毛烏素沙漠地區(qū)鐵路路基沙害防治施工技術(shù)研究

鞠獻(xiàn)維

摘 要：毛烏素沙地作為中國主要的沙漠之一，恩格阿婁至陶利廟鐵路穿越毛烏素沙地的Ⅰ級鐵路，路基線路總長75.5km，占線路總長度的90.24%；如何保護(hù)施工的路基實(shí)體，成為了鐵路防護(hù)施工的重要課題。

關(guān)鍵詞：毛烏素沙地；路基防護(hù)

恩陶鐵路基床以下采用的填料主要采用風(fēng)積沙，風(fēng)積沙主要由細(xì)沙粒組成。不進(jìn)行防護(hù)易對路基本體造成侵蝕。同時(shí)，依據(jù)以往內(nèi)蒙古地區(qū)公路施工采取的防護(hù)措施，對恩陶鐵路防護(hù)形式采用坡面防護(hù)與平面防護(hù)相結(jié)合，文章僅對路基施工的防護(hù)類型選擇進(jìn)行探討。

1 造成鐵路沙害原因分析

毛烏素是蒙語“寸草不生的地方”，恩陶鐵路所在烏審旗地區(qū)由于建國后長期過度放牧和大肆采挖公路土方，造成了大面積水土流失，風(fēng)蝕現(xiàn)象普遍，該地區(qū)地貌特征主要是沙丘和黃土丘陵情況，屬于典型荒漠草原。

沙害成因有兩種：因?yàn)樾拗穆坊旧砭妥璧K了風(fēng)砂的移動(dòng)，所以路基填方地段和路塹地段都易形成積沙丘；造成鐵路沙害的原因，在自然因素中：主要是風(fēng)和沙源，風(fēng)是引起風(fēng)沙危害的動(dòng)力。在人為因素中：施工中破壞線路兩側(cè)的天然植被、或者取棄土不合理造成沙害。

2 常用風(fēng)沙平面防護(hù)措施

2.1 生物固沙措施

植物對其附著的地面有活沙障、隔離大氣層及固結(jié)土壤等作用，由于植物的可再生性和其改善生態(tài)環(huán)境的功能，主要措施包括飛播、人工種草或灌木

2.2 工程治沙措施

（1）根據(jù)風(fēng)沙的物理特征，主要表現(xiàn)為加強(qiáng)沙體的凝聚力和整體抗風(fēng)蝕能力；降低沙丘在推進(jìn)過程中的速度或者改變或引導(dǎo)風(fēng)沙流向。

（2）治沙方法有機(jī)械阻沙、沙障固沙、導(dǎo)流輸沙等等。

3 防護(hù)措施優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 植物固沙措施

植物固沙可以有效地防治風(fēng)沙災(zāi)害和改變生態(tài)環(huán)境，對于這種干旱半荒漠地區(qū)來說，是首選的防治沙的方法。

3.2 工程治沙措施

工程治沙方法受限制的因素較少，在干旱地區(qū)即使缺乏植物固沙條件時(shí)，也可作為一種主導(dǎo)防沙方法。

3.3 對比分析

工程治沙中普遍采用的烏審旗當(dāng)?shù)匮驂A草方格沙障易腐爛和沙埋，而高立式樹枝沙障由于受風(fēng)蝕切削而大面積倒伏失去了作用，為了起到固定流沙的作用須重設(shè)因而增加成本；植物固沙還要考慮長期抽取地下水對地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

4 新型高耐候改性聚乙烯經(jīng)編防風(fēng)固沙材料

4.1 材料性能

根據(jù)風(fēng)沙障治沙技術(shù)的要求，近年來研發(fā)的以聚乙烯為主要原料，經(jīng)高耐候改性優(yōu)化，分子鏈定向拉伸，制成高強(qiáng)度分子纖維，采用三針經(jīng)平襯緯編鏈結(jié)構(gòu)，織成具有一定孔隙度、透風(fēng)率、輸沙量、阻沙率的經(jīng)編網(wǎng)。

4.2 技術(shù)指標(biāo)

