毛乌素沙漠地区铁路路基沙害防治施工技术研究.docx

毛乌素沙漠地区铁路路基沙害防治施工技术研究 摘 要：毛乌素沙地作为中国主要的沙漠之一，恩格阿娄至陶利庙铁路穿越毛乌素沙地的级铁路，路基线路总长75.5km，占?路总长度的90.24%；如何保护施工的路基实体，成为了铁路防护施工的重要课题。 关键词：毛乌素沙地；路基防护 恩陶铁路基床以下采用的填料主要采用风积沙，风积沙主要由细沙粒组成。不进行防护易对路基本体造成侵蚀。同时，依据以往内蒙古地区公路施工采取的防护措施，对恩陶铁路防护形式采用坡面防护与平面防护相结合，文章仅对路基施工的防护类型选择进行探讨。 1 造成铁路沙害原因分析 毛乌素是蒙语“寸草不生的地方”，恩陶铁路所在乌审旗地区由于建国后长期过度放牧和大肆采挖公路土方，造成了大面积水土流失，风蚀现象普遍，该地区地貌特征主要是沙丘和黄土丘陵情况，属于典型荒漠草原。 沙害成因有两种：因为修筑的路基本身就阻碍了风砂的移动，所以路基填方地段和路堑地段都易形成积沙丘；造成铁路沙害的原因，在自然因素中：主要是风和沙源，风是引起风沙危害的动力。在人为因素中：施工中破坏线路两侧的天然植被、或者取弃土不合理造成沙害。 2 常用风沙平面防护措施 2.1 生物固沙措施 植物对其附着的地面有活沙障、隔离大气层及固结土壤等作用，由于植物的可再生性和其改善生态环境的功能，主要措施包括飞播、人工种草或灌木 2.2 工程治沙措施 （1）根据风沙的物理特征，主要表现为加强沙体的凝聚力和整体抗风蚀能力；降低沙丘在推进过程中的速度或者改变或引导风沙流向。 （2）治沙方法有机械阻沙、沙障固沙、导流输沙等等。 3 防护措施优缺点分析 3.1 植物固沙措施 植物固沙可以有效地防治风沙灾害和改变生态环境，对于这种干旱半荒漠地区来说，是首选的防治沙的方法。 3.2 工程治沙措施 工程治沙方法受限制的因素较少，在干旱地区即使缺乏植物固沙条件时，也可作为一种主导防沙方法。 3.3 对比分析 工程治沙中普遍采用的乌审旗当地羊碱草方格沙障易腐烂和沙埋，而高立式树枝沙障由于受风蚀切削而大面积倒伏失去了作用，为了起到固定流沙的作用须重设因而增加成本；植物固沙还要考虑长期抽取地下水对地区生态环境的影响。 4 新型高耐候改性聚乙烯经编防风固沙材料 4.1 材料性能 根据风沙障治沙技术的要求，近年来研发的以聚乙烯为主要原料，经高耐候改性优化，分子链定向拉伸，制成高强度分子纤维，采用三针经平衬纬编链结构，织成具有一定孔隙度、透风率、输沙量、阻沙率的经编网。 4.2 技术指标 通过对有关应用材料的耐候性、强度和使用情况分析。能满足在沙漠化地区耐高温（75），耐低温（-35）的野外恶劣生态环境，并且可重复使用。 4.3 技术原理 高耐候改性聚乙烯经编防风固沙材料和应用技术原理是通过“阻”和“固”来达到防风固沙的目的。 “阻”主要是在活动的沙面上设置高立式经编防风阻沙栅栏和低立式经编方格状风沙障，有效阻滞了跃移的沙粒控制了输沙量，阻滞了沙区的前移达到防风阻沙目的。 “固”是通过外围设置高立式经编阻沙栅栏，内则设置低立式经编方格状风沙障，以增大沙漠地表的粗糙度，阻止了风蚀的发生，同时防止了外来沙源。 4.4 材料的应用技术方法 高耐候改性聚乙烯经编防风固沙材料，据目前应用技术试验情况，主要有两种应用技术方法： （1）高立式经编防风阻沙栅栏。用高耐候改性聚乙烯单丝采用三针经平衬纬编链结构成网卷，在沙漠上由固定桩固定成防风固沙栅栏，栅栏网的孔隙度为30-45%。其透风率在30-50%，栅栏高度为1-1.5米。 （2）立式经编方格风沙障。