青藏铁路风沙灾害及其治理措施研究

张亚宾吕晓星

（1甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050；2郑州铁路局新乡桥工段，河南 新乡 453000）

青藏铁路风沙灾害及其治理措施研究

张亚宾1吕晓星2

（1甘肃建筑职业技术学院，甘肃 兰州 730050；2郑州铁路局新乡桥工段，河南 新乡 453000）

通过调查研究青藏铁路沙害现象、危害及其产生原因，对青藏铁路既有风沙防治工程措施进行分析与评价。结果表明：沙化草甸和草地是青藏铁路产生沙害重要风沙来源；青藏铁路采用的治沙措施主要有阻沙措施与固沙措施，阻沙措施普遍存在造价较高、施工难度大、清沙难度大等问题。固沙措施中最为理想的是植草固沙，既可根治沙害又可改善生态环境。

青藏铁路；沙害；阻沙措施；固沙措施

1 引 言

青藏高原是全球海拔最高的地理单元，这里生态环境异常脆弱。近年来随着全球气候变暖，青藏高原冰川退缩，湖塘沼泽湿地产生退化，部分已固定的沙丘又重新复活，地表风蚀加重，加之不合理的人为活动，加剧了青藏高原沙漠化现象。青藏铁路连接西宁市与拉萨市，全长1956km。铁路沿线生态环境复杂敏感，自青藏铁路开通以来，风沙灾害就成为铁路运营安全的重要隐患。

随着青藏高原沙害问题日益严重，国内对此研究较多，高尚玉、边庆策、董光荣[1]等研究沙丘移动速度时引入C14年代测定、电镜扫描、风洞试验等方法。封建民、王涛[2]等通过遥感和GIS研究认为超载放牧是高原沙漠化的重要原因。杨印海[3]等分析了青藏铁路措那湖段的沙害类，评价了该段铁路的工程治沙措施。

本文主要研究青藏铁路出现的风沙灾害及机理，对青藏铁路风沙防治技术进行探讨，提出适合于青藏铁路的沙害防治模式，给青藏铁路风沙灾害的防治提供技术参考。

2 青藏铁路沙害类型及危害

2.1 青藏铁路沙害类型

2.1.1 沙埋

沙埋也称为风积，是风力将地表的细沙搬运并沉积的现象。沙埋可分为片状沙埋、堆状沙埋和蛇状沙埋，一般铁路最常见的形式为片状沙埋，而青藏铁路却多为蛇状沙埋，风速较大时数十分钟风沙即可埋道，且难以预测，因此对行车安全危害性较大；堆状沙埋移动速度慢，事先可预防，因此危害性较小[4]。

2.1.2 风蚀

风蚀路段边坡上部风蚀较为严重，路肩多呈浑圆形，坡面多呈槽形；风向与线路垂直时，迎风侧路基风蚀较严重，易产生掏蚀现象；风向与线路平行时，路基两侧边坡同时产生风蚀和堆积，边坡形态凹凸不平、上陡下缓[5]。青藏铁路路基填筑材料含沙量相对较高，易出现风蚀现象。

2.1.3 磨蚀

磨蚀是指沙粒随气流运动时，撞击列车及设备产生的磨蚀现象。

2.2 青藏铁路沙害危害

1）风蚀路肩。导致路肩宽度不够，轨枕外露，加之列车运行振动影响，轨道形位难以保持，危及行车安全；

2）锈蚀轨道结构。风沙中含盐量较高，覆盖钢轨会锈蚀钢轨及扣件，降低轨道结构使用寿命；

3）风沙覆盖路基会造成三角坑或拱道；同时会影响线路弹性及排水，进而诱发其他线路病害；

4）路基坡脚积沙，增加养护维护工作量。

3 青藏铁路风沙灾害原因

首先，青藏高原是我国众多河流的发源地，夏季水量充沛，河面宽广，水中携带的碎屑颗粒物沉积于河床及河漫滩，入冬后，水量减少，河面变窄，沉积的颗粒物等物质逐渐露出水面，风力将其吹上河岸，成为沙害物质来源；其次，沙化草甸和草地是风沙直接来源，在风力作用下直接沉积到铁路上，同时沙化草甸和草地又是河相沉积物来源；此外，修建青藏铁路扰动了青藏高原脆弱的生态系统。

