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沙漠铁路的风沙危害及其防治技术

发布时间:2020-01-04 13:04:14? 文章来源:/? 作者:曹编辑? 阅读:次


(青海地方铁路建设投资有限公司,810000)
摘要:沙漠地区存在着植被稀少、大风频繁、气候干旱等特点,一旦有风刮起,就会出现沙丘移动、风沙流运动的情况,甚至还有可能会将铁路的钢轨与道床掩埋,严重影响到铁路的养护与正常运营。本文首先分析了铁路沙害的形成及危害,其次,深入探讨了沙漠铁路风沙防治技术,其中包括:植物防沙技术、工程防沙技术等,具有一定的参考价值。
关键词:沙漠铁路;风沙危害;防治技术

1.前言
我国是全球沙漠面积最大的国家之一,占到了17.6%的国土面积。境内的东北、华北、西北等地主要有12 个大沙漠,包括腾格里沙漠、古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠等,沙漠南北最宽达到6百公里,东西最长达到4千公里,据统计,截止到2016年12月30日,我国沙漠地区、戈壁地区的总面积已经达到了168.9×104平方公里。随着我国目前开发沙漠地区的力度日益加大,沙漠铁路交通在近年来得到了较大程度的发展。我国早在1958年所修建的包兰铁路就已经穿越了腾格里沙漠,这也是我国沙漠铁路建设的“启始年”,而后又相继建设了十多条沙漠铁路干线,总里程高达数千公里。但是一直以来,风沙严重危害到沙漠铁路的正常运行,本文就沙漠铁路的风沙危害及其防治技术进行探讨。
2.铁路沙害的形成及危害
沙漠地区存在着植被稀少、大风频繁、气候干旱等特点,一旦有风刮起,就会出现沙丘移动、风沙流运动的情况。一旦铁路线路、铁路路基上部结构阻挡了风沙流,那么就会在此处堆积出大量的沙粒,甚至还有可能会将铁路的钢轨与道床掩埋,严重影响到铁路的养护与正常运营。从目前来看,风沙已经严重危害到了沙漠铁路的行车安全,尤其是在冬春风季更为严重。通常而言,风蚀与沙埋是风沙危害沙漠铁路的主要表现形式。
2.1沙埋
(1)片状沙埋
片状沙埋是铁路沙埋常见形式,多由风沙流沉积形成,主要出现在戈壁风沙流地区及流动沙地。风沙流运动的基本形式有三种,分别是表层蠕移、跃移、悬移,且地表高 30 cm内是其主要的运动区域。一旦风沙流运动受到了抑制或者阻碍,那么就会对气流搬运沙粒的作用力产生影响,稍加时日,就会出现沙粒堆积现象。铁路线路、铁路路基上部结构会阻挡了风沙流,那么就会在此处堆积出大量的片状积沙。
(2)堆状沙埋
堆状沙埋大多都是由处于整体移动状态的活动沙丘而形成。基于沙丘的运动情况,可将其分为三大类,分别是固定沙丘(植被覆盖率高于40%)、半固定沙丘(植被覆盖率高于15%,但低于40%)、活动沙丘(植被覆盖率低于15%)。通常而言,沙丘的移动运动速度的快慢与沙丘的高度、风力的强弱、输沙量等均存在着较大的关系。风沙危害最为严重的地区通常为活动沙丘、输沙量大、沙源丰富的地段。
2.2风蚀
风蚀基本出现在戈壁风沙流地区(风力强度较大),大风既会对铁路的路基造成风蚀,又会破坏到行车设施(如通信信号、电力设施等),甚至还有可能会将列车吹翻,导致出现一系列重大的行车事故。针对这种情况,通常均会采用一些防治措施,如在风口段修建挡风墙、坡面加固等。
2.3线路积沙
线路积沙会较大程度地危害到沙漠铁路的养护与运营,铁路沙害可基于线路积沙程度来分为三大类:一般沙害,也被称为三级沙害,道床会被积沙掩埋;中等沙害,也被称为二级沙害,配件、轨枕会被积沙掩埋;严重沙害,也被称为一级沙害,轨面在风季会被积沙掩埋。风沙对铁路运营养护的危害主要表现在:
(1)风沙会堵塞铁路的桥涵,并且还有可能会对排洪造成影响;若不能在第一时间进行处理,那么就可能会引发次生洪水灾害。
(2)风沙会让铁路线路的养护工作量大幅度增加,有鉴于此,务必要定期巡视沙害地段线路,尤其是在风季更要及时将线路积沙进行清除。
(3)风沙会让钢轨的磨耗量大大增加,进而导致扣件、钢轨的使用寿命大幅度缩短。与无沙害地段相比,沙害地段的钢轨磨耗量会增加4~5倍,尤其是若有盐分出现在沙粒中,那么还会让扣件、钢轨出现腐蚀的情况,进一步加剧其使用寿命的缩短。