用高耐候改性聚乙烯膜扁丝纬衬经编边孔入衬而成的宽2025厘米的独立条状双层网卷，网的孔隙度2545%，网丝覆盖率在3070%之间，在沙漠上成11米的直角行列式方格状立网。 5 风沙平面防护方案选择 （1）树枝沙障方案：需用大量的沙柳枝条，而且沙障内栽植的灌木生长缓慢，需要人工维护前期成本巨大。 （2）植物防护方案：采用传统的林带和灌木丛，按照外林内灌间隔布置，林木成活后防风治沙效果较好；但需要先期固沙和育林植苗，在成林前需要作临时防护后期成本巨大。 （3）树枝沙障+聚乙烯经编防风固沙方格方案：采用经编防风固沙材料方格和树枝沙障共同防风固沙，两种防护形式呈条带状，按照5m间距间隔布置，最外侧和内侧采用经编防风固沙方格，沙障内栽种沙柳、柠条、油蒿等适于当地生长的植物品种。 本方案优点是经编防风固沙方格前期起到防风阻沙的效果，种植的沙柳、柠条、油蒿等耐干旱沙生植物自然生长成灌木丛或草地，不需要投入大量的人工养护，并且经编防风固沙方格施工工期短、节省投资；缺点是经编防风固沙方格失效后需要回收再利用以免污染环境。 6 树枝沙障和经编防风固沙网格方案 6.1 风沙防治体系的基本形式 鉴于毛乌素沙地地理特征明显，设计用机械固沙和植物固沙相结合的方案，先期防风固沙采用树枝沙障+经编防风固沙网格，后期固定沙丘采用种植沙生植物。 风沙防护带的基本模式：采用阻沙带+固沙带，阻沙带由经编防风固沙网格构成，尺寸为110.5m；固沙带由树枝沙障构成，尺寸为110.2m。 经编防风固沙网格：采用竹片制成高70-80cm的长方形小条，在其上端开一条深度为50cm的开口确保两层网片插入，网片嵌入后将顶端用铁丝固定。；在沙地上固定桩，根据该地区的风沙流强度和迎风面情况，按照100100cm方形布置。 6.2 植物品种选择 治沙过程中应选择便于栽种、耐干旱、抗风沙的特点的沙生植物。根据当地治理风沙经验多采用的柠条、沙打旺、沙柳其3种植物都是快速固沙草灌木。部分地段采用沙地柏对防护边坡风蚀是极好植物。根据实地调查与对比分析，提出两种类型固沙植物配置方案。 半固定沙地：沙柳+柠条+沙地柏（在沙障的保护下）； 流动沙地：沙打旺+沙柳+柠条（在沙障和固沙网的保护下）。 6.3 防治风沙的重点 由于当地流动沙地与半固定沙地的土壤孔隙度大、结构疏松，造成了含水率低，在风力的作用下造成流沙掩埋植物幼苗或风蚀出植物根系，为保证线路两侧流动及半固定沙地植物的成活率必须设置防风沙障。 6.4 不同措施对比分析 通过对不同防风固沙措施效益的对比可知，所有的沙障在设置初期均可有效地防止流沙的运动，随着时间推移在运行过程中则因遭受破损使防护效果逐渐降低必须进行维护或重设，因此需要对不同类型的沙障进行经济成本核算。 通过对不同沙障防沙措施的成本测算比对，依据工程实施中发生的材料费、人工费、维护费用及材料使用寿命。经编防风固沙方格成本最低，可使用5-7年以上时间；沙柳方格沙障运行费用相对较低可使用2-3年左右，这就是当地广泛应用沙柳沙障的原因。 6.5 结论 从固沙措施效果分析：防风沙障布设初期防沙固沙效果明显。但随着防护时间的延长，随着沙丘的运动变化易发生沙埋、倒伏、破损、腐烂等问题，使其防护的高度下降，防护作用逐渐损失；人工植物栽种初期防风固沙效果较弱，但随着时间延伸其防护高度和效果也增长。因而，二者各有利弊，在施工中宜需要因地制宜采取不同组合形式。 从运营维护成本分析：经编防风固沙方格和沙柳沙障成本相差不大，可在沙区大面积使用，但需加强后期维护与管理；人工植被投入成本最高，但其防护时间长，应在本线杀害严重的地区进行植被固沙，以达到根治沙害防治效果。