西安至成都高速铁路朱鹮防护措施研究

赵留辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

引言

新建铁路西安至成都高速铁路(以下简称“西成高速铁路”)西安至江油段的建设，对于促进我国西部地区社会、经济快速发展有着十分重要的作用，但同时也会对所经秦岭局部地区的珍稀野生动物造成一定程度的影响[1]。朱鹮作为“秦岭四宝”中唯一的鸟类物种，其具有“我国特有鸟类”、“国际保护鸟”、“吉祥之鸟”、“东方保护明珠”等多重身份，因此，朱鹮的防护成为修建西成高速铁路的关注热点问题之一[2-6]。铁路工程设计工作中的鸟类防护设计研究目前在全球范围内仍处于初始阶段，随着列车运行速度的不断提升，因为逃逸不及或飞行穿越而造成的鸟类碰撞事故概率逐步增大，目前国内运营的高速铁路多次发生飞鸟撞裂列车车窗玻璃事件。这不仅对鸟类造成伤害，同时对列车运营安全也具有一定的潜在威胁，为降低交通工程对野生动物的影响，设计缓解措施已是可持续交通发展战略的必要组成部分[7-9]。

为了更好地保护朱鹮及确保列车运营安全，及早掌握工程建设及运营过程中朱鹮等鸟类与列车运营的相互影响，开展西安至成都高速铁路朱鹮防护措施研究。首先借鉴国内外不同领域的驱鸟经验及防鸟撞技术，结合实际情况，设计和选取适合的防护措施开展现场试验，而后对防护措施进行分析比较，最后选取最优的防护措施在西成高速铁路进行施工。

1 工程概况

新建西成高速铁路行经陕西省洋县，无法绕避陕西汉中朱鹮国家自然保护区实验区，在DK213+650～DK215+200段线路以特大桥形式跨越朱鹮保护区湑水河段实验区约1.55 km。另外，线路DK188+100～DK213+700段主要以桥梁形式从保护区内实验区之间的预留建设通道经过，与保护区内实验区边缘距离1～5 km，部分地段桥梁高度大于10 m。新建西成高速铁路工程在朱鹮自然保护区内，除修筑桥梁及新增少量永久用地外，无其他工程。

2 朱鹮生态行为特征及相关的防护启示

(1)朱鹮觅食地偏好于水田、稻田、河滩、池塘等地[10-12]，因此在允许条件下应尽量使朱鹮觅食地远离西成高速铁路。

(2)朱鹮属昼间活动鸟类，夜间无活动。防护措施应主要围绕日间防护为主，可不考虑夜间灯光驱赶、视觉引导功能[13-14]。

(3)朱鹮对鲜艳颜色较为敏感，故可将防护表面涂刷较为鲜艳的颜色，同时考虑与区域整体背景景观的协调性[15]。

(4)朱鹮飞行高度集中于15～30 m空域，当觅食地与夜宿地距离较远时飞行高度会适当提高。西成高速铁路防护措施集中设置于桥梁上，桥梁本体架空高度多位于8～15 m，局部浅山段桥梁高度18～27 m，主要为沟谷地段[16-17]。故防护措施自身高度结合桥梁板厚度应小于15～20 m为宜。

(5)当夜宿、觅食地距离较远时，朱鹮飞行高度多大于30 m[18-19]，所以对飞行高度小于30 m的起落位置进行重点观测调查。

3 朱鹮防护措施试验方案与监测方案

现场试验位置选定为胥水河特大桥DK214+899.55～DK215+128.45处，试验段长度为228.9 m。

3.1 防护措施试验方案

采用3种防护措施方案，分别为防护透光板、不透明防护板、防护网，其中防护透光板65.4延m，防护板65.4延m，防护网98.1延m。同时在3种方案基础上增加辅助驱鸟措施方案。

(1)防护透光板

防护透光板采用高强度、带紫外线、加筋亚克力板，设置高度为4.0 m，见图1。

(2)不透明防护板

不透明防护板为高强度非金属轻质板，设置高度为4.0 m，材料应满足防火、防腐蚀、防潮(水)、防老化、防眩光、防尘等要求，见图2。

图1 防护透光板

图2 不透明防护板

(3)防护网

采用金属焊接网(图3)和金属编织防护网(图4)两种形式，防护网高度均为4 m。防护网为弹性材质，降低朱鹮碰撞致死、致伤发生概率，同时应满足工程安全性，对列车运营无干扰。

图3 金属焊接防护网

图4 金属编织防护网

金属焊接防护网：网格尺寸根据朱鹮个体形态及碰撞后逃逸行为等要素控制设计，无捕捉能力。为保证朱鹮喙和头部移动畅通且不会窜过防护装置，确定网格横向间距在2～4 cm。网格高度满足朱鹮喙在摆头动作后能脱离格栅束缚，确定为25 cm。金属焊接防护网选用黄色紫外线反射涂料，提高辨别能力。

金属编织防护网：采用立柱加单绞菱形网片以及反光条的防护形式组成。网格尺寸依据防护对象而定，网孔尺寸3 cm×3 cm、有一定的伸展度和足够的柔性和弹性，可以缓解在大风浓雾等极端天气条件下朱鹮发生碰撞所产生的伤害。防护网骨架外侧配以鲜艳识别度高反光条，足以让朱鹮辨别出防护网而避开。防护网采用防腐性能良好的5%锌-铝-稀土合金钢丝，同时采用热浸锌钢柱和渗锌连接构件。

(4)辅助驱鸟措施

在多雨雾气象条件的洋县地区，仅采用结构防护措施尚存在不足，视觉上的不利及防护措施支撑骨架的非弹性特质也会增加朱鹮碰撞、躲闪不及的事故几率，因此在防护措施骨架处设置兼具色彩明显且具有一定自发声功能的设施，以达到从视觉、听觉角度对飞行朱鹮进行事前预警以及达到标定防护轮廓的目的。

通过对机场、电力设施、果园等地所采用的驱鸟、防鸟设备进行汇总甄别分析，在结构防护措施基础上，在防护措施连接骨架及H型钢立柱外侧贴反光膜，在接触网不同构件顶部安装风车驱鸟器。

3.2 监测方法

(1)定点观察

设置固定监测点1处，配备2名监测人员，在固定地点，采用高倍望远镜，进行全天候多方位观测。固定监测站点每个月进行1次监测。

(2)全天候远红外自动相机监控

在防护措施试验段两侧监测区域安装远红外触发拍摄装置，并配备相应光电互补系统以满足连续观测需要，定期对观测系统和信号传输系统进行检测及数据采集，见图5。

图5 全天候远红外自动相机监控设备准备

(3)动态监测

沿试验段进行动态巡查。并采用高倍望远镜观察鸟类动态、访问有关人员(如保护站工作人员、当地居民等)等方法对监测方法的调查结果进行补充、完善。每个月进行1次动态监测。

4 防护措施比选

对西成高速铁路试验段3种防护方案的防护效果进行了1年的监测，结果表明：朱鹮飞越防护措施次数为4 615只次，均选择主动避让防护措施，未发现鸟类碰撞防护措施的现象，3种防护方案均具有防护效果。

防护透光板及不透明防护板均为刚性板，一旦发生碰撞事故，可能对朱鹮造成伤害；防护板相对风阻较大，对桥梁基础要求较高，对列车行驶安全存在隐患；防护板安装之后外侧清洗工作是一个技术难题；不透明防护板一定程度上会影响乘客的视野，会对周围景观产生视觉干扰。而相对防护透光板及不透明防护板，防护网具有一定的弹性，可以降低碰撞对朱鹮个体的损伤，且防护网风阻较小，对列车行驶几乎不存在安全隐患，对乘客视觉干扰相对较小[20]。因此，综合考虑安全性、景观协调性及运营期视觉干扰等因素，防护网优于防护板。

