和田—若羌铁路风沙区段选线研究

马世杰

新疆铁道勘察设计院有限公司，乌鲁木齐830011

1 工程概况

和若（和田—若羌）铁路位于新疆维吾尔自治区和田地区和巴音郭楞蒙古自治州境内。东起格库（格尔木—库尔勒）铁路若羌站，向西经过若羌、且末、民丰、于田、策勒、洛浦、和田7个县市及新疆生产建设兵团第二师三十七团、三十八团和第十四师二二五团，最终接入喀和（喀什—和田）铁路和田站，线路全长825.476 km，见图1。线路沿昆仑山北麓的山前洪积平原和塔克拉玛干沙漠南缘与G315 国道并行自东向西延伸，其建设可进一步完善区域路网布局、深入推进“一带一路”建设和区域协调发展，是中亚、南亚邻国与中国内陆地区客货交流的重要运输通道［1］。

图1 和若铁路沿线地貌格局

和若铁路沿线气候干燥，风速大、频率高，地形开阔，沙源丰富，除了沿线市县周边以及河流下游有水的地方为绿洲、湿地景观，其余段落均有不同程度的风沙危害。全线风沙段落长度占线路总长的65.2%。

2 和若铁路沿线风沙特点及危害

2.1 风沙来源及风向

和若铁路风沙来源于塔克拉玛干沙漠。塔克拉玛干沙漠地表为几百米厚的松散冲积层，沙漠里沙丘绵延，受风的影响沙丘时常移动。

若羌风向以东北风为主，发生频率高，且风力较强；且末也以东北风为主，平均风速相对若羌略有减小；民丰风向多变，以东北风和西南风为主，与若羌、且末相比风力减弱；于田风向以西风为主，风力弱；和田风向多变，西北风发生频率高，风力较弱。

2.2 风沙的输沙量和移动距离

沙丘形态多由风向及沙源丰度决定，沙丘不同部位光照度和反射光谱不同，其在卫星拍摄照片上显示差别较大，容易识别，尤其是迎背风坡及沙丘脊线［2］。利用该特性勘测人员在每个测点选择典型沙丘测量估算沙丘移动距离，共选取22 个测点。具体分布参见图1。

结合实地勘测结果与卫星拍摄照片，对和若铁路各风沙段的输沙量、沙丘移动距离进行测算，结果见表1。

表1 和若铁路各风沙段年输沙量和沙丘移动距离

由表1可见：DK113+000—DK149+000段、DK535+800—DK546+000 段、DK567+500—DK586+000 流动沙丘段风沙活动剧烈，风沙的年输沙量及移动距离大 ，DK252 + 000—DK261 + 000 段 、DK496 + 000—DK512+000段、DK617+000—DK626+000段、DK632+000—DK638+000 段风沙的年输沙量及移动距离次之，应对上述段落线路经风沙区方案做重点研究。

2.3 铁路沿线风沙危害

和若铁路沿线风沙危害主要表现形式是沙埋和风蚀。全线有347个风沙段落，总长538.12 km。其中273个段落受风沙影响，总长412.54 km，见表2。综合考虑沿线的地貌形态、植被条件、风况、沙源、输沙量、沙丘的移动距离等因素，根据TB 10027—2012《铁路工程不良地质勘察规程》中风沙危害程度分类方法［3］，将和若铁路风沙危害程度分为严重、中等、轻微三类。

表2 各类风沙段落分布及其受风沙影响程度

3 铁路沿线水文地质特征及风沙防治措施

植物防沙措施是一种根本且有效的固沙措施，可使流动沙丘逐步变为半固定或固定沙丘，进而达到永久固沙的目的［4］，而植物防沙的根本前提就是适宜的水文地质条件。和若铁路沿线基本位于洪冲积扇边缘地区。根据径流运移规律，水质条件良好，但出水量关系到植物防沙工程的实施效果。

经过详细勘查，和若铁路沿线地下水主要为第四系孔隙潜水和微承压水，水位受地形地貌影响变化明显。除个别钻孔外，钻孔涌水量为100～600 m3/d，地下水矿化度小于5 g/L，可用于植物灌溉。

采用外阻内固、外高内低的防沙模式。沿线在有灌溉条件的长大连续风沙段落（285.7 km），工程防沙和植物防沙相结合，树种采用当地的耐旱、固沙能力强的树种［5］；局部零星段落及地下水超采区（66.05 km）采用芦苇沙障、芦苇方格治沙；固定沙丘、沙地地段（125.58 km）植被覆盖率大，依靠天然植被抵御风沙危害，建设中不采取防沙措施；其余60.79 km 为桥梁段落，也不采取防沙措施。

