中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 道路交通是文明和生產(chǎn)力的重要標(biāo)志,與人類生存和發(fā)展息息相關(guān),同時(shí)作為一種地面構(gòu)筑物,也受到區(qū)域多種自然條件的影響。風(fēng)沙活動(dòng)為一種氣固兩相流現(xiàn)象,主要發(fā)生在干旱半干旱地區(qū),以及半濕潤地區(qū)的河湖沿岸、沿海地區(qū)。中國沙區(qū)大多分布在內(nèi)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(qū)呈一弧形條帶,東西綿延約?4?000?km,南北寬約?60?km,總面積達(dá)?1.308×10⁶km²,約占國土面積的?13.6%。

18?世紀(jì)工業(yè)革命后,現(xiàn)代化道路(公路和鐵路)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了人類的發(fā)展。截至?2019?年底,中國公路總里程達(dá)?4.8465×10⁶?km,其中高速公路1.426×10⁵?km;鐵路營業(yè)里程達(dá)?1.39×10⁵?km,其中高鐵?3.5×10⁴?km。20?世紀(jì)?50—80?年代,伴隨著交通干線的建設(shè),中國在干旱半干旱地區(qū)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(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。20?世紀(jì)?80—90?年代,隨著塔里木盆地油氣資源勘探開發(fā),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(dòng)沙漠公路風(fēng)沙危害防治技術(shù)的難題。2000?年后,隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,沙區(qū)交通干線建設(shè)大規(guī)模開展,防沙技術(shù)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(qū)高速交通干線建設(shè)加快,防沙技術(shù)進(jìn)一步得到提升。

交通干線的風(fēng)沙危害形式及防治原則

風(fēng)沙危害形式

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

 風(fēng)沙危害防治原則

交通干線風(fēng)沙危害防治應(yīng)遵循以下原則:預(yù)防為主,防治結(jié)合;因地制宜,因害設(shè)防;綜合治理,充分發(fā)揮各種措施的效能。在交通干線設(shè)計(jì)階段,應(yīng)制定科學(xué)合理的線路方案,繞避嚴(yán)重風(fēng)沙危害區(qū)段,盡量使線路走向與區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)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(fēng)沙流可以非堆積搬運(yùn)形式通過。目前,高等級公路常采用的波形板護(hù)欄容易引起路面積沙,故高等級公路防沙標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)高于公路。

交通干線防沙體系的配置及維護(hù)

防沙措施和防沙原理

在防沙實(shí)踐中,中國創(chuàng)造了多種防沙措施,風(fēng)沙危害得到了有效防治。根據(jù)防沙材料性質(zhì),防沙措施一般可以分為機(jī)械措施、化學(xué)措施和生物措施;根據(jù)力學(xué)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(dǎo)型(如下導(dǎo)風(fēng))、轉(zhuǎn)向型(如羽毛排)、消散型(如揚(yáng)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(fēng)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(fēng)蝕能力;增加或減小風(fēng)沙流局地運(yùn)動(dòng)阻力;引導(dǎo)改變風(fēng)沙流運(yùn)動(dòng)方向等。

在防沙工程建設(shè)中,須綜合考慮沙源、風(fēng)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(jī)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(jià)和環(huán)保要求,防沙工程多傾向采用鄉(xiāng)土材料。

防沙體系的結(jié)構(gòu)配置模式

防沙措施沿交通干線的空間結(jié)構(gòu)配置稱為防沙體系。防沙體系不僅關(guān)系工程安全,而且決定了工程建設(shè)成本及后期運(yùn)行維護(hù)成本,必須貫徹因地制宜、因害設(shè)防理念。

風(fēng)沙環(huán)境復(fù)雜多樣,根據(jù)風(fēng)力強(qiáng)弱和沙源多少的組合情況,可定性地將其分為?4?類:弱風(fēng)少沙型、弱風(fēng)多沙型、強(qiáng)風(fēng)少沙型、強(qiáng)風(fēng)多沙型(表?1)。相應(yīng)地,沙區(qū)交通干線防沙體系可總結(jié)為?4?種結(jié)構(gòu)模式:以固為主型、阻-固結(jié)合型、擋風(fēng)輸沙型、阻-固-輸結(jié)合型(表?1)。此外,當(dāng)線路與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向夾角較小且有適宜的導(dǎo)沙區(qū)域(如溝壑、河谷)時(shí),阻-固結(jié)合模式的外側(cè)阻沙措施可變?yōu)閷?dǎo)沙措施,即調(diào)整為導(dǎo)-固結(jié)合型模式。

防沙體系的維護(hù)

沙區(qū)交通干線不僅要進(jìn)行路基和路面的防風(fēng)蝕維護(hù)管理,也要重點(diǎn)開展防沙體系維護(hù)。防沙體系功能會(huì)隨著其發(fā)揮防風(fēng)固沙作用而衰減,防沙材料也會(huì)逐漸腐朽老化。為了延長防沙體系壽命,需要不斷對其進(jìn)行維護(hù)和更新。防沙功能衰減并非全都從防沙體系的迎風(fēng)邊緣向內(nèi)部逐步推進(jìn),防沙體系內(nèi)部地形起伏處也可同步發(fā)生風(fēng)蝕和沙埋。防沙體系越寬,其維護(hù)成本越高;且由于日常的小范圍、多點(diǎn)維護(hù)不具規(guī)模效益,長期維護(hù)成本高于一次更新成本。因此,防沙體系的理論計(jì)算寬度(多存在技術(shù)性的沙害夸大問題)在經(jīng)濟(jì)學(xué)上并非最優(yōu),而適宜寬度的防沙體系長期更新成本更低,更符合實(shí)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(qū)域環(huán)境條件和風(fēng)沙危害特征,綜合集成機(jī)械、化學(xué)和生物防護(hù)措施的優(yōu)勢,合理配置、因地制宜,逐步構(gòu)建和完善了沙區(qū)交通干線防沙體系,確保了道路的安全運(yùn)營。

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