・线路／路基・ 临策铁路防沙明洞与风沙流相互作用效果分析 张道金 （中铁工程设计咨询集团有限公司，北京１０００５５） 摘 要刘盘策铁路设置防沙明洞穿越流动沙丘，避免风沙对铁路的危害。通过野外试验、风洞模拟试验和遥感卫星 Ｃ 影像解译的对比分析，研究区域风沙运动、沙丘移动规律，以及防沙明洞建成后与风沙流相互作用的特征，分析认 ａ Ｒ 为，在西北风作用下，随着时间的推移，明洞北侧积沙带逐步向防沙明洞靠拢，形成以明洞为基础的线性沙垄，积沙 ａ ｗ 埋至明洞高度时将达到一个相对平衡的状况；但东侧边缘风沙流活动剧烈，需要在东侧洞口外侧一定范围的路基 段落采取相应的防护措施。 町 Ｅ ｇ 关键词：沙漠铁路；新月形沙丘；风沙流；风洞试验；防沙明洞 中图分类号：Ｕ２１３．１ ５４ 文献标识码：Ａ ∞ 文章编号：１００４ ２９５４（２０１３）１１—００３０—０４ ｎ ｇ Ｃ Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓａｎｄ—ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｏｐｅｎｃｕｔ Ｈ Ａ Ｎ Ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｗｉｎｄ－ｂｏｒｎｅ Ｓａｎｄ Ｆｌｏｗ ｏｎ Ｌｉｎｈｅ－Ｃｅｋｅ Ｒａｉｌｗａｙ Ｇ Ｇ Ｄ ａ Ⅲ ｐ Ｚ ．叫 ｎ ， ｄ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｆｒｏｍ ｗｉｎｄ—ｂｏｒｎｅ ｓａｎｄ，ｔｈｅ Ｌｉｎｈｅ—Ｃｅｋｅ Ｒａｉｌｗａｙ ｐａｓｓｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｂ ｅ ｗａｎｄｅｒｉｎｇ ｄｕｎｅ ａｒｅａ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌｌｙ—ｂｕｉｌｔ ｓａｎｄ—ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｐｅｎｃｕｔ ｔｕｎｎｅ１．Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ０ ｇ ０ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｗｉｎｄ—ｂｏｒｎｅ ｓａｎｄ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｐａｔｔｅｒｎ，ｓａｎｄ ｄｕｎｅ ５ ＜Ｊ Ｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓａｎｄ—ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｐｅｎｅｕｔ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｃ ｗｉｎｄ—ｂｏｒｎｅ ｓａｎｄ ｆｌｏｗ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｓ—ｂｕｉｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｓ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ：ｔｈｅ ｓａｎｄ ａ ｒｉｂｂｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｇｅｔｓ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｗｉｎｄ ａｓ ｔｉｍｅ ｇｏｅｓ ｏｎ，￣ｒｍｉｎｇ ａ ｔｕｎｎｅｌ—ｂａｓｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｓａｎｄ ｒｉｄｇｅ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｔ ｗｉｌｌ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｓｔａｔｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓａｎｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅ１．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｗｉｎｄ—ｂｏｒｎｅ ｓａｎｄ ｆｌｏｗ ｏｎ ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔｅｒｎ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｓ ｓｔｉｌｌ ａｃｔｓ ｉｎｔｅｎｓｅｌｙ，ｔｈｕｓ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ａｄｏｐｔ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｏｕｔｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｓｔｅｒｎ ｔｕｎｎｅｌ ｐｏｒｔａ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ ｉｎ ｄｅｓｅｒｔ ａｒｅａ；ｃｒｅｓｃｅｎｔ ｄｕｎｅ；ｗｉｎｄ—ｂｏｒｎｅ ｓａｎｄ ｆｌｏｗ；ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ；ｓａｎｄ— Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｐｅｎｃｕｔ ｔｕｎｎｅｌ １ 概述 收稿日期：２０１３—０４—１１；修回日期：２０１３一Ｏ４—２５ 基金项目：中铁工程设计咨询集团有限公司科研项目（２００７．５） 作者简介：张道金（１９６８一），男，高级工程师，１９９１年毕业于西南交通 大学，工学学士。 额济纳旗是临策铁路（远期为临哈铁路）沿线中 间地段唯一的旗府所在地。额济纳胡杨林自然保护 区，占地４８万亩，呈南北走向，胡杨林是在恶劣干旱荒 ●●Ｉ●●Ｉ◆●◆Ｉｌ：◆ｈｉ●ｌｉｌ●◆●◆●◆●●●◆ｌ ｉｎ●ｉｉ●◆●◆◆◆ ◆◆●●●●◆◆◆ｉ●●ｉ，ｉ●ｉｉ！●ｉｎｎ ，●●●●● ●Ｉ●●［８］ 雷玲玲，肖克炎．基于ＧＩＳ的铁路信息应急指挥系统研究与设计 ［Ｊ］．软件导刊，２０１３（５）：１４９—１５１． ［９］ 王玲，于晓英．移动铁路现场踏勘ＧＩＳ系统设计实现［Ｊ］．科技创 新与应用，２０１３（２０）：８２． ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｃ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ：２０１０：２８—３１． ［１２］ 代磊磊路网交通事故动态分析及预警方法研究［Ｄ］．哈尔滨：哈 尔滨工业大学，２０１０． ［１３］ 魏玉光，杨浩，晋世平．青藏高原铁路沿线泥石流灾害预警技术及 行车安全保障措施［Ｊ］．中全科学学报，２００６，１６（５）：１３２一 ｌ ３４． ［ｔ０］ 李峰，曹静．基于ＧＩＳ的铁路数字化车辆系统的研究［Ｊ］．科技信 息，２０１３（５）：７４，９１． Ｂｏｒｉｓｓ Ｍ，Ａｌｉａ Ｍ．Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ ｄａｎｇｅｒ Ｏｉｌ ｔｈｅ ［１４］ 李，薛波，邓域才．铁路线路方案模糊优化模型及其应用研究 ［Ｊ］．系统工程理论与实践，２００１，６（６）：１０８—１１２． ｒａｉｌｗａｙｓ［Ａ］Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ３０ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（ｊＪ） 张道金一临策铁路防沙明洞与风沙流相互作用效果分析 漠地区顽强生存着的生命。临策铁路白天鹅湖进入额 济纳旗路段需要穿越额济纳河下游天然胡杨林，为了 保护中国这片少有的荒漠河岸林，同时考虑远期临哈 铁路走向、额济纳旗城市规划和工程地质条件等综合 因素，选择了从胡杨林保护区南侧绕行的方案。绕行 虽然可以最好地保护胡杨林，但是却要穿越两段共约 ８．０８ ｋｍ的流动沙丘区。 为了防止和避免该路段线路建成后出现风沙危害 问题，经过路基、桥梁、棚洞结构和明洞工程的综合比 选，最终选定在流动沙丘路段采用防沙明洞工程。 ２研究区概况 ２．１ 自然地理特征 南侧绕避胡杨林方案（ＧＤＫ５７４＋０００～ＧＤＫ６３６＋ ９６４．８９），长约６９ ｋｍ，线路自ＧＤＫ５７４＋０００向西偏南 而行，先后经过戈壁平原、风蚀残丘、流动沙丘、额济纳 冲洪积平原区，线路分别在ＧＤＫ５８５＋７２０～ＧＤＫ５９２＋ ３８０、ＧＤＫ５９７＋４６０～ＧＤＫ５９８＋８８０两段通过流动沙丘， 共长约８ ０８０ ｍ。线路经过区属典型的北温带性 干旱气候区，光照充足，热量丰富，降水量少，蒸发量 大。冬季严寒，夏季酷热，无霜期较长，昼夜温差悬殊。 春、冬季常有数次沙尘暴出现。降水主要集中于６～ ８月份，并多以暴雨形式降落；年平均降水量３５．２ ｍｍ，年平均蒸发量３ ３９９．６ ｍｍ，年平均蒸发量是年平 均降水量的９６．６倍。沿线年平均风速３．２ ｍ／ｓ，最大 风速２５ ｍ／ｓ，大风（≥８级）日数３８．４ ｄ，沙尘暴日数 １０．７ ｄ，扬沙日数４８．６ ｄ；四季盛行西风、西北风，其次 为东风及东南风；最多风向为Ｗ、ＷＮＷ，频率为１１％。 ２．２ 工程地质及水文地质特征 活动沙丘处于巴丹吉林沙漠的北部边缘区，沙丘 相对地面高３～８ ｍ，局部高约１０ ｍ，呈链状、垄状，走 向北东向，与风向垂直；受河流及红柳林影响，局部地 段沙丘走向呈东西向。沙丘呈向南、向东发展趋势。 地层岩性：基底表层为第四系全新统冲积形成的 细砂、粉砂夹粉质黏土、黏土层，下部为第四系上更新 统洪积细砂夹粉质黏土、黏土、粉土；上部覆盖的风积 砂主要为粉细砂，粒径大于０．０７５ ｍｍ颗粒的质量超 过总质量的７５％。 地下水类型主要为第四系孔隙潜水，含水层为多 层透镜体状中、细砂层，地下水补给来源主要为黑河季 节性补给。 ３ 区域风沙运动特征 ３．１ 区域风沙运动的宏观特征 研究区位于巴丹吉林沙漠西北边缘地带，紧邻额 济纳国家级胡杨林自然保护区，属巴丹吉林沙漠西北 铁道标准设计ＲＡ儿ＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１，３（Ｊｊ） ・线路／路基・ 部与戈壁的交接地点。区域气候极端干旱，冬半 年受蒙古高压气流控制，夏半年受西风带影响，为 性气候。根据耿宽宏《中国沙漠的气候》的研究，本研 究区为风沙运动高速、高频区，风沙运动为直进式，风 沙运动稳定度大于８０％。 研究区盛行西北风、西风和东风，年均风速４．４ ｍ／ｓ，全年８级以上大风１３数３８ ｄ。根据全国风能资源 分布图可知，研究区为风能资源丰富区，可达到２００ Ｗ／ｍ 以上。强劲的风力成为风沙运动的主要动力。 该区生风向为广阔的荒漠戈壁，在风力作用下，不饱和 风沙流长驱直入，进入研究区时，风力侵蚀搬运能力 强，风沙运动剧烈。