根據選線原則談庫格線風沙區域的選線
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1庫格鐵路概況
庫爾勒至格爾木鐵路(簡稱“庫格鐵路”，原稱“青新鐵路”)東起青海西部重鎮格爾木，西抵南疆地區門戶庫爾勒，全長1211km，為客貨共線的區域路網干線，是新疆南疆地區通往祖國內地一條便捷通道，它的建設將改變內地與新疆“千里一線牽”的單一路網結構，具有十分重要的戰略意義［1］。2010年至2011年進行了第三次全線初測，并完成可行性研究報告。庫格鐵路穿越了柴達木盆地、阿爾金山低中山區和塔里木盆地三個一級地貌單元，地勢總體中間高，兩端低。沿線生態環境脆弱，地形地貌多樣，工程地質條件復雜，不良地質現象和特殊巖土種類多。不良地質現象主要有風沙、泥石流、地震液化、危巖和落石等，特殊巖土主要有鹽漬土、含鹽地層、軟土等。在各類不良地質現象中，風沙范圍廣對鐵路選線的影響最大，因此本文主要介紹分析庫格鐵路風沙地區選線情況，庫格鐵路線路平面示意如圖1。
2風沙地區區域劃分
風沙地區地貌通常劃分為風蝕地貌和風沙堆積地貌［2］，但在工程實踐中，這一簡單的地貌劃分并不能用于指導工程設計。因為處于風蝕區與風積區之間的地帶既沒有明顯的風蝕現象，也沒有風沙堆積，但地表風沙流肆虐，風沙流現象既不同于風蝕，也不同于風沙堆積，其對鐵路工程的危害也十分嚴重。從庫格鐵路選線和設計經驗出發，筆者提出風沙地區可按照風沙形態劃分，劃分為風蝕區、風沙流區和風沙堆積區三個區域。當然這三個區域并不是完全孤立的，無論是風蝕區還是風積區都有風沙流現象，只不過風蝕區對工程的危害主要表現為風蝕，由于風力強勁，無風沙堆積現象，風沙對工程的影響較小;風沙流區基本無風蝕或風積現象，以風沙流危害為主;風積區風沙流逐漸減弱，主要以風沙堆積和沙丘移動危害為主。三個區域界限盡管很難精確劃分，但定性的輪廓性劃分容易實現。以三個區域劃分為基礎確定的鐵路選線原則，用于指導工程設計，概念清晰明了，便于鐵路選線和工程防護措施的設置，具有重要的實際應用價值。當然由于地形地貌、風力、風向、沙源等原因，同一區域內的風沙形態也可能有很大的差別，在工點設計中還需在三個區域劃分的基礎上對該處風沙特征進行細化，采取有針對性的工程措施。
3沿線風沙分布及區域劃分
庫格鐵路受風沙影響地段大致可分為三個段落，分別是格爾木至油砂山、先鋒至臺特瑪湖、羅布莊至群克爾。格爾木至油砂山段(408km)位于柴達木盆地南緣、昆侖山北麓，屬山前沖洪積傾斜平原，甘森至大烏斯段為低山丘陵區。柴達木盆地為干旱和半干旱的氣候，植被稀少，巖石裸露，第四紀松散沉積物廣泛堆積，由于氣候變化等影響形成大片沙源地［3］。盆地主導風向為W、N50°W，風速大，大風期長，地表物質受風的吹蝕向東南部漂移，在昆侖山脈的阻擋下風速降低，沙粒逐漸沉積下來，在山北麓形成了一條長達數百公里斷續分布、寬窄不同的風沙堆積帶，呈半固定、流動沙地以及孤丘、沙丘鏈、沙壟等多種形態，個別地段形成小規模的沙漠。本段線路宏觀走向與主導風向夾角約為20°，線路主要從盆地鹽湖與風沙堆積帶之間通過，格爾木至茫崖湖為山前沖洪積傾斜平原，地表均以礫石、碎石為主，處于分流沙區末端，個別地段線路需要繞避風沙堆積區;茫崖湖至油砂山為低山丘陵區，屬于中等強度的風沙堆積區。先鋒至臺特瑪湖段(40km)位于塔里木盆地東南緣、阿爾金山北麓，屬于山前沖洪積傾斜平原，地勢低洼平坦，地表為沖洪積粉土，植被稀少;線路基本為南北走向，主導風向N50°～70°E，強風裹挾著黃沙從地表掠過，但地表基本無風沙堆積現象，是典型的風沙流區。