沙漠铁路的风沙危害及其防治技术

沙漠铁路的风沙危害及其防治技术

许正源

（青海地方铁路建设投资有限公司,810000）

摘要：沙漠地区存在着植被稀少、大风频繁、气候干旱等特点，一旦有风刮起，就会出现沙丘移动、风沙流运动的情况，甚至还有可能会将铁路的钢轨与道床掩埋，严重影响到铁路的养护与正常运营。本文首先分析了铁路沙害的形成及危害，其次，深入探讨了沙漠铁路风沙防治技术，其中包括：植物防沙技术、工程防沙技术等，具有一定的参考价值。

关键词：沙漠铁路；风沙危害；防治技术

1.前言

我国是全球沙漠面积最大的国家之一，占到了17.6%的国土面积。境内的东北、华北、西北等地主要有12个大沙漠，包括腾格里沙漠、古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠等，沙漠南北最宽达到6百公里，东西最长达到4千公里，据统计，截止到2016年12月30日，我国沙漠地区、戈壁地区的总面积已经达到了168.9×104平方公里。随着我国目前开发沙漠地区的力度日益加大，沙漠铁路交通在近年来得到了较大程度的发展。我国早在1958年所修建的包兰铁路就已经穿越了腾格里沙漠，这也是我国沙漠铁路建设的“启始年”，而后又相继建设了十多条沙漠铁路干线，总里程高达数千公里。但是一直以来，风沙严重危害到沙漠铁路的正常运行，本文就沙漠铁路的风沙危害及其防治技术进行探讨。

2.铁路沙害的形成及危害

沙漠地区存在着植被稀少、大风频繁、气候干旱等特点，一旦有风刮起，就会出现沙丘移动、风沙流运动的情况。一旦铁路线路、铁路路基上部结构阻挡了风沙流，那么就会在此处堆积出大量的沙粒，甚至还有可能会将铁路的钢轨与道床掩埋，严重影响到铁路的养护与正常运营。从目前来看，风沙已经严重危害到了沙漠铁路的行车安全，尤其是在冬春风季更为严重。通常而言，风蚀与沙埋是风沙危害沙漠铁路的主要表现形式。

2.1沙埋

（1）片状沙埋

片状沙埋是铁路沙埋常见形式，多由风沙流沉积形成，主要出现在戈壁风沙流地区及流动沙地。风沙流运动的基本形式有三种，分别是表层蠕移、跃移、悬移，且地表高30cm内是其主要的运动区域。一旦风沙流运动受到了抑制或者阻碍，那么就会对气流搬运沙粒的作用力产生影响，稍加时日，就会出现沙粒堆积现象。铁路线路、铁路路基上部结构会阻挡了风沙流，那么就会在此处堆积出大量的片状积沙。

（2）堆状沙埋

堆状沙埋大多都是由处于整体移动状态的活动沙丘而形成。基于沙丘的运动情况，可将其分为三大类，分别是固定沙丘（植被覆盖率高于40%）、半固定沙丘（植被覆盖率高于15%，但低于40%）、活动沙丘（植被覆盖率低于15%）。通常而言，沙丘的移动运动速度的快慢与沙丘的高度、风力的强弱、输沙量等均存在着较大的关系。风沙危害最为严重的地区通常为活动沙丘、输沙量大、沙源丰富的地段。

2.2风蚀

风蚀基本出现在戈壁风沙流地区（风力强度较大），大风既会对铁路的路基造成风蚀，又会破坏到行车设施（如通信信号、电力设施等），甚至还有可能会将列车吹翻，导致出现一系列重大的行车事故。针对这种情况，通常均会采用一些防治措施，如在风口段修建挡风墙、坡面加固等。

2.3线路积沙

线路积沙会较大程度地危害到沙漠铁路的养护与运营，铁路沙害可基于线路积沙程度来分为三大类：一般沙害，也被称为三级沙害，道床会被积沙掩埋；中等沙害，也被称为二级沙害，配件、轨枕会被积沙掩埋；严重沙害，也被称为一级沙害，轨面在风季会被积沙掩埋。风沙对铁路运营养护的危害主要表现在：

（1）风沙会堵塞铁路的桥涵，并且还有可能会对排洪造成影响；若不能在第一时间进行处理，那么就可能会引发次生洪水灾害。

（2）风沙会让铁路线路的养护工作量大幅度增加，有鉴于此，务必要定期巡视沙害地段线路，尤其是在风季更要及时将线路积沙进行清除。

（3）风沙会让钢轨的磨耗量大大增加，进而导致扣件、钢轨的使用寿命大幅度缩短。与无沙害地段相比，沙害地段的钢轨磨耗量会增加4～5倍，尤其是若有盐分出现在沙粒中，那么还会让扣件、钢轨出现腐蚀的情况，进一步加剧其使用寿命的缩短。