加之研究区为历史时期黑河的古 河道，多分布坚硬的黏土，沙粒起跳高度大，其上为发 育初期的饼状沙丘、新月形沙丘和沙丘链，平均高度不 足１０ ｍ。受下伏地貌、沙漠边缘地理位置和沙丘高度 的影响，研究区成为巴丹吉林沙漠风沙运动最剧烈的 区域之一。 ３．２ 区域新月形沙丘链的成因机理及变化发展趋势 从大范围的卫星影像可以看出，该区域沙丘的沙 源主要来自西北部的干涸湖盆及沙地，相当部分来自 西北部更远的湖盆地带，自额济纳绿洲西北部至八道 桥一线存在一条风沙通道。当非饱和风沙流行进过程 中遇到胡杨林、红柳林和地形障碍等的阻拦，便产生风 向的紊乱和分离，引起风沙的沉落和堆积，日积月累， 形成新月形沙丘和沙丘链。 通过对１９９０年ＴＭ卫星遥感影像和２００２年ＥＴＭ 卫星遥感影像的解译、对比分析（图１），可以得出以下 结论：该区域主风向为西北向、西向和东向，受植被、地 形、微地貌及季节等因素的综合影响，近十几年来，沙 丘形态、规模、几何特征及分布范围总体上维持动态平 衡，西侧、南侧基本保持不变，在北侧局部边缘地带有 微弱的进退现象，东侧边缘则变化显著（图１：１９９０年 ＴＭ卫星遥感影像显示的虚线和２００２年ＥＴＭ卫星遥 感影像显示的实线有显著地差异，向东侧移动迹象明 显），沙丘链内部所包围的湿地和红柳林范围呈缩小 趋势。 图１ １９９０年到２００２年沙丘及沙柳林分布边界变化对比 ３．３ 区域沙丘的粒度特征 采用筛分法和激光粒度法对区域饼状沙丘的背风 ３１ 线路／路基・ ・张道金一临策铁路防沙明洞与风沙流相互作用效果分析 不形成积沙，大风速时形成少量积沙。从积沙的角度 分析，所建风洞在西北风下易形成积沙，而东北风和西 风情况下形成积沙量较少甚至不形成积沙。不论是西 坡、沙丘顶部、迎风坡和新月形沙丘的迎风坡坡脚、迎 风坡中部、沙丘顶部、背风坡中部、背风坡坡脚等部位 取样分析，其结果（图２、图３）主要表现为：饼状沙丘 各部位的粒径分布范围集中在２００～６００ ｔ蓬籁求＇旦 ｘｍ，占体积 百分比较大的粒径分布在２６０～３００ ｍ；新月形沙丘 ４ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ ０ 北风还是东北风，在沙丘的迎风侧、背风处均出现较大 涡旋，其风速变化呈现复杂化的特点；在西北风作用 下，防沙明洞北侧一定范围内形成强风区，风沙运动加 剧，洞北侧积沙距防沙明洞３～５ ｍ，随着时间的推移， 积沙带逐步向防沙明洞靠拢，形成堆积。 ４．２ 沙丘移动规律受防沙明；ｇｌ干扰的反应 各部位的沙物质粒径分布比较集中，粒径分布范围集 中在１５０～４００ ｍ，占体积百分比较大的粒径分布在 ２６０～３００ Ｉ，ｚｍ。 使用全站仪直角坐标测量法对选定的沙丘选点测 量，利用计算机将采集的数据进行处理分析和成图，研 究防沙明洞影响范围内外沙丘的运动特征。分别在 ２００８年１ １月、２００９年４月、２００９年１１月针对选定的 具有代表性的明洞影响区外和明｝ 影响区内的新月形 粒级／ＬＬｍ 图２饼状沙丘各部位粒配曲线 沙丘进行测量、成图、分析。 根据表１，将两个位于不同位置的新月形沙丘的 各部分位移进行对比，防沙明｝同影响区外新月形沙丘 囊 。０ ６ ４ ：运动较为剧烈，其除脊线外的各项指标移动距离显著 大于影像区内沙丘，两个翼角的移动距离差距尤甚，移 动方向也更偏于东南方向。可见防沙明洞的修建影响 ２００ ４００ ６００ ８００ １ ０００ Ｏ 了其附近的沙丘运动状况，主要原因为主风向遇到防 粒级／ｐ．，ｍ 沙明洞产生涡流作用，同时加大了沙丘向东运动的作 用力，防沙明洞影响区内新月形沙丘受防沙明洞影响 剧烈。 表１ 防沙明洞影响内外沙丘各部分移动距离对比 图３新月形沙丘各部位粒配曲线 通常所研究的风沙流结构中，风沙流的运动形式 以跃移为主，而通过跃移方式搬运的颗粒粒径范围为 ５０～５００ Ｉ，ｚｍ，其中以１００～１５０ Ｉ，ｚｍ为主。通过试验研 究发现研究区的沙丘粒径以１００～２５０ Ｉ，ｚｍ所占比例 最大。 ４防沙明洞研究 ４．３风沙流运动与防沙明洞相互作用的总体趋势 ４．１ 风沙流运动与防沙明洞相互作用机理的风洞试 验研究 试验中对防沙明洞周围沙丘移动和风洞试验中对 防沙明洞上风向沙物质的堆积规律进行研究发现，在 防沙明洞的作用下周边沙丘逐渐向东南方向移动，距 离防沙明洞远的沙丘移动速度较快，在观测期内 整体移动距离约３０ ｍ左右，而距离防沙明洞近的沙丘 移动相对缓慢，且受防沙明｝同作用大，沿防沙明洞走向 移动，向东移动距离相对较大。 防沙明洞风洞试验采用１：３０相似比的直道模 型，通过移动模型与风洞进风口风向的夹角（当地风 向）来测量防沙明洞模型的风速流场、积沙量以及风 沙流结构特征。研究表明，防沙明洞的建立使该地区 的地形发生了微变化，导致了防沙明洞影响区内、外新 月形沙丘风速流场特征的显著变化：次风向东北风向 气流通过靠近防沙明洞新月形沙丘和远离防沙明洞的 新月形沙丘时，远离防沙明洞的新月形沙丘风速恢复 通过对收集资料的分析，线路穿越区域的气象特 征、风沙运动特征在相当长的时间跨度内是基本维持 不变的；航空影片和卫星图片的遥感对比解译结果表 速度要比靠近防沙明洞的恢复速度快；主风向西北风 向气流通过新月形沙丘时，靠近防沙明洞的新月形沙 丘风速恢复明显要快于远离防沙明洞的新月形沙丘。 西北风情况下在防沙明洞上风向形成的积沙量较 多，东北风和西风情况下低风速时在防沙明洞上风向 ３２ 明，线路经过沙丘区域的沙丘形态、沙丘高度是相对稳 定的。研究区沙丘平均高度为１０ ｍ左右，这与明洞的 高度基本接近，在短时期内不会出现防沙明洞整体沙 埋，即使在长时间出现防沙明洞沙埋现象，沙埋至明｝同 高度时将达到一个相对平衡的状况，不会整体埋没防 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（Ｊｊ） 张道金一临策铁路防沙明洞与风沙流相互作用效果分析 沙明洞，而可能是以明洞为基础，形成线性沙垄（图 ４）。 图４明洞北侧（上风侧）积沙照片（２００９年７月） ５ 防沙明洞洞口积沙形态特点的研究 明洞线路基本呈东西走向，西侧入口外侧均较大 面积分布胡杨林或红柳林，受风沙影响小，东侧出口则 直接承受洞身沙丘向东、向南移动的压力，同时沙丘外 侧为戈壁风沙流的流通区，铁路的修建将阻断风沙流 的正常流通。 ５。１ 防沙明洞东侧洞口积沙形态特点的风洞试验 研究 在防沙棚洞洞口，当气流通过防沙棚洞影响范围 内时，在洞口产生强烈的气流形成涡流区。图５为明 洞洞口实测中２ ｍ高度处的风速拟合曲线：在高风速 情况下，风速沿洞外４０ ｍ至洞里２０ ｍ，风速在洞口外 １０ ｍ处风速要大于洞内风速，洞内１０ ｍ处风速最小， 再沿洞向里风速又增大。可见在洞口１０ ｍ处易形成 积沙。风速拟合曲线为Ｙ＝１Ｅ一０５ｘ 一０．０００６ｘ 一 ０．００３６ｘ ＋０．３０７５ｘ＋４．９８７１，相关系数Ｒ ＝０．９２７。 ， １ 一 ｌ 【－３０－２０—１０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ 测点位置，ｍ 图５野外实测洞口沿铁路风速变化曲线 风洞试验条件下（风向与洞口夹角为３０。、５０。时 的风速流场，与当地主风向西北风基本一致），当气流 沿着进风口经洞口模型至扩散段时，气流平稳到达模 型后出现波动，部分气流进入洞内，在洞内形成紊流， 部分气流爬升越过模型，形成沉降在模型下风一侧距 模型ｈ和２ 处形成涡流（ｈ为模型高度），此时在模型 内形成积沙。 ５．２ 防沙明洞东侧洞口两侧风沙流特征 表２为洞口以外１０ ｍ处铁路两侧风沙流的实测 值（测定风速６．６３ ｍ／ｓ）。１、２号点位是上风向紧邻铁 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（ｊＪ） ・线路／路基・ 轨的并列测试点，３、４号点位是下风向紧邻铁轨的并 列测试点。 