沙源為東北方向的庫魯克沙漠，風沙堆積區為瓦石峽以西的阿爾金山北麓。羅布莊至群克爾段(260km)位于塔里木盆地中部，從塔克拉瑪干沙漠與庫魯克沙漠之間的塔河下游綠洲帶穿過，線路走向為N30°～80°W。塔河西南側為塔克拉瑪干沙漠，是我國最大、世界第二大沙漠，東西長約1000km，南北寬約500km，整個沙漠風沙活動十分頻繁而劇烈，流動沙丘占85%以上，新月形沙丘及新月形沙丘鏈遍布，沙丘高度大于50m，沙粒極細，起沙風速僅為3m/s［4］。塔河東北側為庫魯克沙漠，沙源來自其東北方向的羅布泊四周，塔里木河附近風沙運動活躍，多為新月形沙丘鏈，沙丘最高30m，直接威脅塔河綠色走廊［5］。生長著胡楊、紅柳等喬灌木的塔里木河下游綠色走廊，阻止了塔克拉瑪干沙漠與庫魯克沙漠的匯合［6］。群克爾至阿拉干段走廊帶為30～40km，開墾大面積農田，駐有4個農墾兵團;近40年來，由于塔河大西海子以下斷流，地下水位大幅度下降，河岸天然胡楊林植被大面積衰敗，林間沙地活化，尤其是阿拉干至臺特瑪湖段綠色走廊基本消失，塔河兩岸胡楊林大片死亡，退化為寬度僅為1～4km的半固定沙地帶，已無人煙［5］。該段主導風向為E、EN，塔河北岸受庫魯克沙漠的西移影響，為風沙堆積區;塔河南岸由于得到塔河綠色走廊保護，風積沙危害較小，主要以風蝕為主，可劃分為風蝕區，但部分地段有塔克拉瑪干沙漠延伸出或殘留的活動及半固定沙丘。
4風沙地區鐵路選線原則
4.1風蝕區選線原則風蝕區主要特征為吹蝕，處理較易，是鐵路通過的有利地段。鐵路經過風蝕區，應盡量減小與主導風向的交叉角度，交叉角度大時應適當放緩路基邊坡，使路基與天然地形相適應;盡量降低路基高度以減輕風蝕影響;采用就地取材、因地適宜的方式加強路肩、路基坡面防護，避免風蝕破壞。風蝕區鐵路除防風蝕外，一般不需風沙防護。但在風蝕區與風沙流區交接地帶，由于鐵路工程實施后自然地貌的變化，路基個別部位也可能會產生積沙現象，應予以重視。
4.2風流沙區選線原則風沙流區原地貌一般不會積沙，但由于鐵路工程使自然地貌發生顯著變化，改變了風沙流運行狀態，如不采取措施，勢必在路基坡腳、道心等低凹處積沙，造成鐵路病害。因此，在風流沙區選線應遵循以下原則:1)線路應盡量與主導風向平行，必須穿越時應以小角度交叉，以減小主導風向上地形劇烈變化，減輕路基積沙危害;線路如以較大角度穿越風沙流區，宜放緩路基邊坡坡率［7］。2)在曲線地段宜采用大半徑，盡可能把曲線外側朝主風向，以減輕沙害。避免將曲線內側朝主導風向，由于導向作用使風沙流匯聚一處，容易形成沙害。3)線路盡量避免低路堤、淺路塹和不填不挖路基，這些地段擋御風沙的能力低，一次偶發的大風暴就有可能掩埋線路。因此，路基應采用路堤形式，高度通常應不小于3m。4)線路走向與強風沙流交叉時，可選擇風沙流集中的風口地段以橋梁形式垂直于主導風向通過，徹底解決風沙流對鐵路的危害，橋梁應設置足夠凈空。5)小橋涵應適當增大孔徑，抬高凈空，以避免積沙堵塞橋涵孔洞。6)取棄土場應選擇在主導風向下風側，遠離線路500m以外。7)應盡量將車站設在流沙較少的地區，將站房、住宅等建筑物布在背風處，以減少積沙的危害，當無可靠防沙、治沙措施時，盡量不在風沙地區設置大型車站。在風沙流區，除植物防沙以外，固、阻、輸、導等幾種工程防沙措施亦均可以根據風沙不同情況單獨或綜合運用［8］。