(4) 风沙会对线路行车安全造成较大的影响影响。若轨头部分出现了积沙现象,那么会对列车运行造成影响;若积沙严重,还有可能会出现火车脱轨掉道的情况。
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(5)风沙较易让线路质量降低,进而出现一系列的线路病害。一旦道床出现积沙现象,沙粒在列车振动的作用下就会不断地渗落到道碴下方,在道床底部出现聚集的现象,进而抬高钢轨、枕木,并有可能会出现低接头、三角坑等问题,这样一来,无疑会对轨道的几何状态造成影响,降低线路质量。
3.沙漠铁路风沙防治技术
3.1植物防沙技术
通过营造防沙林带,既能够对周边的生态环境予以改善,又能够对沙地的理化性质进行改善,还能够大幅度降低风沙流的运动速度,防沙效益明显。众所周知,沙漠铁路沙害防治工作中最佳的措施就是植物防沙,能够在防护林带前后出现弱风区,这些弱风区能够对风沙流的运动进行抑制、拦截。通常而言,防沙林带的防护效果与其透风性能、疏密结构、林带高度等因素有关;与此同时,沙生植物的根系组织较为发达,能够对周围沙层产生固结;沙生植物若出现腐败,那么还会让地表沙层的粘性得以增强,在很大程度上促进流沙成土。
沙漠地区由于贫瘠的土壤、干旱的气候条件而不太有利于植物的生长,而固沙造林的技术含量较高,要达到提高固沙造林质量的效果,那么就务必要做好林带配置、树种选择等一系列问题。值得注意的是,植物防沙务必要严重按照生态适应性规律来开展,植物种植在干旱地区(年降水量低于 300 mm),如果没有行之有效的灌溉措施,是很难让这些植物成活;植物种植在半干旱地区(年降水量300~500 mm),,草本植被、灌木可在无需人工灌溉的情况就能够达到较好的生长状态;而乔木只能成活于半湿润地区和湿润地区。而各地的乡土树种通常都会较好地适用当地环境,可将其优先作为营造防沙林带的植物。
3.2工程防沙技术
工程防沙是指将防沙工程结构设置在流沙上,风沙流的堆积条件、地表的积蚀变化可通过人为控制的方式来进行改变,这样一来,以此来避免风沙过多危害到铁路。工程防沙的见效速度快、适用范围广、工程造价低,通常都会将工程防沙作为植物防沙的先导工程。但是工程防沙也存在着一定的弊端,包括需要不断地重复更新、防护年限短等。
3.2.1固沙措施
(1)沙面覆盖。沙面覆盖的材料通常都选用粘土、碎石等天然材料,将这些天然材料平铺于沙面,通过其抗风蚀性来确保地表不会出现风蚀的现象。当然,目前还发展出了一种新方法,就是在流沙喷洒化学材料来达到固定的效果。
(2)格状沙障。格状沙障的材料通常都选用粘土、麦草、盐土、块石、芦苇等,将这些材料平铺于流沙上,以此来设置为若干个方格沙障,以此来让地表风速降低,避免出现风沙流。格状沙障中应用效果最佳、应用最为普遍的即为麦草方格沙障,能够大大增加地表粗糙度,让地表风速降低,既可避免出现风沙流,又可有利于形成沙地结皮,还能够为沙生植物的生长提供较佳的环境与条件。
3.2.2阻沙措施
栅栏阻沙是应用效果最佳、应用最为普遍的一种阻沙措施,主要是利用栅栏来对局部范围内的气流速度、气流方向进行改善,让沙粒堆积在栅栏周围。阻沙效果通常与阻沙栅栏的结构关系密切,若阻沙栅栏的空隙度为0.5,那么栅栏后积沙的高度可达到栅栏的12~14倍;若阻沙栅栏的空隙度为0.25,那么栅栏后积沙的高度可达到栅栏的7~8倍;若栅栏的结构严密、空隙度较小,那么迎风侧积沙高度可达到栅栏的2~3倍。在实际工程建设中,透风结构栅栏(空隙度为0.25~0.45)是最常见的结构形式,而阻沙栅栏材料可选用当地出产的竹片、芦苇、树枝等。
3.2.3输沙措施
输沙措施是指通过减少地表粗糙度和加强局部位置的风速,造成风沙流在铁路上非堆积搬运条件,将风沙流输移过线路,达到在线路上不产生积沙的目的。下导风栅板输沙结构是目前工程上常用的输沙措施,它能够压低气流速度,进而达到提高下导风
出口处贴地表风速的效果,在沙漠公路上取得了较佳的应用效果,但铁路应用上有局限性,还有待探讨。
参考文献
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本文来源:沙漠铁路的风沙危害及其防治技术:/lunwen/9005.html

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