青藏高原多年冻土区通风管路基传热规律研究

研究目的:通风管路基作为一种新型的路基结构,具有降低多年冻土地温抬升路基人为上限的性能,对多年冻土区铁路的建设及运营提供安全保证.本文结合青藏高原多年冻土区特殊的气候条件及空气流通特征,对通风管内空气对流形式进行分析,并通过传热学基本理论对多年冻土区通风管路基体的传热规律进行研究.研究结果:文章经过系统分析和研究,提出了青藏高原多年冻土区通风管路基的传热理论.认为青藏高原多年冻土区通风管路基的传热方式主要为空气的强迫对流、自然对流及热传导3种,并通过理论计算及试验得出使通风管路基达到最大功效的合理的长径比.     

青藏高原多年冻土区通风管路基温度特性分析

结合青藏铁路清水河试验段试验,研究通风管路基的温度特性,根据通风管路基基底1m范围内和边坡位置及冻土上限位置热量周转和通风管内外温度,分析通风管路基对保护多年冻土的有效性。研究结果表明:青藏高原严寒的气候为通风管的适用性提供了环境条件;在路基中埋入通风管,不但增加了路基与空气的接触面,而且通过高原空气的强对流活动,消耗路基体中存在的热量,有效阻止路基表面吸收的辐射热量下传,起到了保护下伏多年冻土维持冻结状态的作用;通风管路基作为青藏高原多年冻土区的一种新结构形式,为青藏铁路的建设和安全运营提供了技术支撑。     

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。     

多年冻土区铁路路基典型病害及防护技术研究

铁路路基防护技术是多年冻土区铁路工程建设的重要研究方向。介绍青藏铁路多年冻土路基出现的病害原因及其特征,归纳出4种常见病害的分布特征和变化趋势,总结了青藏铁路常用的通风管、碎石护坡等7种路基防护措施的研究成果和现状。在青藏高原气候变暖的背景下,分析目前研究中存在的不足和需要解决的新问题,并对未来研究方向和趋势进行展望。研究成果可对多年冻土区工程防灾减灾措施研究提供理论指导,也对高原走廊内新建高速铁路、高速公路和输油气管道等工程方案的设计、施工提供参考和依据。     

多年冻土区铁路通风路基室内模型试验研究

介绍了青藏铁路多年冻土区通风结构路基内模型试验的研究结果。分析了模型路基典型部位的温度随时间的变化情况及整个路基2个典型断面在最低负温，最高正温和融化期结束时的温度场特征。通过对不同周期内对应时刻温度场的对比分析表明：随着时间的推移，路基土体的温度有明显的降低，最大融化深度有逐渐减小，这说明通风管路基结构形式能够有效地为路基提供冷能，发挥保护冻土，维持路基稳定性的作用。沿着风向方向，路基温度场呈不对称分布；通过通风管中心的断面和位于两根通风管中间的断面温度场在同一时刻非常相似，说明在路基的横断面上温度分布是对称的。     

基于Copula函数的青藏铁路多年冻土区路基变形相关性分析

为解决青藏铁路多年冻土区路基两侧不规律变形问题,根据青藏高原多年冻土区全线铁路不同路基类型观测站点路基融沉的长期观测数据,利用箱线图查找异常值的原理分别对其进行异常值检验,再基于Copula理论给出了路基两侧变形相关性分析的建模步骤,确定路基两侧变形的相关性结构,并依据不同Copula族特征对其进行相关性分析,实现多年冻土区路基两侧变形的主侧方向判定。研究结果表明：（1）不同路基类型两侧高度的变形呈正相关且相关性极高,说明多年冻土区路基两侧高度变形基本满足一致性;（2）4组样本数据的最优相关结构为t-Copula,即多年冻土区路基两侧变形具有对称性且上、下尾部相关性较强的特点;（3）路基两侧的变形模式几乎均等性相依。本文研究成果可为路基进行状态监测和路基养护提供参考。     

青藏铁路多年冻土区热棒路基的设计计算

研究目的：热棒作为一种主动保护多年冻土的措施，已在青藏铁路多年冻土区路基工程中得到广泛应用。但是，由于缺乏现场测试资料，多年冻土区热棒路基的设计计算始终是一个难题。研究方法：根据青藏铁路多年冻土区清水河试验段热棒路基的现场观测资料，计算了2002--2003年寒季热棒的有效传热影响范围、最大传热影响范围和热棒的产冷量以及传热影响范围内热棒蒸发段土体温度的降低值，并根据计算结果提出了热棒设计所应采用的纵向间距。研究结果：（1）清水河试验段天然地面热棒的有效传热影响范围为1．50m，最大传热影响范围为2．16m；（2）寒季热棒工作期间的总产冷量为1149MJ；（3）寒季最大传热影响范围内热棒蒸发段对应土体温度的平均降低值为0．95℃。研究结论：为保证热棒传热影响范围内土体温度有较大的降低值，工程设计时热棒的纵向间距以3．0m为宜。     