表２ 铁路两侧小积沙仪平均输沙率Ｑ ｇ／（ｃｍ ・ｒａｉｎ） 从表２可以看出，铁路上风侧测点距地面０～１ ｃｍ 和２～１０ ｃｍ高度范围内输沙率远高于下风侧，其数值 是下风侧的２倍左右，而１～２ ｃｍ高度范围内各处输 沙率都基本相近；在铁路上风侧输沙率在０～１ ｃｍ高 度下远大于在１～２ ｃｍ和２～１０ ｃｍ高度范围内的，其 中１～２ ｃｍ和２～１０ ｃｍ高度内输沙率基本相近，而在 下风侧高度范围内的输沙率却都基本相近，并且和上 风侧的１～２ ｃｍ和２～１０ ｃｍ高度范围内的输沙率基 本相近。当携沙气流通过铁路，遇铁轨阻拦在铁轨的 背风侧沉降长期积累就会掩埋铁路。２００９年４月 １４ Ｅｔ一次大风之后，在洞口沿铁路积沙长９０ ｍ，２０ ｃｍ 高的枕木多处已被积沙掩埋（图６）。 图６ 明洞洞口路基积沙 ５．３防沙明洞洞口防护建议 该区西风、西北风风季长、起沙风日数多，风沙运 动具有前进式移动的特点，铁路沙害主要来自上风向， 因此在明洞东侧洞口前后两侧一定范围（特别是上风 侧）采取固沙措施是必要的，以阻止沙丘向铁路的移 动。从长远看，还是应该根据地表水源或地下水源的 分布情况，配套修建相关设施，采用工程防护与生物防 护相结合的复层综合防沙体系。 ６ 结语 临策铁路以明洞结构通过流动沙丘地段，是铁路 选线和设计理念的有益探索和创新；明洞结构有效地 避免了风沙对铁路的侵害，确保铁路能够全天候运营。 明洞的修建破坏了既有区域沙丘地貌的动态平 衡，风速流场特征、沙丘移动规律等风沙流运动特征均 （下转第１０９页） ３３ 朱爱红，杨 亮，李 博一基于故障树分析法的ＡＴＳ可靠性仿真及应用 ・通信／信号・ Ｐ（ｐ Ｕ Ｐ Ｕ Ｐ６）・Ｐ（ｐ ｕ Ｐ８ ｕ Ｐ９）・ Ｐ（ｐ１０ Ｕ Ｐｌｌ Ｕ Ｐｌ２）＋Ｐ（ｐｌ３ ｎ Ｐｌ４）＋Ｐ（ｐ１５ ｎ Ｐ１６） 分析和定量分析方法对其进行故障树分析，完成可靠 性仿真的全部过程。研究结果表明，ＦＴＡ能够有效地 解决ＡＴＳ系统故障树所具有的容错性、冗余性和顺序 相关性等复杂问题，为城市轨道交通系统的可靠性分 析提供新的思路和方法。 参考文献： ［１］刘晓娟，张雁鹏，汤自安．城市轨道交通智能控制系统［Ｍ］．北京： 中国铁道出版社，２００８：４—６． 得ＡＴＳ系统失效率Ｐ（Ｔ）＝１．１７２ Ｘ １０“（或 １．１７２Ｅ一０４）。 再由式（４）～式（８）可得出ＡＴＳ系统底事件的重 要度指标如表４所示。 表４ ＡＴＳ系统底事件重要度指标 ［２］ 孙明．城市轨道交通地下车站标识导向系统研究［Ｊ］．铁道标准设 计，２００８（４）：１１８—１２１． ［３］ 薄清．哈尔滨地铁３号线线路设计中的若干问题研究［Ｊ］．铁道标 准设计，２０１２（８）：１６—１９． ［４］ 周海京，遇今．故障模式影响及危害性分析与故障树分析［Ｍ］．北 京：航空工业出版社，２００３：９６—９７． ［５］ Ｒａｕｚｙ Ａ．Ｎｅｗ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓａｆｅｔｙ，１９９３，４０（２）：２０３—２１１． ［６］ Ｓｉｎｎａｍｏｎ Ｒ Ｍ，Ａｎｄｒｅｗｓ Ｊ Ｄ．Ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅｓ［Ｊ］．Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７， ５８（２）：８９—９２． ［７］ Ｖｏｌｋａｎｏｖｓｋｉ Ａ，Ｅｐｉｎ Ｍ，Ｍａｖｋｏ Ｂ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓａｆｅｔｙ，２００９，６４（６）：１１１６—１１２７． ［８］ Ｆｕｓｓｅｌｌ Ｊ Ｂ，Ｖｅｓｅｌｙ Ｗ Ｅ．Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄｌｏｇｙ ｆｏｒ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｃｕｔ ｓｅｔｓ ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１９７２，１５（１）： ２６２—２６３． ５ 结语 ［９］ 何淑静，周伟国，严铭卿．上海城市燃气输配管网失效模糊故障树 分析法［Ｊ］．同济大学学报，２００５，３３（４）：５０７—５１１． 针对传统的可靠性分析法存在的不足，提出采用 ＦＴＡ对ＡＴＳ系统进行可靠性仿真研究。以北京地铁 ２号线为背景，进行了基于故障树的ＡＴＳ系统可靠性 分析，采用Ｆａｕｎｅｔ算法和模块化分解算法，结合定性 （上接第３３页） 产生较大变化。综合研究表明，在强劲的西风、西北风 ［１Ｏ］潘磷玲．最小割集和最小径集在事故树分析中的作用［Ｊ］．安全与 健康，２００３（１９）：３１—３３． ［１１］薛永平．事故树中基本事件的重要度及重要度分析［Ｊ］．山西冶 金，２００６，１０４（４）：５５—５６． ［４］ 钱征宇．中国沙漠铁路的风沙危害及其防治技术［Ｊ］．中国铁路， ２００３（１０）：２４—２６． 长年吹蚀作用下，明洞北侧（上风侧）的流动沙丘将逐 渐向明洞移动，并最终以明洞为基础形成线性沙垄。 由于条带状防沙明洞对风沙流的阻隔，加剧了北 ［５］ 王训明，董治宝，陈广庭．塔克拉玛干沙漠中部部分地区风沙环境 特征［Ｊ］．中国沙漠，２００１，３１（１）：５６—６１． ［６］ 楼同茂．沙漠成因类型及风沙移动特征［Ａ］．中国科学院治沙队． 治沙研究（第四号）［Ｃ］．北京：科学出版社，１９６２：１９—３０． ［７］ 胡孟春，赵爱国，李农．沙坡头铁路体系阻沙效应风洞实验研究 侧（上风侧）的流动沙丘沿明洞向东侧移动的速率，对 明洞东侧洞口及其外侧的铁路线路将产生沙埋的危 害，需要在铁路线路两侧一定范围内采取工程措施限 制沙丘的移动。从长期看，在地下水源能够得到保证 的条件下应采用工程防护与生物防护相结合的复层综 合防沙体系，确保铁路运营安全。 参考文献： ［１］ 中铁工程设计咨询集团有限公司．临策铁路流动沙丘段防沙结构 研究［Ｒ］．北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，２０１０． ［Ｊ］．中国沙漠，２００１，２１（６）：５９８—６０１． ［８］ 屈建军，凌裕泉，井哲帆，张克存，俎瑞平．包兰铁路沙坡头段风沙 运动规律及其与防护体系的相互作用［Ｊ］．２００７，２７（４）：５２９ —５３３． ［９］ 中国科学院兰州沙漠研究所沙坡头沙漠科学研究站．包兰铁路沙 坡头段固沙原理与措施［Ｊ］．银川：宁夏人民出版社，１９９１． ［１０］ 左合君等．沙漠地区高速公路工程防沙体系效益分析［Ｊ］．水土保 持研究，２００５，１２（６）：２２２—２２５． 丁国栋，奥村武信．风沙流结构的风洞实验研究［Ｊ］．内蒙古林学 院学报，１９９４（１）：４０—４６． ［１２］ 张慧，沈渭寿，王延松．临策铁路沿线土地沙漠化敏感性评价［Ｊ］． 生态与农村环境学报，２００７，２３（２）：３３—３５，７０． ［２］ 王国联，张道金．临策铁路天鹅湖至额济纳段线路及防沙工程方 案研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０１１（４）：１—５． ［３］ 王雪芹，雷加强．风沙活动区工程线路走向与风沙危害程度的关 系——以塔里木沙漠公路为例［Ｊ］．干旱区地理，２０００，２３（３）： ２２１—２２６ ［１３］ 刘辉，朱生宪，杨有海．太中银铁路沙害现状调查及防治原则探讨 ［Ｊ］．铁道标准设计，２０１２（１０）：８—１０． 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１３（１１） １０９
