岛状多年冻土区高速铁路路基热状态及工程措施效果分析

为揭示岛状多年冻土区高速铁路路基热状态,提出合理有效的制冷结构,在新建哈尔滨至伊春高速铁路某车站试验段开展现场监测,获得岛状多年冻土的地温数据;基于实测地温数据,采用冻土水热耦合理论,对将在试验段实施的两侧双排普通热棒路基、两侧双排+中心单排全季热棒路基、两侧单排+基底横向通铺全季热棒路基3种制冷路基结构进行数值模拟,对比了3种制冷路基结构的地温分布特征及对下伏岛状多年冻土的降温效果。研究结果表明：铁力地区年均气温和降水呈增大趋势,天然场地岛状多年冻土地温在-0.3℃左右,属于高温极不稳定多年冻土。3种制冷路基结构中,两侧单排+基底横向通铺全季热棒对岛状多年冻土保护及降温效果最优,两侧双排普通热棒最差。普通热棒路基的多年冻土上限呈“两侧凸,中间凹”形态,抬升不明显;全季热棒路基的多年冻土上限呈“上凸缓斜平顶”形态,抬升显著。研究成果可对多年冻土区高速铁路路基建设和结构优化提供技术支撑。     

高速铁路岛状多年冻土区钻孔桩施工技术研究

高速铁路岛状多年冻土区钻孔灌注桩在保证桩身稳定性和承载力前提下施工具有可行性,但需采取必要的施工控制措施。本文以小兴安岭南麓,沿线穿越多处岛状多年冻土的铁力至伊春高速铁路钻孔桩基础为研究对象,研究了冻土区的施工工艺和施工方案。结果表明:(1)旋挖钻机可用于高速铁路岛状多年冻土钻孔桩的施工;(2)可采用双层护筒钻孔桩施工,冻土段位于承台及以上的护筒分段钻进下放护筒,冻土段位于承台底及以下的采用双层长护筒施工;(3)导管采用分段吊装入孔技术,提前分段将导管组装完成,减少吊装过程中使用的连接接头;(4)泥浆可根据现场条件采用膨润土造浆;(5)钻孔灌注桩清孔后的泥浆性能指标应符合要求。值得注意的是施工时及时安装温度传感器以掌握周围温度场情况,在施工后采取保温隔热措施减小冻深。     

石灰桩融化岛状多年冻土的试验研究

针对岛状多年冻土区的新建工程和既有工程改扩建过程中面临的地基多年冻土稳定性问题,利用生石灰与水反应放热原理,采用预融技术对多年冻土地基进行处理,达到使冻土融化并固结沉降从而增强地基承载力的效果。在收集国内外工程中处理岛状多年冻土的主要方法和生石灰桩在处理地基的应用范围等相关资料的基础上,创新性开展石灰桩预融冻土地基室内模型试验研究,通过试验确定适用于融化高温岛状冻土且增强其地基承载力的石灰桩材料类型、材料配合比及施工工艺,并对其应用效果进行评价,形成在高温岛状冻土地区可以应用的一种新型成套石灰桩预融技术。     

青藏线格拉段沿线多年冻土工程地质特征初探

本着重对青藏线沿线多年冻土的分布特性，融区性质及多年冻土区所存在的不良地质现象进行分析，并做了相应的工程地质评价。     

冻土试验方法浅析

冻土是温度低于0℃且含有冰的土岩。而多年冻土在两年或两年以上都处于冻结状态,只有表层几米的土层处于夏融冬冻的状态。在多年冻土地区的主要工程地质问题有融沉、冻胀等不良地质现象。以东北大兴安岭地区的冻土试验工作为例,分别对冻土的总含水量试验、密度试验、融沉压缩试验几项作了细致的总结分析,特别是融沉压缩试验从开土制件、试验过程、重塑冻土试验结果分析及试验中所应注意的事项一一作了详细介绍,并对冻土在取样及试验室保管过程中怎样才能保证冻土的天然状态不受破坏,提出了自己的一些看法。     

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。     

石太客专路基冻胀融沉特性试验与冻害控制措施

为减少路基冻胀和融沉对石太客专的影响，对石太客专路基砂卵石地层冻胀融沉特性开展试验研究。试样取自石太客专路基，测定试样在不同干密度（1.91 g/cm3,2.05 g/cm3,2.15 g/cm3）条件下，饱水砂卵石在开放系统和封闭系统条件下的温度场、冻胀量和融沉量。试验结果表明，砂卵石土冻胀力、冻胀量和融沉量随干密度的增大而减小，冻胀融沉后的砂卵石试样不会回到初始状态；封闭系统中砂卵石试样冻结达到稳态的时间大于开放系统，干密度愈小，砂卵石试样冻结达到稳定的时间愈长。根据石太客专路基砂卵石地层冻胀和融沉特性，采取疏通排水、注盐、增加外保温层、路基注入高分子材料等预防措施，保障石太客专的安全运营。     