（4）风沙会对线路行车安全造成较大的影响影响。若轨头部分出现了积沙现象，那么会对列车运行造成影响；若积沙严重，还有可能会出现火车脱轨掉道的情况。

（5）风沙较易让线路质量降低，进而出现一系列的线路病害。一旦道床出现积沙现象，沙粒在列车振动的作用下就会不断地渗落到道碴下方，在道床底部出现聚集的现象，进而抬高钢轨、枕木，并有可能会出现低接头、三角坑等问题，这样一来，无疑会对轨道的几何状态造成影响，降低线路质量。

3.沙漠铁路风沙防治技术

3.1植物防沙技术

通过营造防沙林带，既能够对周边的生态环境予以改善，又能够对沙地的理化性质进行改善，还能够大幅度降低风沙流的运动速度，防沙效益明显。众所周知，沙漠铁路沙害防治工作中最佳的措施就是植物防沙，能够在防护林带前后出现弱风区，这些弱风区能够对风沙流的运动进行抑制、拦截。通常而言，防沙林带的防护效果与其透风性能、疏密结构、林带高度等因素有关；与此同时，沙生植物的根系组织较为发达，能够对周围沙层产生固结；沙生植物若出现腐败，那么还会让地表沙层的粘性得以增强，在很大程度上促进流沙成土。

沙漠地区由于贫瘠的土壤、干旱的气候条件而不太有利于植物的生长，而固沙造林的技术含量较高，要达到提高固沙造林质量的效果，那么就务必要做好林带配置、树种选择等一系列问题。值得注意的是，植物防沙务必要严重按照生态适应性规律来开展，植物种植在干旱地区（年降水量低于300mm），如果没有行之有效的灌溉措施，是很难让这些植物成活；植物种植在半干旱地区（年降水量300～500mm），，草本植被、灌木可在无需人工灌溉的情况就能够达到较好的生长状态；而乔木只能成活于半湿润地区和湿润地区。而各地的乡土树种通常都会较好地适用当地环境，可将其优先作为营造防沙林带的植物。

3.2工程防沙技术

工程防沙是指将防沙工程结构设置在流沙上，风沙流的堆积条件、地表的积蚀变化可通过人为控制的方式来进行改变，这样一来，以此来避免风沙过多危害到铁路。工程防沙的见效速度快、适用范围广、工程造价低，通常都会将工程防沙作为植物防沙的先导工程。但是工程防沙也存在着一定的弊端，包括需要不断地重复更新、防护年限短等。

3.2.1固沙措施

（1）沙面覆盖。沙面覆盖的材料通常都选用粘土、碎石等天然材料，将这些天然材料平铺于沙面，通过其抗风蚀性来确保地表不会出现风蚀的现象。当然，目前还发展出了一种新方法，就是在流沙喷洒化学材料来达到固定的效果。

（2）格状沙障。格状沙障的材料通常都选用粘土、麦草、盐土、块石、芦苇等，将这些材料平铺于流沙上，以此来设置为若干个方格沙障，以此来让地表风速降低，避免出现风沙流。格状沙障中应用效果最佳、应用最为普遍的即为麦草方格沙障，能够大大增加地表粗糙度，让地表风速降低，既可避免出现风沙流，又可有利于形成沙地结皮，还能够为沙生植物的生长提供较佳的环境与条件。

3.2.2阻沙措施

栅栏阻沙是应用效果最佳、应用最为普遍的一种阻沙措施，主要是利用栅栏来对局部范围内的气流速度、气流方向进行改善，让沙粒堆积在栅栏周围。阻沙效果通常与阻沙栅栏的结构关系密切，若阻沙栅栏的空隙度为0.5，那么栅栏后积沙的高度可达到栅栏的12～14倍；若阻沙栅栏的空隙度为0.25，那么栅栏后积沙的高度可达到栅栏的7～8倍；若栅栏的结构严密、空隙度较小，那么迎风侧积沙高度可达到栅栏的2～3倍。在实际工程建设中，透风结构栅栏（空隙度为0.25～0.45）是最常见的结构形式，而阻沙栅栏材料可选用当地出产的竹片、芦苇、树枝等。

3.2.3输沙措施

输沙措施是指通过减少地表粗糙度和加强局部位置的风速，造成风沙流在铁路上非堆积搬运条件，将风沙流输移过线路，达到在线路上不产生积沙的目的。下导风栅板输沙结构是目前工程上常用的输沙措施，它能够压低气流速度，进而达到提高下导风

出口处贴地表风速的效果，在沙漠公路上取得了较佳的应用效果，但铁路应用上有局限性，还有待探讨。

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