青藏铁路自动温控通风试验路基观测结果分析

自动温控通风路基(自控路基)是基于通风路基的一种新型工程措施,自控系统通过充分利用冷能,可在很大程度上提升通风路基的降温效能.青藏铁路北麓河试验段自控路基的现场观测资料表明,自控系统实施后,通过暖季对通风管内对流换热作用的限制,路基的传热方式以热传导为主,由此使得通风管内整体升温幅度均小于通风路基,自控路基通风管内温度较通风路基约低1.0℃,且中心温度最低;在自控路基中,路基下3.5 m深度原多年冻土上限附近的地温降温幅度更为显著,在自控措施实施后两年的时间里,通过与通风路基对比发现,两者最高温度在降温过程基本一致的情况下,最低温度差值呈现不断扩大的趋势,观测期内最大差值为0.45℃;路基下3.0～3.5 m位置的热流计算表明,自控路基对应的年均放热热流量约为通风路基的2倍,即从传热角度说明,通过自控系统的实施可以提高通风路基的降温效能1倍左右;同时,自控措施将通风路基有效放热时间增加约40 d,这也是自控路基降温效能表现突出的原因之一.     

青藏铁路多年冻土路堤施工技术分析研究

研究目的:通过分析研究片石通风路基、热棒路基、通风管路基施工技术的工作原理、施工工艺和方法、主要质量保证措施和实际应用效果,总结青藏铁路多年冻土路堤施工技术,为高原多年冻土路堤施工提供技术支持.研究结论:根据分析确定不同冻土施工技术的适用范围,灵活选择冻土施工技术.路基面过宽、暖季过长的冻土地段不宜选择热棒路基;通风管路基与风向密切相关,目前我们很难把握风向,建议少采用通风管路基;片石通风路基要注意选好石材,防止地表水进入路堤;在高路堤地段,建议采用以桥代路方式通过.     

青藏高原多年冻土区铁路修筑中值得注意的几个问题

本文针对多年冻土的工和地质特点和施工质量控制，就青藏高原多年冻土区铁路修筑过程中有关桥涵、路基工程等，提出了施工过程中应控制和注意的几个关键环节，对目前青藏高原多年冻土区铁路的修筑具有指导意义。     

EPS保温板在青藏铁路中应用的适用性评价数值模拟

保护冻土原则是多年冻土区路基设计的首要要求。本文运用带相变瞬态温度场有限元数值解法,模拟分析铺设聚苯乙烯(EPS)板后铁路路基下多年冻土最大融化深度在随后50a内随时间的变化,提出保温板铺设的适宜位置;总结分析保温板厚度和路基填土高度的关系;基于年平均气温给出多年冻土区铁路路基工程中保温材料的适用范围,并对多年冻土年平均地温对保温处理措施适用范围的影响进行了分析。     

壁板坡特长隧道施工通风的影响因素分析

特长隧道通风是目前隧道工程建设中的难点,为分析影响带平导特长隧道施工通风的主要因素及其规律,以沪昆客运专线壁板坡特长隧道为工程背景,分析隧道施工时的通风系统和洞内外空气质量的监测数据,并结合目前对隧道施工通风影响因素的研究成果,总结影响特长隧道施工通风洞内空气质量的主要因素及其特征,包括洞内外的温度差、通风方案、施工组织和掘进方法,以达到合理组织隧道施工与优化通风的目的,为类似特长隧道的施工通风及其优化提供参考依据。     

青藏铁路清水河地区路基下伏多年冻土地温变化特征研究

研究目的:分析青藏铁路施工区多年冻土上限的变化规律以及填筑铁路路基施工对下伏多年冻土赋存条 件的影响。 研究方法:系统分析埋设在青藏铁路清水河地区路基中2个断面内的共8个地温测试孔3年来采集的地温 观测资料,研究该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征。 研究结论:由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土近地表的地温变 化特征与天然地面下的多年冻土的地温变化特征有明显的不同,且向阳面与被阴面差别较大。多年冻士的上限 在施工初期会有一个明显的下移沉降,随着时间的推移,虽然残存在路基中的热量逐渐消散,多年冻土上限下 降会逐渐稳定,但由于受到太阳辐射和路基边坡形状及融化夹层的影响,多年冻土上限会逐渐稳定,但不会在 短时期内上升到天然地面下多年冻土的上限水平。     

