中國網/中國發展門戶網訊 道路交通是文明和生產力的重要標志,與人類生存和發展息息相關,同時作為一種地面構筑物,也受到區域多種自然條件的影響。風沙活動為一種氣固兩相流現象,主要發生在干旱半干旱地區,以及半濕潤地區的河湖沿岸、沿海地區。中國沙區大多分布在內陸巨大山間盆地和廣闊的高平原上,從西北、華北到東北地區呈一弧形條帶,東西綿延約?4?000?km,南北寬約?60?km,總面積達?1.308×10⁶km²,約占國土面積的?13.6%。

18?世紀工業革命后,現代化道路(公路和鐵路)的出現極大地促進了人類的發展。截至?2019?年底,中國公路總里程達?4.8465×10⁶?km,其中高速公路1.426×10⁵?km;鐵路營業里程達?1.39×10⁵?km,其中高鐵?3.5×10⁴?km。20?世紀?50—80?年代,伴隨著交通干線的建設,中國在干旱半干旱地區的沙漠、沙漠邊緣、戈壁等地開展了道路沙害防治工作,尤其是包蘭鐵路沙坡頭段沙害防治,為交通干線沙害防治積累了寶貴的經驗和技術。20?世紀?80—90?年代,隨著塔里木盆地油氣資源勘探開發,我國成功修筑了縱貫塔克拉瑪干沙漠的油田公路,攻克了流動沙漠公路風沙危害防治技術的難題。2000?年后,隨著西部大開發戰略的實施,沙區交通干線建設大規模開展,防沙技術得到逐步完善。2010?年后,尤其是?2013?年“一帶一路”倡議提出之后,沙區高速交通干線建設加快,防沙技術進一步得到提升。

交通干線的風沙危害形式及防治原則

風沙危害形式

風沙活動可造成道路設施損害(如路基風蝕、涵洞堵塞、標識牌損壞等)、行車環境惡化(如路基積沙或沙埋、能見度變差)、車輛機械損壞(如零件磨損、外觀破損)、車輛傾覆、人員傷亡和財產損失,而通常所說的交通干線風沙危害形式僅限于風蝕及沙埋對交通設施的損害和對行車安全的威脅。

 風沙危害防治原則

交通干線風沙危害防治應遵循以下原則:預防為主,防治結合;因地制宜,因害設防;綜合治理,充分發揮各種措施的效能。在交通干線設計階段,應制定科學合理的線路方案,繞避嚴重風沙危害區段,盡量使線路走向與區域主導風向平行或小角度相交,并修建適宜斷面形式的路基。

公路路面光滑平展,風沙流可以非堆積搬運形式通過。目前,高等級公路常采用的波形板護欄容易引起路面積沙,故高等級公路防沙標準高于一般等級公路。而鐵路道床(包括道砟、枕木、鐵軌)粗糙起伏,易產生滯留積沙,不僅威脅交通安全,還易造成拱道危害。因此,鐵路防沙標準高于公路。

交通干線防沙體系的配置及維護

防沙措施和防沙原理

在防沙實踐中,中國創造了多種防沙措施,風沙危害得到了有效防治。根據防沙材料性質,防沙措施一般可以分為機械措施、化學措施和生物措施;根據力學原理將防沙措施分為封閉型(如片石封閉路基邊坡)、固定型(如草方格)、阻攔型(如高立式沙障、林帶)、輸導型(如下導風)、轉向型(如羽毛排)、消散型(如揚沙堤)等?6?類。不同防沙措施的作用原理主要包括:阻斷或抑制風沙氣固兩相流與地面的接觸及相互作用;增加積沙體或地表抗風蝕能力;增加或減小風沙流局地運動阻力;引導改變風沙流運動方向等。

在防沙工程建設中,須綜合考慮沙源、風況、地貌、降水、地下水位等因素,尤其要充分考慮防沙材料。防沙材料主要包括天然無機材料、植物秸稈、人工高分子合成材料、低等植物和高等植物等。鑒于工程造價和環保要求,防沙工程多傾向采用鄉土材料。

防沙體系的結構配置模式

防沙措施沿交通干線的空間結構配置稱為防沙體系。防沙體系不僅關系工程安全,而且決定了工程建設成本及后期運行維護成本,必須貫徹因地制宜、因害設防理念。

風沙環境復雜多樣,根據風力強弱和沙源多少的組合情況,可定性地將其分為?4?類:弱風少沙型、弱風多沙型、強風少沙型、強風多沙型(表?1)。相應地,沙區交通干線防沙體系可總結為?4?種結構模式:以固為主型、阻-固結合型、擋風輸沙型、阻-固-輸結合型(表?1)。此外,當線路與當地主導風向夾角較小且有適宜的導沙區域(如溝壑、河谷)時,阻-固結合模式的外側阻沙措施可變為導沙措施,即調整為導-固結合型模式。

防沙體系的維護

沙區交通干線不僅要進行路基和路面的防風蝕維護管理,也要重點開展防沙體系維護。防沙體系功能會隨著其發揮防風固沙作用而衰減,防沙材料也會逐漸腐朽老化。為了延長防沙體系壽命,需要不斷對其進行維護和更新。防沙功能衰減并非全都從防沙體系的迎風邊緣向內部逐步推進,防沙體系內部地形起伏處也可同步發生風蝕和沙埋。防沙體系越寬,其維護成本越高;且由于日常的小范圍、多點維護不具規模效益,長期維護成本高于一次更新成本。因此,防沙體系的理論計算寬度(多存在技術性的沙害夸大問題)在經濟學上并非最優,而適宜寬度的防沙體系長期更新成本更低,更符合實際。

交通干線防沙模式與成功案例

多年來,我國科技工作者針對不同區域環境條件和風沙危害特征,綜合集成機械、化學和生物防護措施的優勢,合理配置、因地制宜,逐步構建和完善了沙區交通干線防沙體系,確保了道路的安全運營。

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