4 风沙地区铁路选线勘测内容及选线原则

4.1 风沙地区铁路选线勘测内容

1）充分收集高分辨率遥感影像等各种资料、现场调研，查明风沙的分布范围、类型、主导风向、规模和严重程度，判明风沙发生、发展的原因和规律以及对铁路建设及运营期的危害程度。

2）通过实地测量风沙段落沙丘移动速度、年输沙量等主要参数，得到初步的风沙参数。

3）采用物探与水源钻探相结合的方法查明沿线地表及地下水埋藏条件、水质水量等，详细评价沿线水文地质条件。结合沿线植物生长类型及生长环境，掌握风沙的可治理性。

4）建立观测站对气象要素、沙丘形态、风沙活动规律等进行观测，项目勘测期间可建立典型观测断面，对风力状况、下垫面组成进行定期定位观测，查明铁路沿线年最大输沙量、沿线风力空间分布特征，为防护设计提供依据。

5）建立风沙监测系统，观测大风携沙量及其相应的风速风向，得出输沙量和气流运动变化之间的关系，查明当地风沙流特点，为铁路选线设计、防护工程设置提供支撑。

4.2 风沙地区选线原则

1）风沙地区选线应尽量绕避流动沙丘、沙地和对线路影响严重的半固定沙丘、沙地，避免大范围的治沙工程。在大面积风沙地区，无法完全绕避时应以最短距离通过，或在相对低矮沙丘段通过。宜在沙丘边缘地带、沙丘中河流两岸或古河道、沙丘间草滩植被相对好的地段通过，并加强防沙措施。

2）线路走向宜与主导风向平行或呈小角度相交［6］，尽可能不通过沙丘的下风侧。路基应采用低填方通过，少设曲线，必须设置时宜采用大半径曲线。

3）线路尽量从半固定、固定沙丘等危害程度相对轻的地段通过。选择靠近既有公路，特别是公路既有防沙工程的下风侧通过。

4）线路通过半固定沙丘、沙地及戈壁风沙流（危害程度中等～弱）地段，设计纵断面时应尽量避免不填不挖、半填半挖路基，特别避免设置长、深路堑。应采用路堤形式，路堤高度以3 m为宜［7］。

5）线路走向与对线路危害严重的风沙区垂直，受条件限制无法绕避时，优先采用桥梁或隧道的形式通过。桥梁下应设置足够的净空，以利风沙通过和清沙机械作业。隧道洞口应尽量与风沙区主导风向垂直。

6）根据沿线的水源情况、植被情况、风沙类型对线路方案进行技术、经济比较，因地制宜地制定植物防沙和工程防沙措施。

5 不同风沙区段线路通过方案

5.1 流动沙丘段（DK135+500—DK148+850段）

和若铁路沿东北向分布，危害严重的流动沙丘带大致呈东西向，局部范围内无法绕避流动沙丘。综合考虑沙害治理、线路养护维修等因素，以最短线路通过流动沙丘带。根据地层情况，结合不同工程措施应对沙害的特点，在同一平面中线不同高程设计了三种方案，如图2所示。

图2 线路经流动沙丘段方案

1）以桥代路方案

在流动沙丘影响范围内以桥代路通过，静态投资4.84 亿元。特大桥 1 座，长 8 137 m；涵洞 3 座，总长62.46 m；有砟轨道段落长13.35 km。

2）路基通过方案

在流动沙丘影响范围内采用路基形式通过，静态投资4.64 亿元。涵洞27 座，总长350.19 m；无砟轨道段落长13.35 km。

3）明洞+路基通过方案

在流动沙丘影响范围内风沙危害严重段落设置明洞，其余地段以路基形式通过，静态投资4.80 亿元。明洞1座，长1 960 m；涵洞23座，总长298.31 m；无砟轨道段落长13.35 km。

以桥代路方案桥梁地段纵断面高度基本在13 m以上，桥下有较充足过沙空间，利于风沙通过，应对地面及其上部一定高度范围风沙危害优势明显。路基通过方案无砟轨道清沙条件较好，后期通过对路基无砟轨道段开展风沙监测、加强清沙工作，可以减弱沙害影响，但项目建成后路基会成为一道挡沙墙，阻挡风沙的移动和通过，会不断恶化区域的风沙形态及分布，影响铁路运营安全。明洞+路基通过方案在明洞段落内通过加强两端洞口风沙防护可减轻沙害影响，区域内风向N60°E，与线路小角度相交，明洞出口容易积沙且明洞内积沙后清理难度较以桥代路方案、路基通过方案大。

