青藏铁路冻土工程有关问题的探讨

冻土是一种特殊的土体，有着不同于普通土的许多特点。多年冻土的季节融化层每年都要发生季节性的冻融过程，并伴随着发生各种不良冻土地质现象，产生一系列的工程问题。融沉、冻胀和不良冻土地质是多年冻土区筑路工程最主要的问题。对青藏线多年冻土区各类路基工程措施进行了讨论和介绍，并强调全球范围内气温升高将改变青藏高原多年冻土的环境。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战，必须改变以往沿用的消极被动保护冻土的方法，而采用积极主动保护冻土的工程措施，即冷却地基的方法，应研究开发新的地温调控原理和技术，采用新的路基结构形式，以确保路基工程的长期稳定。     

青藏铁路冻土区路基工程技术措施的探讨

简要介绍青藏铁路多年冻土区各类路基工程措施,并强调全球范围内气温升高将改变青藏高原多年冻土的环境。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战,必须改变以往沿用的消极被动保护冻土的方法,而采用积极主动保护冻土的工程措施即冷却地基的方法。介绍新的地温调控原理和技术,采用能冷却地基的新的路基结构形式,以确保路基工程的长期稳定。     

青藏铁路多年冻土工程的探索与实践

研究目的：青藏铁路格尔木一拉萨段全长1142km，是世界上海拔最高、跨越高原多年冻土地段里程最长的铁路，沿线自然环境恶劣，地质条件复杂，工程技术难度大，环境保护要求高，建设过程中面临着许多技术难题。文章从青藏高原多年冻土区特点及主要工程问题，科技攻关工作与采取的措施，所取得的主要阶段性成就等几个方面，对如何更好解决在高海拔多年冻土区修建铁路这一难题，把青藏铁路建设成为“世界一流高原铁路”，进行了深入的阐述，同时提出了需要进一步深化研究的问题。 研究结论：文章经过系统分析和研究，查清了线路通过地区多年冻土的热稳定性、含冰量和不良冻土现象的分布和变化规律，为攻克冻土难题提供了可靠的基础工作保证。对路基工程提出了“主动降温、冷却地基、保护冻土”的设计思想、治理原则和具体工程结构类型。     

青藏铁路保护多年冻土路基结构的措施研究

研究目的：青藏铁路穿越连续多年冻土区546．43km，防止多年冻土融沉是青藏铁路路基工程设计施工面临的首要技术难题。为指导设计与施工，在青藏铁路多年冻土区工程大规模施工前，在具有代表性的北麓河、清水河、安多3个试验段，先期进行片石气冷、片石及碎石护坡、热棒、通风管路堤等主动保护多年冻土路基结构的试验研究。 研究结论：片石气冷、片石及碎石护坡、热棒、通风管路堤通过改变路基的结构和填料，调节辐射、对流、传导所传输的能量，增加多年冻土地基的冷储量，改善多年冻土地基的热状况，防止多年冻土地基融沉，是保护多年冻土的有效工程措施，适用于多年冻土区路基工程。青藏铁路格拉段多年冻土区路基长380．30km，其中片石气冷、碎石护坡、路基设置热棒的长度分别为117．69km、127．00km、32．0km。青藏铁路主动保护多年冻土路基结构试验工程至少已经过6个冻融循环，未发现路基融沉病害；2006年7月后，多年冻土区列车以100km／h速度的平稳运行，证明了经主动保护的多年冻土路基结构稳定可靠。     

青藏铁路多年冻土路基现状及分析

青藏铁路开通运营16年后，多年冻土路基情况整体良好，仅部分路段存在路基沉降变形、排水不良、路基开裂等病害；主要采用土护道、片石护坡、热棒、排水盲沟等综合补强措施，大部分地区整治效果良好。通过分析，多年冻土路基病害产生的根本原因是多年冻土场变化及水热防护不足，而现有补强措施大多遵循主动降温、冷却地基、保护冻土的原则，忽略了水热侵蚀对多年冻土的影响，因此还需增加水热防护措施；对于常见多年冻土路基病害且成因清晰的地段仍可采用现有措施进行补强，而对于病害反复发生地段需重新勘察后再制定整治方案。此外，考虑气温升高对多年冻土的影响，还需开展更高升温条件下现有补强措施的有效性及新型补强措施的研究。     

多年冻土路基工程技术探索与实践

简要总结了自上世纪六七十年代以来青藏铁路多年冻土路基工程技术探索与实践过程,认为青藏铁路多年冻土路基设计应以冻土地基稳定为核心,依据冻土年平均地温、含冰量、不良冻土现象及水文地质等,考虑全球气温升高及其他因素的影响,以科学试验为指导,采取主动保护冻土的措施动态设计,为列车快速通过高原提供技术保证。     