4 青藏铁路风沙治理措施

青藏铁路的防沙措施主要分为阻沙措施和固沙措施。阻沙措施的目的是尽量在距离线路较远处控制风沙流；固沙措施的目的是通过增加地表粗糙度来降低地表风沙流速，固定地面的沙物质。

4.1 阻沙措施

4.1.1 混凝土插板式挡沙墙

混凝土插板式挡沙墙一般由5块混凝土插板卡在设有卡槽的混凝土柱形成一个整体单元，墙高约1.7m。通过在插板底部形成的减速区，使越过挡沙墙的气流输沙率降低，发挥阻沙效果；混凝土插板设置若干透风孔以干扰风速流场，增强挡沙墙的防沙效果。其有效防沙范围约为该挡沙墙高的15～20倍。

存在问题：

1）通过调查发现插板透风孔的破损率高达40%。插板破损后挡沙墙的阻沙效应大大降低，破损严重时甚至会成为输沙通道。

2）混凝土插板式挡沙墙设置于地势较高地段时阻沙效果较好，但由于对地形调查不够充分，青藏铁路部分挡沙墙位置设置不合理。

3）混凝土插板式挡沙墙造价较高

4）混凝土插板式挡沙墙施工难度较大

5）清沙难度大

由于混凝土插板式挡沙墙阻沙效果一般，因此自青藏铁路运营后，再也未使用该挡沙墙来治理风沙灾害。

4.1.2 混凝土挂板式挡沙墙

混凝土挂板式挡沙墙是由4块混凝土挂板悬挂于混凝土柱所形成，墙高约1.7m。在挂板底部形成减速区，起到阻沙效果，同时混凝土挂板在风力作用下会产生摆动，对风速流场产生扰动，从而加强防沙效果。其有效防沙范围约为该挡沙墙高的10～15倍。

存在问题：

1）青藏铁路部分混凝土挂板式挡沙墙设置于背风侧、部分挡沙墙设置过密，使该挡沙墙未发挥出应有的阻沙作用。

2）混凝土挂板与地面之间存在约5～10cm的空隙，风沙流通过时产生加速，形成掏蚀区，从而降低挡沙墙的阻沙效益。

此外，混凝土挂板式挡沙墙也存在造价高、施工难度大、清沙难度大等问题。

从现场调查结果来看，混凝土挂板式挡沙墙阻沙效果显著，因此青藏铁路运营后，仍使用该类型挡沙墙来治理风沙灾害。

4.1.3 轨枕式挡沙墙

轨枕式挡沙墙由废旧轨枕用钢绞线连接并排埋设而成，高1.6m，在其前后形成减速区，发挥阻沙效应。其有效防沙范围约为该挡沙墙高的10～15倍。

从现场调查结果来看，该挡沙墙防沙效果较好，且积沙较为集中，便于清沙工作；虽然轨枕式挡沙墙能利用废旧轨枕，但其供应有限，所以在青藏铁路沙害防治工程中所占比例较少。

4.1.4 铃铛式挡沙墙

铃铛式挡沙墙高约1.7m，每个单元整体由钢筋混凝土立柱及立柱之间固定的4根钢绞线所组成，每根钢绞线上悬挂4块半圆形混凝土片，这些混凝土片在风力作用下会发生摆动，进而干扰风速流场以增强阻沙目的。

铃铛式挡沙墙与地面之间存在10～20cm的空隙，风沙流通过时产生掏蚀区，同时该挡沙墙透风率较大，故其防沙效益较差，所以青藏铁路运营后基本不采用该阻沙措施。

4.1.5 高立式 PE 网沙障

高立式PE网沙障由铁丝骨架和PE网组合而成，高约1.5m，在沙障前后会形成减速区。其防护范围与PE网孔隙度密切相关，青藏铁路使用的PE网孔隙度约为40%，其有效防沙范围约为该挡沙墙高的10～15倍。