4．3．1半固定沙丘、沙地地段1)線路應優先選擇在地形開闊平坦的沙地，其次為較低矮的沙丘，應盡量避免頻繁穿梭于高大沙丘之間。2)線路應盡量通過植被較好，基本穩定的固定沙丘、沙地;如局部地段有活動沙丘，應予繞避。3)沙丘中的河流兩岸、湖盆草灘、古河道地形平緩，地下水水位較高，易于植物生長，有利于固沙治沙，應優先選擇通過。4)半固定沙丘地區植被生態十分脆弱，一旦破壞極難恢復，工程設計、施工過程應保護好主體工程周邊的植被，避免破壞。
4.3.2活動沙丘地段線路應盡量繞避活動沙丘地帶，選擇在固定、半固定沙丘，如不能繞避必須穿過活動沙丘時，應盡量利用在以下有利地段通過:1)在活動沙丘連綿不斷的地區，應盡量選擇低矮沙丘通過，避免直穿大沙丘。2)線路宜選擇在風力較小、沙丘活動能力弱、沙害較輕的活動沙丘邊緣地帶通過。3)線路通過活動性強的沙丘時，宜將線路選在沙丘的上風側，盡可能不通過沙丘的下風側，避免沙體移動掩埋鐵路。通過活動性較弱的沙丘，有充分依據時可從其側后方較遠處通過。4)風沙覆蓋的山地、丘陵區選線，如遇風積沙帶，宜選在沙帶間的丘陵地通過，不宜穿越沙帶。如條件限制必須穿越時，宜在沙帶最窄部位，以路堤正交通過;如沙帶與線路走向平行無法繞避時，優先采用橋梁或隧道的形式通過。風沙堆積區的鐵路風沙防護，植物固沙雖然效果最好，但通常因水源缺乏而難以實施。由于沙粒動能低，輸沙、導沙方式也無法適用，因此一般采用工程阻沙、固沙的方式［9］。
5庫格鐵路風沙選線實例格爾木至甘森的風沙地段，線路基本走行于風沙流區末端和風沙堆積區前緣，線路與主導風向夾角小，輕微地段可不予處理，中等及嚴重地段需在路基兩側進行阻沙、固沙防護。甘森至東柴山埡口間分布有規模較大的活動沙壟，長30km，寬10km，線路從其前端的風沙流區繞行，并以橋梁形式繞行跨越風沙流區見圖2。由于額果頓雅山的阻擋，山前形成了大片的風沙堆積，有的為孤立的沙丘，有的成為縱向沙壟。受坡度和高程控制，線路經過額果頓雅山合理的位置被積沙所覆蓋，如從沙丘上風側繞行將產生長7.5km、高52m的特大高橋，工程明顯不合理。靠近埡口處有一長寬高為1500m×120m×15m的縱向沙壟，與主導風向夾角為20°，經現場踏勘分析和新舊資料對比研究，雖然該沙壟規模有所增大，但近32年平面位置沒有變化，基本處于穩定狀態，綜合研究其他沙丘移動發展規律，最終推薦線路從沙壟后側300m外通過，并以隧道形式穿越額果頓雅山，徹底避免了積沙對鐵路的危害。蘇租克薩依至米蘭段風沙堆積區線路繞避沙丘，進行了阻沙、固沙綜合防護。先鋒至臺特瑪湖段擬在強風沙流區分段設橋，并配以導沙措施，讓風沙流從橋下通過。塔克拉瑪干沙漠邊緣，線路走行于塔河綠洲境內下風側，并全部繞避活動沙丘，路基加強防風蝕。
6結束語
風沙災害是我國西北及內蒙古地區鐵路的最主要災害之一，受風沙危害地段的鐵路養護部門為保障運輸暢通，與風沙進行著長期不懈的斗爭，付出了大量人力財力，仍然很難根治，風沙危害成為列車運行的永久安全隱患。因此，在鐵路選線過程中采用合理方案有效繞避風沙，避免或盡量降低其對鐵路的危害，將降低維修養護成本，提高鐵路運營安全水平，具有十分重要的意義。本文從鐵路選線和工程設置需求出發，提出將風沙地區按風沙形態劃分為風蝕區、風沙流區和風沙堆積區，概念清晰，便于實際應用，為鐵路大面積選線提供了理論指導;在此基礎上歸納總結的各區域鐵路選線原則和工程防沙措施，在庫格鐵路選線中得到很好應用，可為其它風沙地區鐵路選線和設計手冊修訂提供參考。