论高原冻土区铁路路基的设计原则及其应用

青藏铁路格尔木-拉萨段的路基工程占线路总长的90%以上，而其中又有60%以上的路基将通过生态环境脆弱、特殊不良地质现象发育的多年冻土区。因此路基设计原则的确定和应用，就成为该线技术经济决策的一个重要问题。本文结构当前全球气候转暖趋势的环境背景，分析了国内外的关冻土区路基设计原则的适用性，论述了格尔木-拉萨段多年冻土区路基的设计原则，并对制订该原则的依据和应用作了概要分析。     

用冷却路基的方法修建青藏铁路

青藏铁路将要穿越的多年冻土大多属高温冻土,其中近一半为高含冰量冻土。在全球转暖的情况下,青藏铁路的修建必须考虑50年～100年的气候变化。最近的预测认为,至2050年青藏高原将升温2 2℃～2 6℃。因而对该铁路修建成败的关键在于能否保护多年冻土,使其不融化。分析了世界上在冻土区筑路百年以上的历史,根据国内外在多年冻土区筑路的经验和教训,提出在青藏铁路的设计中应该改变单纯依靠增加热阻(增加路堤高度,使用保温材料)的消极的保护冻土的思路,全面采用"冷却路基"的积极的"降低地温"原则,特别在高温、高含冰量地段必须如此。并进一步提出了通过改变路堤的结构和材料来调控辐射,调控对流和调控传导,以达到"冷却路基"目的的具体措施。     

青藏铁路多年冻土区长期监测系统的研究与应用

研究目的:青藏高原多年冻土区现存的地质地貌形态是经过漫长的地质历史时期形成的,部分多年冻土区的年平均气温相对较高,冻土厚度较薄,热稳定性较差,冻土的稳定性直接关系到上部工程结构的稳定性和耐久性。研究和掌握多年冻土环境变化对工程结构稳定性影响的途径和方法,可以了解青藏铁路沿线多年冻土区气候变化情况和气候影响下的冻土发展趋势,为青藏铁路制定工程防治措施提供依据。研究结论:(1)通过对近几年的监测数据分析来看,青藏铁路长期监测系统运行良好,监测数据真实可靠,能够作为青藏铁路冻土区工程稳定性评价的依据;(2)利用长期监测系统对多年冻土路基地段进行了多年连续监测,发现了出现较大沉降变形冻土路基的环境特征以及沉降机理、据此拟定出着眼维持路基状态、改善路基系统水热条件、缓解人为上限下降、减缓路基沉降速率的工程补强措施;(3)通过长期监测系统对桥梁、涵洞断面的监测和分析,认为多年冻土区桥涵基础目前整体上是稳定的。     

多年冻土区路基热管合理倾斜角度的数值分析

热管路基是青藏铁路最为广泛使用的主动保护多年冻土的措施之一。针对应用于青藏铁路多年冻土工程中的热管类型,考虑路基土体中水的相变问题,建立热管—土体—大气系统的物理和数学模型,采用Carlekin方法求解,推导出考虑全球气温升高的冻土中热管热流密度随时间的变化规律。采用有限单元数值分析方法,利用青藏铁路清水河的气象和地质资料,在热管倾斜角度分别为0,°10,°20,°30,°45,°60°时,研究热管对多年冻土路基的冷却效果及提高路基整体稳定性的作用。研究表明,热管在坡脚埋设的倾斜角度为25°~30°时,对于路基中心、路肩及坡脚下多年冻土上限的抬升效果最佳,有利于保证路基的长期稳定性。     

青藏铁路高原冻土区路基施工技术

青藏铁路多年冻土区路基工程的稳定性,主要取决于下伏多年冻土的含冰量特征.冻土作为铁路建筑物地基材料,如何制定科学合理的施工组织设计,采取有针对性的施工工艺,解决热侵蚀导致冻土地基变形,是施工的关键所在.本文通过青藏铁路高原冻土区路基工程施工实践,对高原冻土区路基施工技术进行了总结.     

青藏铁路碎石护坡路基长期效果分析

采用碎石护坡路基是多年冻土地区主要的工程处理措施。本文依据2003—2011年青藏铁路楚玛尔河地区碎石护坡路基的地温及沉降数据,对其长期效果进行分析。结果表明:采用碎石护坡路基能有效冷却地基和保护多年冻土,路基下地温总体上呈现降低趋势,竣工后2年内冻土人为上限有明显抬升,2005年以后上限基本稳定,冻土路基逐渐呈现出热稳定状态;碎石护坡对于减少路基阴阳坡的地温差异有显著作用;碎石护坡路基填筑完成后,其前期沉降较大,后期逐渐减小,2007年以后每年的沉降量均在10 mm以内,路基呈现出长期稳定状态;碎石护坡施工对铁路运行影响小,故对于冻土铁路可采用碎石护坡措施进行路基补强。     

高纬度多年冻土特征与铁路地质选线

高纬度多年冻土位于我国东北大小兴安岭地区,是一种特殊性质的地基土,其工程特性与一般地区及青藏高原高海拔冻土不同.本文从嫩林铁路工程实际出发,介绍了该区域的地质地貌,分析了高纬度多年冻土区不良地质--冰丘、冰锥、地下冰、冻土沼泽的赋存环境,对铁路工程的危害及防治措施;阐述了高纬度多年冻土勘察和选线的新技术、新方法.所得结论对今后高纬度多年冻土区铁路建设具有重要的参考价值及指导意义.     