中俄输油管道沿线多年冻土工程地质问题及防治对策

研究目的:中俄输油管道穿越我国东北大兴安岭多年冻土区,多年冻土的融沉及活动层的冻融对管道地基工程的破坏,将造成管基的不均匀变形,影响输油管道的安全.本文通过对中俄输油管道沿线多年冻土区工程地质问题进行分析研究,有针对性地提出用以保证输油管道工程安全稳定的防治对策.研究结论:(1)在多年冻土区采用架空方式敷设输油管道,可极大地避免不良工程地质问题对输油管道安全的影响;(2)冻融差异变形是导致冻土地区管道变形破坏以及诱发管道病害的主要原因,通过减小冻胀变形或融沉变形的绝对值来减缓管道在纵向方向差异变形上的剧烈程度均是输油管道克服变形破坏的有效途径;(3)在冻胀敏感性土和高含冰量多年冻土等不良工程地质地段,可采用管道保温、换填、管壁加厚等措施来消除或减弱管道轴向不均匀变形程度.     

祁连山北麓多年冻土特征及工程处理措施

研究目的:多年冻土的冻胀及融沉对工程建设影响很大,祁连山冷龙岭地势高耸,气候寒冷,相关文献表明,多年冻土分布在海拔3 400 m以上。兰新第二双线首次以隧道群通过冷龙岭,北麓各隧道洞口海拔均低于3 400 m,查明工程范围多年冻土海拔下界、研究区内冻土工程特征,对隧道群的设计及施工安全意义重大。研究结论:(1)通过勘察及施工开挖分析研究,祁连山北麓多年冻土下界海拔为3 170~3 390 m,冻土厚度0~23 m,地温为-0.05℃~0.05℃,属高温极不稳定型;(2)多年冻土的分布与坡向、岩性、含水量、气温、地温、植被等密切相关,隧道出口段多为阴坡,多分布岛状多年冻土,进口段为阳坡,无冻土分布;(3)根据冻土特征,相关工程采取了针对性的处理方案;(4)多年冻土下界海拔的修正和特征分析结论对祁连山区冻土的研究及类似工程建设具有借鉴意义。     

基于随机介质理论的土体融沉预测及其参数敏感性分析

为预测人工冻结法施工引起的地表融沉,以广州某地铁为研究背景,考虑土体压力的变化,运用随机介质理论建立马蹄形水平冻结融沉计算模型,分析对地表融沉有影响的各参数的敏感性。由计算结果得出,水平冻结引起的地表竖向融沉呈正态分布,在隧道中心处达到最大值;参数敏感性分析得出各参数敏感度从大到小依次为冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、隧道埋深、融化与压密系数;最大竖向融沉随着冻结壁厚度、土体主要影响角正切值、融化与压缩系数的增大而增大,随着隧道埋深的增大而减小。     

石灰桩处理岛状多年冻土地基现场试验研究

研究目的:作为一种较为成熟的地基处理方法,石灰桩主要应用于加固软土地基、湿陷性黄土地基、道路路基加固以及纠偏加固危房等方面,对其加固原理已开展了较多研究。但利用石灰桩的放热作用来处理高温岛状冻土地基,相关研究较少。本文通过现场试验,从地温、变形、承载力三个方面对石灰桩处理岛状多年冻土的应用效果进行评价,并对石灰桩处理高温岛状冻土地基的施工工艺进行总结。研究结论:(1)石灰桩处理冻土地基时,关键要注意控制配料的质量,确定合适的含水率,保证配料拌和夯填的连续性;(2)桩径40 cm、桩间距1.2 m条件下,生石灰含量50%的石灰桩能在施工后一周内完全融化桩周冻土且地基土达到最高温;(3)石灰桩复合地基变形在施工后一周内基本完成,试验测得地基土和桩的变形以竖向膨胀为主,石灰桩的膨胀挤密基本消除了冻土融化可能产生的融沉;(4)利用石灰桩处理岛状多年冻土地基能达到融化冻土、加固融土的效果,试验研究成果可为石灰桩处理岛状冻土的实际工程提供借鉴。     

青藏铁路工程走廊多年冻土对全球气候变化的响应

针对受全球气候转暖影响青藏铁路沿线年平均气温逐年上升的环境变化,基于青藏铁路沿线不同区域内多年来的气象及地温监测资料,进行青藏铁路工程走廊气候要素演化及多年冻土对全球气候变化响应的研究。结果表明:青藏铁路工程走廊内气温基本以年均0.03℃的速度升高;年降水量大部分在250~450mm之间,且呈波动增大变化趋势;冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显;地面温度升温速率达0.06℃·年-1,是气温升温速率的1.34倍;沿线多年冻土区2007年至2013年间天然上限抬升的仅占9%,而天然上限下降的占91%;地基多年冻土不同深度处地温均在升高,距离上限较近的地温升温速率普遍最大,多年冻土退化主要为自上而下;唐古拉山以北多年冻土退化较唐古拉山以南明显。     

