表基本无风沙堆积现象，是典型的风沙流区。沙源为东北方向的库鲁克沙漠，风沙堆积区为瓦石峡以西的阿尔金山北麓。

罗布庄至群克尔段(260 km)位于塔里木盆地中部，从塔克拉玛干沙漠与库鲁克沙漠之间的塔河下游绿洲带穿过，线路走向为N30°～80°W。

塔河西南侧为塔克拉玛干沙漠，是我国最大、世界第二大沙漠，东西长约1 000 km，南北宽约500 km，整个沙漠风沙活动十分频繁而剧烈，流动沙丘占85%以上，新月形沙丘及新月形沙丘链遍布，沙丘高度大于50 m，沙粒极细，起沙风速仅为3 m/s[4]。塔河东北侧为库鲁克沙漠，沙源来自其东北方向的罗布泊四周，塔里木河附近风沙运动活跃，多为新月形沙丘链，沙丘最高30 m，直接威胁塔河绿色走廊[5]。

生长着胡杨、红柳等乔灌木的塔里木河下游绿色走廊，阻止了塔克拉玛干沙漠与库鲁克沙漠的汇合[6]。群克尔至阿拉干段走廊带为30～40 km，开垦大面积农田，驻有4个农垦兵团;近40年来，由于塔河大西海子以下断流，地下水位大幅度下降，河岸天然胡杨林植被大面积衰败，林间沙地活化，尤其是阿拉干至台特玛湖段绿色走廊基本消失，塔河两岸胡杨林大片死亡，退化为宽度仅为1～4 km的半固定沙地带，已无人烟[5]。

该段主导风向为E、EN，塔河北岸受库鲁克沙漠的西移影响，为风沙堆积区;塔河南岸由于得到塔河绿色走廊保护，风积沙危害较小，主要以风蚀为主，可划分为风蚀区，但部分地段有塔克拉玛干沙漠延伸出或残留的活动及半固定沙丘。

4 风沙地区铁路选线原则

4.1 风蚀区选线原则

风蚀区主要特征为吹蚀，处理较易，是铁路通过的有利地段。铁路经过风蚀区，应尽量减小与主导风向的交叉角度，交叉角度大时应适当放缓路基边坡，使路基与天然地形相适应;尽量降低路基高度以减轻风蚀影响;采用就地取材、因地适宜的方式加强路肩、路基坡面防护，避免风蚀破坏。

风蚀区铁路除防风蚀外，一般不需风沙防护。但在风蚀区与风沙流区交接地带，由于铁路工程实施后自然地貌的变化，路基个别部位也可能会产生积沙现象，应予以重视。

4.2 风流沙区选线原则

风沙流区原地貌一般不会积沙，但由于铁路工程使自然地貌发生显著变化，改变了风沙流运行状态，如不采取措施，势必在路基坡脚、道心等低凹处积沙，造成铁路病害。因此，在风流沙区选线应遵循以下原则:

1)线路应尽量与主导风向平行，必须穿越时应以小角度交叉，以减小主导风向上地形剧烈变化，减轻路基积沙危害;线路如以较大角度穿越风沙流区，宜放缓路基边坡坡率[7]。

2)在曲线地段宜采用大半径，尽可能把曲线外侧朝主风向，以减轻沙害。避免将曲线内侧朝主导风向，由于导向作用使风沙流汇聚一处，容易形成沙害。

3)线路尽量避免低路堤、浅路堑和不填不挖路基，这些地段挡御风沙的能力低，一次偶发的大风暴就有可能掩埋线路。因此，路基应采用路堤形式，高度通常应不小于3 m。

4)线路走向与强风沙流交叉时，可选择风沙流集中的风口地段以桥梁形式垂直于主导风向通过，彻底解决风沙流对铁路的危害，桥梁应设置足够净空。

5)小桥涵应适当增大孔径，抬高净空，以避免积沙堵塞桥涵孔洞。

6)取弃土场应选择在主导风向下风侧，远离线路500 m以外。

7)应尽量将车站设在流沙较少的地区，将站房、住宅等建筑物布在背风处，以减少积沙的危害，当无可靠防沙、治沙措施时，尽量不在风沙地区设置大型车站。

在风沙流区，除植物防沙以外，固、阻、输、导等几种工程防沙措施亦均可以根据风沙不同情况单独或综合运用[8]。

4.3 风沙堆积区选线原则

4.3.1 半固定沙丘、沙地地段

1)线路应优先选择在地形开阔平坦的沙地，其次为较低矮的沙丘，应尽量避免频繁穿梭于高大沙丘之间。

2)线路应尽量通过植被较好，基本稳定的固定沙丘、沙地;如局部地段有活动沙丘，应予绕避。

3)沙丘中的河流两岸、湖盆草滩、古河道地形平缓，地下水水位较高，易于植物生长，有利于固沙治沙，应优先选择通过。

4)半固定沙丘地区植被生态十分脆弱，一旦破坏极难恢复，工程设计、施工过程应保护好主体工程周边的植被，避免破坏。

4.3.2 活动沙丘地段

线路应尽量绕避活动沙丘地带，选择在固定、半固定沙丘，如不能绕避必须穿过活动沙丘时，应尽量利用在以下有利地段通过:

1)在活动沙丘连绵不断的地区，应尽量选择低矮沙丘通过，避免直穿大沙丘。

2)线路宜选择在风力较小、沙丘活动能力弱、沙害较轻的活动沙丘边缘地带通过。

3)线路通过活动性强的沙丘时，宜将线路选在沙丘的上风侧，尽可能不通过沙丘的下风侧，避免沙体移动掩埋铁路。通过活动性较弱的沙丘，有充分依据时可从其侧后方较远处通过。