对金属焊接防护网和金属编织防护网进行比较，两种防护网对朱鹮及其他鸟类都起到很好的防护效果。金属焊接防护网优点：(1)工艺简单，制作方便，材料购买便捷，仅需将网制作成尺寸为2 000 mm×1 800 mm规格后用角钢四周固定，并于角钢上预留螺栓孔即可；(2)具有一定的弹性。网格本身具有一定的弹性特征，可以降低碰撞过程中的个体损伤。缺点：(1)捕捉能力较强，朱鹮自主逃逸能力降低，孔径较小，朱鹮喙、头伸进孔径后，受喙、头长度影响而无法自主逃逸，即便扩大孔径，也容易导致孔径对朱鹮胸部卡掐；(2)弹性作用力无法详细控制。既有研究表明，动物骨骼受力的安全系数不大于10，虽钢质网格自身具有一定的弹性特性，但无法通过设计或施工来调节弹性力度大小，很有可能造成弹性力大于朱鹮骨骼受力极限，造成个体损伤[21]。

金属编织防护网优点：(1)视觉效果明显。采用醒目的反光条挡板，避免了朱鹮看不见防护网的存在。反光条采用特殊工艺制成的高分子材料的反光材料，反射效果明显。(2)柔性好，采用单绞格栅网，该单绞格栅采用柔性好的低碳钢丝，且网中钢丝成形为波浪形，具有一定的伸展性。(3)使用寿命长，格栅网采用5%锌-铝-稀土合金钢丝具有良好的防腐性能，盐雾试验结果表明1 300 h未出现锈蚀。(4)易修复，产品中用到的网片和反光条均采用可拆卸设计，菱形网片(独立可更换单元)通过压板和螺丝固定于钢柱上，反光条同样也通过螺丝固定于钢柱上，当菱形网片或反光条受到破坏后，可简单地通过单独更换网片或反光条对防护网进行修复。(5)材料环保，不污染朱鹮生活的环境，能与周边环境协调统一。综上分析，金属编织网优于金属焊接防护网。

5 西成高速铁路朱鹮防护措施工程

结合《新建铁路西安至成都高速铁路朱鹮防护措施试验段研究技术报告》及措施比选结果，在洋县沿线朱鹮分布区对于高度大于10 m的桥段，结合声屏障设置措施，对未设置声屏障的路段设置金属编制防护网(图6)，共33 014.62单延米，具体参数见表1。同时选定辅助驱鸟措施：硬横梁吊柱底座、AF线门型架底座处设风车光片式驱鸟器，每底座1处；棘轮补偿装置下底座设风车光片式驱鸟器，每底座1处；AF肩架上设风车光片式驱鸟器，每肩架1处；隧道外对向下锚处设风车光片式驱鸟器，每对锚设1处；隧道外隔离开关底座处设风车光片式驱鸟器，每底座2处；轻型硬横梁及上网门形架处设风车光片式驱鸟器，每组2处；另外在朱鹮活动频繁的佛坪(DK143+165)至城固北(DK217+750)区段，在隔离开关底座附近、棘轮补偿装置底座附近、硬横跨附近增设超声波驱鸟器。

图6 西成高速铁路朱鹮金属编织防护网防护措施

序号性能参数指标1钢柱抗弯曲荷载/(kN·m)82网片顶破力/kN353抗冲击/J5004防腐工艺符合《金属覆盖层和钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》(GB/T 13912—2002)5检测盐雾试验钢丝符合《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》(GB/T 10125—2012)6防火性符合《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB8624—2012)B级7抗风压最大弹性挠度不应超过L/100(L为构件最大自由长度),残余变形不应超过L/5008抗疲劳性符合《金属材料 疲劳试验 旋转弯曲方法》(GB/T 4337—2015)9反光膜符合《道路交通反光膜》(GB/T 18833—2012)二级反光膜要求10使用年限不低于50年(不含反光膜)

6 结论

西成高速铁路于2017年9月27日试运行，2017年12月6日正式开通运营，列车开通运行以来，无朱鹮及其伴生鸟类与列车或线路接触网设备相撞事故的发生，说明朱鹮对高铁工程及防护措施已具备一定的适应性，且防护措施具备防止朱鹮撞伤的防护效果，对今后类似的铁路工程的防鸟措施具有一定的借鉴作用。