从现场调查结果来看，该沙障阻沙效果良好。但其材料耐久性较差，使用寿命约为5～8年；沙障折角处积沙量最大，清沙难度较大。

4.2 固沙措施

4.2.1 低立式 PE 网方格沙障

低立式PE网方格沙障由铁丝骨架和PE网组合而成，高度以20cm为宜。其具有造价低、施工方便、风沙防治效果好的优点，但也存在材料耐久性和清沙难度大等问题。

4.2.2 石棉瓦方格沙障

石棉瓦方格沙障是将预制石棉瓦构件互相紧扣所形成的方格状沙障。气流通过时在网格内产生涡流，会降低风蚀作用和挟沙能力。石棉瓦方格沙障固沙效果明显且施工简便、造价低、免维护。

4.2.3 化学固沙剂

化学固沙主要利用乳化沥青溶液、聚乙烯醇等固沙剂固定风沙。其原理是稀释具有胶结性的化学物质，喷洒于流动沙地表面，与沙粒胶结起来形成保护壳，从而起到固沙作用。其优点是成本低、见效快、适应性强。

4.2.4 植草固沙

植草固沙是利用植物来阻止风沙出现。植物能够固着土壤，隔离沙颗粒与气流；同时能够增加土壤含水量，改善水土环境；此外植物腐烂后会形成腐殖质，增加土壤肥力。所以植草固沙既能治理沙害又可保护生态环境，是根治沙害的理想措施。

青藏高原环境恶劣土壤贫瘠，缺乏植物生长所必需的营养物质，为了提高植物成活率，在耕植土中加入复合肥、有机肥和保水剂作为植生基质。施工时根据当地自然条件设计植生基质配比，运到现场整平后表面覆1cm土层，无需养护，待植物成活后则形成植草固沙带。

从现场调查结果来看，该措施治理风沙效果良好，同时还能改善青藏高原生态环境，是最理想的固沙措施。

5 结 语

1）风沙对铁路的危害主要有沙埋、风蚀和磨蚀。沙埋和风蚀的危害较大，磨蚀的危害较小。

2）沙化草甸和草地是青藏铁路沙害重要物质来源。

3）青藏铁路阻沙措施的原理是在挡沙墙周边形成减速区，降低气流输沙率，发挥阻沙效果；阻沙措施普遍存在造价高、施工难度大、清沙难度大等问题。

4）从青藏铁路治沙效果来看，阻沙效果由好到差依次为：轨枕式挡沙墙、挂板式挡沙墙、插板式挡沙墙、高立式PE网沙障。

5）固沙措施中最为理想的是植草固沙，既可根治沙害又可改善青藏高原生态环境。

[1]董光荣，董玉祥，金炯，等.西藏“一江两河”中部流域地区土地沙漠化成因与发展趋势[J].中国沙漠，1994,14（2）：55-63.

[2]封建民，王涛，谢昌卫.黄河源区土地沙漠化研究[J].生态环境，2004,13（4）：601-604.

[3]杨印海，蒋富强，王锡来，等.青藏铁路措那湖段沙害防治措施研究[J].中国沙漠，2010,30（6）：1256-1262.

[4]董玉祥.青藏高原沙漠化研究的进展与问题[J].中国沙漠,1999,19(3):251-255.

[5]曹玉新,李西亚,严学斌等.青藏铁路路基沙害防治技术[J].铁道建筑技术, 2003:32-33.

[6]牛清河，屈建军，张克存，等.青藏铁路典型路段风沙灾害现状与机械防沙效益估算[J].中国沙漠，2009，

Study on the sand hazards and countermeasure of qinghai - tibet railway

Through the investigation and study on the Qinghai-Tibet railway sand hazard,sand hazards and its causes,analysing and evaluating the sand control measures of Qinghai-Tibet Railway.The results show that sandy meadow and grassland are the important sources of sandstorms for the Qinghai-Tibet Railway.The control measures adopted by the Qinghai-Tibet Railway are sand-controling measures and sand-fixing measures.The sand control measures generally have high construction cost,difficulty in construction,difficulty in cleaning it and so on.The most effective sand-fixing measures is plant -fixing sand,it can cure the sand hazard and also improve the ecological environment.

qinghai-tibet railway；sand hazard；sand-controling measure；sand-fixing measure

P425.59.2；U216.41

：B

：1003-8965(2017)02-0091-02