4)风沙覆盖的山地、丘陵区选线，如遇风积沙带，宜选在沙带间的丘陵地通过，不宜穿越沙带。如条件限制必须穿越时，宜在沙带最窄部位，以路堤正交通过;如沙带与线路走向平行无法绕避时，优先采用桥梁或隧道的形式通过。

风沙堆积区的铁路风沙防护，植物固沙虽然效果最好，但通常因水源缺乏而难以实施。由于沙粒动能低，输沙、导沙方式也无法适用，因此一般采用工程阻沙、固沙的方式[9]。

5 库格铁路风沙选线实例

格尔木至甘森的风沙地段，线路基本走行于风沙流区末端和风沙堆积区前缘，线路与主导风向夹角小，轻微地段可不予处理，中等及严重地段需在路基两侧进行阻沙、固沙防护。

甘森至东柴山垭口间分布有规模较大的活动沙垄，长30 km，宽10 km，线路从其前端的风沙流区绕行，并以桥梁形式绕行跨越风沙流区见图2。

图2 以桥梁形式绕行活动沙垄前缘

由于额果顿雅山的阻挡，山前形成了大片的风沙堆积，有的为孤立的沙丘，有的成为纵向沙垄。受坡度和高程控制，线路经过额果顿雅山合理的位置被积沙所覆盖，如从沙丘上风侧绕行将产生长7.5 km、高52 m的特大高桥，工程明显不合理。靠近垭口处有一长宽高为1 500 m×120 m×15 m的纵向沙垄，与主导风向夹角为20°，经现场踏勘分析和新旧资料对比研究，虽然该沙垄规模有所增大，但近32年平面位置没有变化，基本处于稳定状态，综合研究其他沙丘移动发展规律，最终推荐线路从沙垄后侧300 m外通过，并以隧道形式穿越额果顿雅山，彻底避免了积沙对铁路的危害。

苏租克萨依至米兰段风沙堆积区线路绕避沙丘，进行了阻沙、固沙综合防护。先锋至台特玛湖段拟在强风沙流区分段设桥，并配以导沙措施，让风沙流从桥下通过。

塔克拉玛干沙漠边缘，线路走行于塔河绿洲境内下风侧，并全部绕避活动沙丘，路基加强防风蚀。

6 结束语

风沙灾害是我国西北及内蒙古地区铁路的最主要灾害之一，受风沙危害地段的铁路养护部门为保障运输畅通，与风沙进行着长期不懈的斗争，付出了大量人力财力，仍然很难根治，风沙危害成为列车运行的永久安全隐患。因此，在铁路选线过程中采用合理方案有效绕避风沙，避免或尽量降低其对铁路的危害，将降低维修养护成本，提高铁路运营安全水平，具有十分重要的意义。

本文从铁路选线和工程设置需求出发，提出将风沙地区按风沙形态划分为风蚀区、风沙流区和风沙堆积区，概念清晰，便于实际应用，为铁路大面积选线提供了理论指导;在此基础上归纳总结的各区域铁路选线原则和工程防沙措施，在库格铁路选线中得到很好应用，可为其它风沙地区铁路选线和设计手册修订提供参考。

[1]中铁第一勘察设计院集团.新建铁路库尔勒至格尔木线可行性研究[R].西安:中铁第一勘察设计院集团，2011.

[2]铁道第一勘察设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，1999.

[3]任朝霞，杨达源.近50年西北干旱区气候变化趋势及对荒漠化的影响[J].干旱区资源与环境，2008(4):91-95.

[4]宋勇，海鹰，崔献勇.塔里木河下游绿色走廊的生态问题与治理对策[J].新疆环境保护，2004(增):8-13.

[5]涂莹，高洋洋，左其亭.塔里木河下游生态恢复问题与对策探讨[J].水资源与水工学报，2008(5):73-77.

[6]沙代提·木沙，玉米提·哈力克，托乎提·艾合买提，等.塔里木河下游生态输水过程中荒漠河岸林活力恢复监测[J].生态环境学报，2009，18(5):1898-1902.

[7]韩晓雷，赵文涛，唐三元.新疆老风口地区公路风吹雪流场分析研究[J].铁道建筑，2012(2):79-81.

[8]铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·路基[M].北京:中国铁道出版社，1995.

[9]于云江，史培军，鲁春霞.青藏铁路客城区段风沙流特点及沙害防治措施的研究[J].自然灾害学报，2001(1):30-36.

Route Selection of the Korla-Golmud Railway in Storm Sand Area

FENG Dequan
(China Railway First Survey＆Design Institute Group Ltd，Xi'an Shaanxi 710043，China)

Sand storm are badly developed along the Korla-Golmud railway，which poses potential threat to the railway.Selecting the best route in sand storm regions can create favorable conditions for railway long-term operation safety.From the demand of railway route selection，this paper broke the concept of aeolian landform being classified as wind erosion area and aeolian sand area and divided it into wind erosion area，sand-driving wind area and aeolian sand area according to the sand storm form for the first time.Through analyzing the activity pattern of sand storm in the three areas，this paper concluded the different route selection principles and protective measures for them and took the route selection of the Korla-Golmud railway as an example.Formulating railway route selection principle based on the three types of sand storm areas makes the design idea clear and is feasible for practical route selection for the Korla-Golmud railway in sand storm areas，which can provide a reference for other railway in the same situation.

Sand storm area;Route selection;Sand storm form

U212.32

A

1003-1995(2012)06-0110-04

2012-03-05;

2012-03-20

冯德泉(1974— )，男，甘肃陇西人，高级工程师。

(责任审编 王 红)