沙漠鐵路建設乾貨來了,解密中國「基建狂魔」沙漠鐵路建設進化史

天天聞旅 發佈 2022-12-19T08:09:32.861067+00:00

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在世界上有三分之一的土地是沙漠,由於其無水,無生命,被稱為人類生存的禁區。隨著人類活動對環境的破壞,沙漠也不斷侵蝕人們的活動空間,為了阻止它的前進,人類一直處於不斷地努力和嘗試中。沙漠鐵路便是人類克服自然的挑戰,邁向成功的重要一步。那麼被稱為「建基狂魔」的中國建設者們是如何建造出讓人驚嘆的「沙漠鐵路」,我們一起來解密「基建狂魔」沙漠鐵路建設進化史吧。

一、中國第一條穿越沙漠的鐵路——包蘭鐵路

包蘭鐵路是中國第一條沙漠鐵路,自包頭東站至蘭州站,全長990公里,穿越騰格里沙漠和鄂爾多斯沙漠,毗鄰庫布其沙漠,毛烏素沙地和烏蘭布赫沙漠。全線嚴重沙塵破壞率超過85%,全線有140公里在沙漠中穿行。這條鐵路於1954年10月開工,在1958年7月正式通車,實現了人類的一大壯舉。

然而,當時的蘇聯專家質疑:「這條鐵路線的使用壽命不會超過30年,並且會被風沙掩埋」。他們質疑的一大部分原因來自沙坡頭,這座移動沙丘卻是包蘭鐵路最大的絆腳石

包蘭鐵路需穿越中衛境內從迎水橋至甘塘55公里的沙坡頭沙漠地段。當時,世界上已有一些沙漠鐵路在通車以後,因不堪沙害侵襲,最後被迫停運、改道。如何防沙治沙、確保包蘭鐵路暢通無阻,成為擺在廣大科技人員和鐵路職工面前的一道難題。

寧夏沙坡頭地區位於騰格里沙漠東南緣,以高大、密集的格狀新月形沙丘鏈連綿分布而著稱。沙塵暴頻繁發生,年風沙天數多達200天,最大風力11級,天然植被覆蓋率僅為1%左右。為治理沙害、保障鐵路暢通,科技人員和蘭州局的治沙者全面打響了攻堅戰。中科院、鐵道部、林業部聯合組織攻關,中科院副院長竺可楨率100多名專家學者奔赴沙坡頭。

科技人員和鐵路職工先後進行了大面積的平鋪麥草壓沙和圓形、三角形、格狀、帶狀等各種不同形狀的麥草方格治沙方式試驗,克服重重困難,終於試驗成功了中國人的治沙「魔方」———1米×1米麥草方格

麥草草方格,使流沙不易被風吹起,達到阻沙、固沙的目的,然後引來黃河之水,並在草方格上栽種沙蒿、花棒、籽蒿、檸條等沙生植物,建立起旱生植物帶,營造擋沙樹林。幾十年間,沙漠科研人員和固沙工人在鐵路沿線的沙丘上共鋪設草障67000多畝,種植樹木1億4千多株,形成了一條長55公里、寬500米的綠色長廊,使包蘭線自通車至今,從沒有因沙害引起任何行車事故,被國外專家譽為「中國人創造的奇蹟」,這一治沙工程被譽為「世界奇蹟」,並榮獲聯合國「全球500佳環境保護獎」。這就是我國沙漠鐵路建設的初代防沙治沙「植物防沙」工程。


二、中國參建的世界第一條穿越沙漠地帶高鐵——沙特麥麥高鐵

在中東土豪國沙烏地阿拉伯有兩座伊斯蘭教聖城,一座叫麥加,另一座叫麥地那。兩座聖城均位於沙漠腹地,這座連接麥加與麥地那的麥-麥高鐵,又被稱為哈拉曼高鐵。鐵路全長450.25公里,為沙特政府投資的雙線電氣化客運專線,設計時速320公里/小時。項目總耗資600億美元,是中東地區最大的交通項目之一。該高鐵自從2009年開工建設,至2018年9月14日全面建成,並於同年9月25日正式通車。其中主體部分的建設施工是由中國企業完成的,包括鐵路的鋪設和高鐵站建設等(車輛是西班牙Talgo公司的)。

高鐵沿線地表起伏較大且多為鬆散的厚砂層,主要由紅色的砂粒組成,寸草不生,通行極為困難。風沙問題是哈拉曼高鐵工程在技術上面臨的最大挑戰。沙漠中有許多的流動沙丘,這些流動的沙丘被風一吹就會覆蓋線路。不時襲來的沙塵暴還會造成電氣設備、通信信號設施的磨損和侵蝕。

1、針對風沙移動的問題,麥麥高鐵主要採用工程防沙。中國建設者通過模擬預測沙子運動的方式,提早採取應急措施,努力減少沙子給運營帶來的負面影響。在風沙特別大的區域,鐵路兩側設置有攔沙溝和寬達40米的積沙平台儘可能降低風沙對鐵路系統的侵蝕。對於鐵路周邊一些比較危險的沙丘,採用瀝青碎石進行平面固沙;在局部岩石鬆散、破碎地段,設置錨索加固和錨杆掛網噴護工程。