青藏铁路冻土路基沉降变形预测

青藏铁路试验工程北麓河试验段冻土路基沉降变形现场试验研究表明:即使路基下冻土人为上限有所上升,冻土路基仍会产生较大的沉降变形。这种变形主要来自原天然上限以下高温—高含冰量冻土升温引起的压缩变形。路基下多年冻土的升温幅度、高含冰量冻土层厚度和路堤高度越大,路基的沉降变形量就越大。数值计算结果表明:在路堤填土满足临界高度,且考虑青藏高原年平均气温逐年上升的条件下,青藏铁路北麓河试验段冻土路基在未来50年内的总沉降量可能达到30 cm。因此,要控制冻土路基的沉降变形,必须采取主动降低多年冻土温度的工程措施,单纯靠增加路堤高度的传统方法不能解决问题,甚至适得其反。     

胶新铁路施工期路堤水土流失特征

为探讨铁路路堤坡面水土流失特征，对施工期胶新铁路一段路堤进行了天然降雨现场观测，结果表明：路堤坡面的水土流失形式在特大暴雨时表现为浅沟侵蚀，但不影响路堤表面的稳定性；路堤坡面产生水土流失需要一定的雨量和雨强条件，雨强是引起坡面产流的关键因素；路堤通过改变沿线原来的径流途径引起二次水土流失，即通过路堤的渗流冲刷下游农田，及时修建导流排水沟可以预防二次水土流失。     

青藏铁路运营期间低温冻土区片石气冷路基工程效果分析

冻土区筑路技术问题的关键是冻土的热稳定性,这种热学问题的力学表现是路基变形。通过对青藏铁路运营期间冻土区典型地段路基地温场和路基变形特征的分析,指出青藏铁路冻土区路基地温场形态控制了长期运营期间的路基变形总量和横向差异变形总量。这些变形主要由冻土季节融化层土体的冻胀融沉变形、冻土压缩变形、冻土长期蠕变变形组成。工程监测以及理论计算证明了片石气冷路基结构保护冻土效果的长期可靠性,证明了其减少运营期路基变形,保证冻土区路基工程的长期稳定性的效果。     

青藏铁路加筋路堤试验工程监测方法

结合工程实例 ,简要分析在青藏高原多年冻土区修建的铁路路堤易遇到的变形问题 ,重点探讨路堤变形的监测方法。     

地铁环控大系统基于已知负荷模型的前馈控制策略讨论

对采用屏蔽门制式的厦门地铁1号线地下车站通风空调大系统负荷进行监测,通过试点车站客流量负荷、新风负荷、设备负荷变化等的综合分析,对车站通风空调大系统的运行模式、能耗水平、室内环境控制效果进行梳理总结.在与传统运行模式对比后,提出基于已知负荷模型的前馈控制策略,并进行试点研究.研究表明,基于已知负荷的前馈控制策略可以有效...     

铁路空调列车新风量测试方法研究

基于铁路空调车厢CO2浓度与所测新风量数值呈相关性,推导出的新风量数值可估算车厢新风供给状况,使新风量分析仪对旅客车厢新风量进行监测成为可能。该方法简便、快速,易于操作,能够即时了解旅客运输高峰期车厢中旅客实际获得的新风量,为相关部门监测评价旅客列车空气质量、调整通风量提供数据支持。     

青云山隧道一号斜井正洞施工通风技术

研究目的:通风技术是隧道施工的重点之一,它直接影响到隧道的施工进度及施工成本.近年来,随着我国高速铁路及客运专线建设的快速发展,我国的铁路隧道越修越多,越修越长,通风技术成为了隧道工程技术人员在施工中必须处理的难题.本文以青云山隧道一号斜井正洞施工通风技术为例,详细阐述了该隧道施工中采用的压入式通风技术.研究结论:随着我国隧道通风设备的发展,高风压、大风量通风机和高强度、大直径柔性风管的出现,特长隧道采用压入式通风技术已经成为可能;该种通风方式简单、方便、快捷,通过合理使用,能够用较少的投入,确保良好的施工环境,保证施工进度,降低施工成本.