通過對有關(guān)應(yīng)用材料的耐候性、強(qiáng)度和使用情況分析。能滿足在沙漠化地區(qū)耐高溫（75℃），耐低溫（-35℃）的野外惡劣生態(tài)環(huán)境，并且可重復(fù)使用。

4.3 技術(shù)原理

高耐候改性聚乙烯經(jīng)編防風(fēng)固沙材料和應(yīng)用技術(shù)原理是通過“阻”和“固”來達(dá)到防風(fēng)固沙的目的。

“阻”主要是在活動(dòng)的沙面上設(shè)置高立式經(jīng)編防風(fēng)阻沙柵欄和低立式經(jīng)編方格狀風(fēng)沙障，有效阻滯了躍移的沙?？刂屏溯斏沉?，阻滯了沙區(qū)的前移達(dá)到防風(fēng)阻沙目的。

“固”是通過外圍設(shè)置高立式經(jīng)編阻沙柵欄，內(nèi)則設(shè)置低立式經(jīng)編方格狀風(fēng)沙障，以增大沙漠地表的粗糙度，阻止了風(fēng)蝕的發(fā)生，同時(shí)防止了外來沙源。

4.4 材料的應(yīng)用技術(shù)方法

高耐候改性聚乙烯經(jīng)編防風(fēng)固沙材料，據(jù)目前應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)情況，主要有兩種應(yīng)用技術(shù)方法：

（1）高立式經(jīng)編防風(fēng)阻沙柵欄。用高耐候改性聚乙烯單絲采用三針經(jīng)平襯緯編鏈結(jié)構(gòu)成網(wǎng)卷，在沙漠上由固定樁固定成防風(fēng)固沙柵欄，柵欄網(wǎng)的孔隙度為30-45%。其透風(fēng)率在30-50%，柵欄高度為1-1.5米。

（2）立式經(jīng)編方格風(fēng)沙障。用高耐候改性聚乙烯膜扁絲緯襯經(jīng)編邊孔入襯而成的寬20～25厘米的獨(dú)立條狀雙層網(wǎng)卷，網(wǎng)的孔隙度25～45%，網(wǎng)絲覆蓋率在30～70%之間，在沙漠上成1×1米的直角行列式方格狀立網(wǎng)。

5 風(fēng)沙平面防護(hù)方案選擇

（1）樹枝沙障方案：需用大量的沙柳枝條，而且沙障內(nèi)栽植的灌木生長緩慢，需要人工維護(hù)前期成本巨大。

（2）植物防護(hù)方案：采用傳統(tǒng)的林帶和灌木叢，按照外林內(nèi)灌間隔布置，林木成活后防風(fēng)治沙效果較好；但需要先期固沙和育林植苗，在成林前需要作臨時(shí)防護(hù)后期成本巨大。

（3）樹枝沙障+聚乙烯經(jīng)編防風(fēng)固沙方格方案：采用經(jīng)編防風(fēng)固沙材料方格和樹枝沙障共同防風(fēng)固沙，兩種防護(hù)形式呈條帶狀，按照5m間距間隔布置，最外側(cè)和內(nèi)側(cè)采用經(jīng)編防風(fēng)固沙方格，沙障內(nèi)栽種沙柳、檸條、油蒿等適于當(dāng)?shù)厣L的植物品種。

本方案優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)編防風(fēng)固沙方格前期起到防風(fēng)阻沙的效果，種植的沙柳、檸條、油蒿等耐干旱沙生植物自然生長成灌木叢或草地，不需要投入大量的人工養(yǎng)護(hù)，并且經(jīng)編防風(fēng)固沙方格施工工期短、節(jié)省投資；缺點(diǎn)是經(jīng)編防風(fēng)固沙方格失效后需要回收再利用以免污染環(huán)境。

6 樹枝沙障和經(jīng)編防風(fēng)固沙網(wǎng)格方案

6.1 風(fēng)沙防治體系的基本形式

鑒于毛烏素沙地地理特征明顯，設(shè)計(jì)用機(jī)械固沙和植物固沙相結(jié)合的方案，先期防風(fēng)固沙采用樹枝沙障+經(jīng)編防風(fēng)固沙網(wǎng)格，后期固定沙丘采用種植沙生植物。