综上，以桥代路方案虽然投资较多，但应对沙害优势明显，对原输沙通道的影响最小，且有利于后期运营，养护维修工作量小，故本段推荐以桥代路方案。

5.2 车尔臣河以东苏中农场区段（DK243+200—DK266+500段）

该区段沿线有流动沙丘、沙地。综合考虑其分布范围、在建高速公路走向、工程地质水文条件等制定了两个方案，如图3所示。

图3 车尔臣河以东苏中农场区段经风沙区方案

1）靠近在建高速公路方案

线路自比较起点（DK243+200）引出后与在建高速公路并行，向西南方向走行，局部经风沙严重地段，向西跨越车尔臣河至比较终点（DK266+500）。线路长23.30 km，静态投资5.85 亿元。特大桥1 座，长3 363.30 m；中桥4座，总长158.52 m。

2）两次跨越在建高速公路方案

线路自比较起点引出后上跨在建高速公路后，向西经苏中农场，再次上跨高速公路，而后向西跨越车尔臣河至比较终点。线路长23.23 km，静态投资6.23 亿元。特大桥 1 座，长 2 930.3 m；大桥 2 座，总长690.3 m；中桥6座，总长308.2 m。

两次跨越高速公路方案线路经过的不良地质区段主要为半固定沙地，且线路位于农田区边缘，从风沙地段长度及风沙对线路的影响来看，两次跨越在建高速公路方案优于靠近在建高速公路方案。

靠近在建高速公路方案线路从车尔臣河以东治沙基地和大芸基地附近通过。此段虽然风沙危害较为严重，但从车尔臣河以东风沙治理情况、水文条件来看，该区段风沙可治理性比较强。当地通过种植肉苁蓉等已探索出一条创收和防沙双赢的道路，并且此方案占用农田少，线路平面顺直，与在建高速公路无干扰，与两次跨越在建高速公路方案相比工程投资少3 800万元。因此，本区段推荐采用靠近在建高速公路方案。

5.3 新月形沙丘链段（DK565+900—DK591+500段）

该区段线路长25.6 km，沿线有新月形沙丘链及风沙流分布，通过 2009 年 9 月 25 日—2013 年 10 月 30日的卫星遥感图对该区域风沙活动进行分析，沙丘链年移动速度为9.04～11.3 m。

2016年5月在该区域两处新月形沙丘链段设置了风沙移动监测点，2017 年12 月进行了复测，发现该新月形沙丘链移动最大距离约17 m。区域内新月形沙丘链高3～5 m，局部可达7 m，属于风沙危害严重区域。根据流动沙丘、沙地，风沙流规模及分布范围，结合现场地形、工程地质水文地质条件等制定了三个方案，如图4所示。

图4 DK565+900—DK591+500段经新月形沙丘区方案

1）桥梁通过方案

线路自比较起点（DK565+900）引出后，向西上跨尼雅河，以长17.42 km 特大桥穿过新月形沙丘链后，向西至比较终点（DK591+500），桥下净空约12.5 m。线路长25.60 km，静态投资8.48 亿元。特大桥1 座，长17 417.69 m；大桥2座，总长390.47 m。

2）明洞通过方案

线路自比较起点引出后，向西上跨尼雅河，以长13.48 km 明洞经过新月形沙丘链，然后以路基形式向西延伸至比较终点。线路长25.57 km，静态投资10.42 亿元。明洞 1 座，长 13.48 km；特大桥 1 座，长1 224.9 m；大桥2座，总长553.2 m。

3）路基通过方案

线路自比较起点引出后，上跨尼雅河，然后向西以路基方式经过新月形沙丘链后至比较终点。为减小道床积沙，减小后期清沙及维护成本，严重沙害段采用无砟轨道。线路长25.50 km，静态投资6.85亿元。特大桥1座，长2 598.3 m；大桥2座，总长390.47 m。

从防沙能力来看，明洞通过方案总体防沙能力强，但区域内主风向为S80°W，与线路呈小角度相交，明洞出口易灌沙。路基通过方案以低路堤通过，路堤高度约3 m，区域内沙丘链高度一般都大于3 m，且移动速度快、输沙量大，极易掩埋防护工程及路堤。桥梁通过方案采用全桥通过沙丘链段，桥下预留一定净空，不会产生大面积积沙，因此对线路危害不大。桥梁通过方案工程投资虽然比路基通过方案多1.63亿元，但比明洞通过方案少1.94亿元。

综上，以桥梁方式通过沙丘链段，桥下预留一定净空，风沙对线路的危害小，便于维护，运营条件较好，故本段推荐桥梁通过方案。

6 结语

本文根据和若铁路沿线风沙特点、危害程度、水文地质条件等，总结了和若铁路风沙防治措施、风沙地区铁路勘测内容和选线原则。

综合考虑风沙危害程度、输沙量、工程地质水文地质条件、风沙的可治理性等因素，分别对三个典型风沙区段线路通过方案进行了比选。建议流动沙丘段采用以桥代路方案，车尔臣河以东苏中农场区段采用靠近在建高速公路方案，新月形沙丘链段采用桥梁通过方案。本文研究方法可为类似风沙地区铁路选线设计提供借鉴。