中國在沙特採取的平面固沙的方法,使用的錨索加固和錨杆掛網等工程項目,很快就應用於京新高速的修建中。

2、針對沙漠地質環境還存在路基軟弱的問題,麥麥高鐵通主要採用衝擊碾壓和振沖擠密法處理的沙丘段路基,以便低造價、快速的完成路基基底的處理。由於衝擊碾壓法和振沖擠密法均能最大限度的就近施工沙丘中材料,極大地解決了沙丘施工材料來源及運輸困難的難題,不僅減少了對周邊環境的影響,也為優質、快速的完成沙丘路基的施工打下了堅實的基礎。後來我們在建設穿越塔克拉瑪干沙漠的和若鐵路,同樣運用了衝擊碾壓法和震沖擠密法,夯實了地基,達到了建設標準。

3、由於地質和氣候上的特殊,除了要在沙漠戈壁中鋪設鐵軌,還需要建設不少地下通道、駱駝通道、涵洞、大橋,比如麥加車站特大橋,也就是後來的「以橋代路」該大橋全長1556米,橫跨5條公路,橋樑最大寬度72.6米,相當於20輛中型轎車並排行駛的寬度,屬世界高速鐵路橋樑寬度之最。中國高鐵建設者頂著50多度的高溫酷熱和滾燙的風沙,採用能自動密實的特殊混凝土等新材料、新技術,以及分層澆築特大體積混凝土等新工藝,按期優質的完成了橋樑建設任務。

4、中國建設者還要面臨高達近30度的晝夜溫差帶來的挑戰。巨大溫差導致的熱脹冷縮效應會在高鐵軌道內部產生很大的張力,可能導致軌道扭曲甚至斷裂。為了解決這一問題,中國工程團隊又專門研究了一款可以承受巨大溫差的鋼鐵,用它打造了整條麥麥高鐵的鐵軌。為了實時監測,中國工程團隊還在鐵路各處安裝了大量的傳感器,監控鐵軌的準直度等數據,如果發現某處鐵軌的彎曲程度超過了設計標準,就會自動通知列車通過這一路段時減速行駛,並儘快派遣工程人員前往維修。


三、世界首條環沙漠鐵路的最後一塊「拼圖」——和若鐵路

田至若羌的鐵路,地處世界第二大流動性沙漠、被稱為「死亡之海」的塔克拉瑪干沙漠南緣,有534公里穿越沙漠、戈壁,占線路總長65%,沙漠地質特點明顯,是一條典型的沙漠鐵路。和若鐵路的建成通車,世界首條環沙漠鐵路的最後一塊「拼圖」拼上了。和若鐵路與南疆鐵路、喀和鐵路,以及格庫鐵路新疆段「牽手」,還意味著環塔克拉瑪干沙漠鐵路線正式形成「閉環」。

1、針對部分區段風沙大、沙丘動態遷移容易掩埋線路的問題,和若鐵路採取「以橋代路」方式,建成總長達49.7公里的過沙橋5座,讓風沙從橋下穿過,大幅降低風沙對線路的侵害威脅,這是國內運用「以橋代路」方案防治風沙侵害最長的鐵路。


針對沿線施工及混凝土養護嚴重缺水的實際,建設者對434座橋墩採用墩身預製拼裝技術,提前在工廠完成預製構件加工,再到現場進行拼裝,有效克服缺水對建設進度的影響。

2、按照以往積累的經驗「沙漠修鐵路,治沙要先行」的建設理念,和若鐵路是全國風沙防護與與本體工程建設同步實施的最長鐵路,形成防沙護路的綠色屏障。

根據以往經驗和若鐵路採用工程防沙與植物防沙相結合的防治措施的鐵路,在有水源條件的連續風沙段落,在工程防沙體系內配置了植物固沙體系,選用當地耐旱耐鹽鹼、固沙能力強的紅柳、梭梭、沙拐棗等苗木。

在水源匱乏的區域,則採用「工程防沙」的措施,也就是採用大面積的沙障、草方格的方式,同時在有條件灌溉的情況下進行植物種植,來實現鐵路沿線區域的「外阻內固」。

為了解決沿線防護林帶灌溉問題,和若鐵路還是國內首次在沙漠鐵路工程中採用自動化智能控制滴灌管網系統的鐵路,這個其實就是之前在修塔克拉瑪干沙漠公路時設計的。

其實塔克拉瑪干沙漠地下水較豐富,且水質也適合植物灌溉使用。於是他們打下了131口水源井,最深達280米,覆蓋面積達11.35萬多畝。地下水被抽上來後會進入滴灌系統,再經過智能管控滴入植物根部。這套系統實現人工智慧自動化控制,可在任何有網絡的地方僅用手機控制和監測灌溉情況,很大程度上解決了沙漠中乾旱缺水、草木管護難度大的問題。

3、和若鐵路全部採用無縫線路技術鋪設,這也是全疆首條一次鋪設跨區間無縫線路最長的鐵路,實現了「千里一根軌」的壯觀景象,乘客坐火車時會有跟坐高鐵一樣的平穩體驗。


結語:在沙漠中修建鐵路,中國「基建狂魔」可以說是地表最強了,沙漠裡修鐵路最難的就是如何防沙治沙,靠著勞動人民的智慧和努力,中國建設者從最初的「麥草方格」,到如今採用「工程防沙與植物防沙相結合」,中國工程團隊創造了無數世界首次的工程奇蹟,為建設者們點讚!

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