柴木铁路片石通风措施的工程效果分析

研究目的:柴达尔-木里铁路(柴木铁路)全长142.04km,沿线高温不稳定和极不稳定多年冻土广泛分布,冻土含冰量较高,同时由于柴木铁路呈东南-西北走向,冻土路基又面临着阴阳坡问题.柴木铁路53 km路段采用了片石通风路基,为保证路基的稳定性,有必要对片石通风措施的工程效果进行分析研究.研究结论:2007年以来的监测结果表明,在高温冻土区,片石通风路基和片石护道仅能有效冷却阴坡侧路基和坡脚;在低温基本稳定多年冻土区,片石通风措施不仅可以有效冷却路基本底,对阴阳坡现象也具有一定的抑制作用.     

青藏铁路多年冻土区桥头路基变形原因及对策研究

桥头路基的变形问题是普遍存在的影响冻土区道路工程稳定的技术难题,结合青藏铁路多年冻土区桥头路基的变形问题,采用资料调研、现场调查、理论分析和总结等研究手段,对运营后多年冻土区桥头路基变形的特征及沉降原因进行分析研究,提出了通过改善地基多年冻土环境和优化桥头路基防排水系统等措施对桥头路基病害进行治理的方法。     

多年冻土区铁路运营初期路基工程状态研究

研究目的:由于温度和水分的介入以及运营条件的诱发,使运营期间冻土路基工程状态的研究变得更为复杂。通过对运营初期多年冻土路基工程状态的现场调查和监测,从路基变形、地温变化、水热环境三个方面研究运营初期多年冻土区路基的工程状态,提出路基裂缝病害的解决措施,为铁路安全运营和养护工作服务。研究结论:(1)多年冻土区路基工程在运营初期,路基变形总体呈衰减趋势,已经趋于稳定。(2)路基大多数断面多年冻土上限上升和上限形态趋于稳定,地基冷储量增加,多年冻土上限上升是在降低土体温度的基础上实现的。(3)路基工程状态变化首先是地温场的变化改变了发生变形的土层位置和厚度,同时地温场的不对称造成变形差异,诱发裂缝发生,水热环境的变化导致裂缝发展。(4)采用热学不对称的路基结构,能减缓上限形态的不对称性,从而减小路基横向差异变形,抑制路基工程裂缝的发生和发展。     

青藏铁路高原多年冻土区片石通风路基施工技术

结合青藏铁路多年冻土区应用片石通风路基的工程实例,详细介绍了片石通风路基的原理、设计与施工,分析了高含冰量冻土地段采用片石通风路基这一主动保护多年冻土措施的效果.     

多年冻土区含保温夹层路基温度场的数值模拟

多年冻土区道路的修筑，改变了原来天然地表与外界的热交换关系，引起多年冻土区冻土的融化，从而导致路基面破坏，本文运用有限元分析方法，对多年冻土区含保温夹层的路基度场进行了数值模拟，为了检验保温材料的效果，计算时采用改变保温材料聚苯乙烯（EPS）层的厚度，宽度，埋设位置及路基表面条件，来模拟路基面下多年冻土季节最大啧2化深度在今后50年内随时间的变化，通过对计算经和多年冻土上限变化的分析比较，得出了在多年冻土区路基中铺设保温材料对路基面下多年冻土具有明显的保护作用，总结出在多年冻土区路基工程中铺设保温层的合理厚度与位置。     

青藏铁路多年冻土工程特性与冻土工程

半个多世纪来,以中铁西北院为代表铁路系统科研人员,紧紧围绕多年冻土区土冻结和融化过程特性研究、多年冻土工程地质勘察和冻土地基与路基、重要构筑物的设计计算方法等铁路工程勘察、设计的有关问题开展工作.所取得的成果均已纳入我国多年冻土区铁路勘察、设计和施工的有关规程规范中,成为我国多年冻土区已有铁路维修、养护和新线设计、施工的依据,为我国多年冻土区铁路建设作出了贡献.本篇是这项工作的总结.     

青藏铁路高含冰量冻土地段路基设计

针对青藏铁路多年冻土分布特征及路基工程的特殊性问题,详细论述了高含冰量冻土地段路基设计原则,各种不同综合地质条件下采取的工程结构、处理措施。实践证明,青藏铁路多年冻土地区路基工程沉降变形稳定可控,多年冻土路基片石气冷、碎石护坡、热管、排水、以桥代路等多年冻土路基工程成套工程技术措施安全可靠。