風(fēng)沙防護(hù)帶的基本模式：采用阻沙帶+固沙帶，阻沙帶由經(jīng)編防風(fēng)固沙網(wǎng)格構(gòu)成，尺寸為1×1×0.5m；固沙帶由樹枝沙障構(gòu)成，尺寸為1×1×0.2m。

經(jīng)編防風(fēng)固沙網(wǎng)格：采用竹片制成高70-80cm的長方形小條，在其上端開一條深度為50cm的開口確保兩層網(wǎng)片插入，網(wǎng)片嵌入后將頂端用鐵絲固定。；在沙地上固定樁，根據(jù)該地區(qū)的風(fēng)沙流強(qiáng)度和迎風(fēng)面情況，按照100×100cm方形布置。

6.2 植物品種選擇

治沙過程中應(yīng)選擇便于栽種、耐干旱、抗風(fēng)沙的特點(diǎn)的沙生植物。根據(jù)當(dāng)?shù)刂卫盹L(fēng)沙經(jīng)驗(yàn)多采用的檸條、沙打旺、沙柳其3種植物都是快速固沙草灌木。部分地段采用沙地柏對防護(hù)邊坡風(fēng)蝕是極好植物。根據(jù)實(shí)地調(diào)查與對比分析，提出兩種類型固沙植物配置方案。

半固定沙地：沙柳+檸條+沙地柏（在沙障的保護(hù)下）；

流動(dòng)沙地：沙打旺+沙柳+檸條（在沙障和固沙網(wǎng)的保護(hù)下）。

6.3 防治風(fēng)沙的重點(diǎn)

由于當(dāng)?shù)亓鲃?dòng)沙地與半固定沙地的土壤孔隙度大、結(jié)構(gòu)疏松，造成了含水率低，在風(fēng)力的作用下造成流沙掩埋植物幼苗或風(fēng)蝕出植物根系，為保證線路兩側(cè)流動(dòng)及半固定沙地植物的成活率必須設(shè)置防風(fēng)沙障。

6.4 不同措施對比分析

通過對不同防風(fēng)固沙措施效益的對比可知，所有的沙障在設(shè)置初期均可有效地防止流沙的運(yùn)動(dòng)，隨著時(shí)間推移在運(yùn)行過程中則因遭受破損使防護(hù)效果逐漸降低必須進(jìn)行維護(hù)或重設(shè)，因此需要對不同類型的沙障進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本核算。

通過對不同沙障防沙措施的成本測算比對，依據(jù)工程實(shí)施中發(fā)生的材料費(fèi)、人工費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用及材料使用壽命。經(jīng)編防風(fēng)固沙方格成本最低，可使用5-7年以上時(shí)間；沙柳方格沙障運(yùn)行費(fèi)用相對較低可使用2-3年左右，這就是當(dāng)?shù)貜V泛應(yīng)用沙柳沙障的原因。

6.5 結(jié)論

從固沙措施效果分析：防風(fēng)沙障布設(shè)初期防沙固沙效果明顯。但隨著防護(hù)時(shí)間的延長，隨著沙丘的運(yùn)動(dòng)變化易發(fā)生沙埋、倒伏、破損、腐爛等問題，使其防護(hù)的高度下降，防護(hù)作用逐漸損失；人工植物栽種初期防風(fēng)固沙效果較弱，但隨著時(shí)間延伸其防護(hù)高度和效果也增長。因而，二者各有利弊，在施工中宜需要因地制宜采取不同組合形式。

從運(yùn)營維護(hù)成本分析：經(jīng)編防風(fēng)固沙方格和沙柳沙障成本相差不大，可在沙區(qū)大面積使用，但需加強(qiáng)后期維護(hù)與管理；人工植被投入成本最高，但其防護(hù)時(shí)間長，應(yīng)在本線殺害嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行植被固沙，以達(dá)到根治沙害防治效果。

7 結(jié)語

恩陶鐵路作為穿越毛烏素沙地Ⅰ級鐵路，其總結(jié)的路基防護(hù)方案對今后穿越沙漠地區(qū)鐵路提供了一些經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，相信今后對于如何防治沙害這一課題會得到更好的解決。

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