采用长距离水平冻结暗挖法的浅埋大断面地铁隧道施工技术

通过人工冻土试验、有限元数值分析和大型物理模型试验,研究浅埋大断面地铁隧道采用长距离水平冻结暗挖法的施工技术。通过现场土的人工冻土试验,得到土体冻结的物理力学指标。有限元数值分析结果表明,随着冻结壁厚度的增加,冻结壁的强度和稳定性增加。大型物理模型试验结果表明,冻胀和融沉量都随着冻结壁厚度的增加而明显增大;当冻结壁厚度为4.5 m时,预测实际工程地表冻胀和融沉量均已超过允许值。根据上述研究结果,进行了冻结施工方案的设计和优化。在施工过程中,改进超长距离水平冻结管连接方式,采用跟管钻进新技术,确保了冻结孔的成孔质量;采取设置卸压孔、加大盐水流量和融沉跟踪注浆等技术措施,有效地控制了地面的冻胀和融沉,确保了工程顺利地完成。     

孔隙水含盐量对上海饱和软黏土冻融特性的影响

在河口三角洲地区使用人工地层冻结法修建过江、过海隧道工程时,高含盐量的地层冻结效果不同于以往淡水冻结.以上海市沿江地区软黏土的冻结施工为背景,对不同孔隙水含盐量的重塑软黏土进行单向冻融试验、冻结单轴抗压试验,得到不同孔隙水含盐量下软黏土的热力学特性、冻胀特性、融沉特性,冻结土的强度特性、抵抗变形特性.研究结果表明:孔隙水中的盐分能降低冻结软黏土的抗压强度、弹性模量,给工程带来不利影响;能降低土体的冻胀率、融沉系数,带来有利影响;对传热特性、融沉时间的影响不显著.冻结可以致使孔隙水中的水分子迁移,而对孔隙水中的盐分没有明显的效果.     

高原多年冻土区路基沉降及开裂的理论分析与计算探讨

对高原多年冻土区路基的变形及开裂机理进行理论分析,并建立计算模式.提出在对路基横断面进行条块划分的基础上,路基条块按人为上限旋转,从而进行融沉裂缝计算.针对高原多年冻土区路基的变形特性,考虑了变形与时间之间的联系,提出了计算裂缝的理论模式.     

多年冻土区埋地式输油管道地基热稳定性研究

研究目的:多年冻土区埋地式输油管道在正温油品的影响下,将对多年冻土地基产生扰动,形成融化圈。同时,多年冻土的融沉及活动层的冻融对管道地基工程造成破坏,引起管道地基的不均匀变形,影响输油管道的安全。本文通过建立埋地式输油管道融化圈计算模型,计算出融化圈的厚度,并提出地基处理方法;为多年冻土区埋地式输油管道敷设提供依据。研究结论:文章经过计算分析和研究,根据多年冻土区埋地式输油管道的融化圈计算模型,并计算得出融化圈大小;研究得出利用粗粒土换填加保温板形式对多年冻土区埋地式输油管道的进行处理,可以减少输油管道融沉冻胀量,保证管道地基的稳定。     

多年冻土区利用加筋措施减小路堤变形试验研究

结合青藏铁路多年冻土区试验段工程实例 ,阐述冻胀和融沉是影响修建于多年冻土上的铁路路堤和行车安全的主要因素 ;分析路堤内铺设土工格栅的作用机理 ;通过实测数据说明修建路堤对多年冻土上限的影响以及评价不同加筋方式对减小路堤变形的作用     

单向冻结条件下饱水砂卵石冻胀融沉特性试验研究

以北京典型饱水卵石7#地层为研究对象,利用恒温恒压冻胀融沉仪,研究不同干密度饱水砂卵石在开放系统和封闭系统条件下的冻胀率、融沉系数、冻胀力及水分迁移量。试验结果表明:①饱水砂卵石的冻胀率和融沉系数均小于1%,远小于黏土、粉土的冻胀率和融沉系数,且随干密度的增大而减小;②封闭系统砂卵石冻胀率(力)和融沉系数大于开放系统;③饱水砂卵石冻胀过程是排水过程,排水量占土颗粒质量比例不超过1%;④无论是开放系统还是封闭系统,砂卵石经冻胀融沉后,总有一定的变形残余量。研究成果为冻结法在北京深层地下空间应用提供理论依据和参考。     

信息

“高原多年冻土区光缆敷设施工工艺”技术研究2006年底,中铁电气化局集团有限公司电气化公司完成了“高原多年冻土区光缆敷设施工工艺”的技术研究。该工艺是针对青藏铁路多年冻土区和沼泽地段通信光缆敷设所面临的积水、坍塌,以及冻胀、融沉对已敷设光缆的危害等难题开展的施工技术研究。     

青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究

通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律。研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007—2013年间冻土天然上限下移的达91%,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81%,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定。