冻土地区风作用分析以青藏铁路沿线多年冻土为例

随着近几十年全球气候变暖,青藏高原多年冻土区的气候和其他环境条件都有较大改变,多年冻土的工程地质条件也发生了很大变化.根据大量野外实测数据,讨论了多年冻土的平面和垂向分布规律,着重分析了不同冻土区域的地温变化特征,并对不同分区冻土在未来气温升高1℃和2.6℃时工程地质特征的响应变化分别进行了模拟分析研究,这种响应变化对建筑物的稳定性将产生巨大影响.

随着近几十年全球气候变暖，青藏高原多年冻土区的气候和其他环境条件都有较大改变，多年冻土的工程地质条件也发生了很大变化．根据大量野外实测数据，讨论了多年冻土的平面和垂向分布规律，着重分析了不同冻土区域的地温变化特征，并对不同分区冻土在未来气温升高1℃和2．6℃时工程地质特征的响应变化分别进行了模拟分析研究，这种响应变化对建筑物的稳定性将产生巨大影响．

基于多年钻探、地质雷达勘测、地温观测等现场资料,从海拔高度、纬度、地形和地表水体等方面阐述青藏公路沿线多年冻土分布特征;又分别从热交换和地热、岩性对多年冻土的影响阐述青藏公路沿线多年冻土的发育特征。

青藏铁路穿越550km多年冻土区,多年冻土地温、冻土类型以及沿线生态环境等存在较大的差异,使多年冻土区工程较为复杂。因此本文提出了冻土工程复杂性概念,建立冻土工程复杂性评价模型,并利用gis平台对青藏铁路沿线唐古拉山越岭地段工程复杂性进行了分析和研究。研究结果表明,青藏铁路穿越的唐古拉山越岭地段工程复杂性相对较小,而青藏公路的工程复杂性相对较大。这表明了青藏公路沿线冻土工程比青藏铁路沿线更为复杂,在各种因素的影响下,青藏公路路基稳定性变化比青藏铁路更加复杂。

通过对青藏铁路多年冻土区路基施工特点的分析,提出对青藏铁路多年冻土区路基施工的认识。指出解决多年冻土,是青藏铁路施工成败的根本

结合青藏铁路施工实践,介绍多年冻土区高含冰量冻土路堑的设计特点、工程爆破设计、施工准备及施工方法。工作的重点是力求避免引发热融滑坍

多年冻土是青藏铁路建设面临的主要难题之一。在多年冻土地区的斜坡地带往往发育有湿地等不良地质现象,对于路基修建的安全造成严重影响。描述了青藏铁路多年冻土区dk1487+717～dk1487+880段的路基设计情况,总结了关于多年冻土斜坡湿地地段的路基设计体会。

青藏铁路建设需穿越高原多年冻土区,在探明沿线多年冻土分布特征的基础上,合理确定了青藏铁路线路的走向方案.在多年的冻土研究和工程实践的指导下,有针对性地开展了5个不同类型冻土工程试验研究,取得重要科研成果,指导设计和施工.全面总结4a来青藏铁路多年冻土工程的研究与实践,提出了“主动降温,冷却地基,保护冻土”的设计思想,制定了路基、桥涵、隧道成套工程技术措施和先进施工工艺,对确保多年冻土工程质量发挥了重要作用.

从冻土隧道冻害产生的基本因素、冻融圈的变化规律分析,提出青藏铁路多年冻土隧道隔热保温的设计思路及\"防水板+隔热保温层+防水保护层\"的隔热保温结构形式,并结合围岩温度变化进行现场测试,分析得出围岩地温在逐渐回冻,从而验证了隔热保温设计的合理性,其设计方法及思路可为以后相关类似工程的设计提供参考。

本文根据笔者在青藏铁路初、定测工作中的亲身经历,对多年冻土区的工程地质工作进行了详细的归纳、总结,同时提出了主要施工工程地质工作.

基于埋设在青藏铁路清水河地区路基中两个断面内的共8个地温测试孔3年来的地温观测资料,研究了该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征,分析了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。研究表明,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。多年冻土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。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。

为防止雨水冲刷路基,保护路基边坡不受雨水浸蚀,工程部门采取了多种措施来保护边坡的稳定,铺草皮是常用的技术措施之一。1960年在青藏公路多年冻土地区k1113+800附近修建了一段40m长的路堑草皮护坡工程,草皮是作为保温材料而应用在边坡工程上,草皮层保持了边坡冻土人为上限深度的稳定。1975年在风火山地区修筑了路基试验工程,在dk0+235处修建了一座一孔2.0m×

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。

青藏铁路格尔木至拉萨段昆仑山隧道和风火山隧道位于青藏高原海拔4500m以上的多年冻土区,是目前世界上在高原多年冻土区这一特殊气候及围岩条件下修建的最高海拔的隧道工程。在高寒缺氧的高原环境下,隧道施工中保护冻土以及隧道的支护是本工程的技术难点本文通过对高原多年冻土隧道施工方案及施工技术的实践研究,以期为高原高寒地区隧道建设提供施工参考。

研究目的:青藏铁路格尔木—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。

青藏高原自然环境恶劣,铁路穿越多年冻土区长达550km,为确保铁路建成后的运营安全,桥涵设计和施工必须采取特殊的处理措施。青藏铁路的桥涵应从结构、材料、工艺等方面,研究施工简便、耐久性好、维护量少的结构形式。提高结构耐久性的构想和途径主要从混凝土材料、桥涵结构,墩台结构形式,基础类型,合理的施工工艺等方面进行研究。根据青藏铁路多年冻土区特殊的地理位置及气候条件,研究采用青藏线耐久梁及免维护圆柱面(yzm)支座。桥梁基础采用钻孔灌注桩,旋挖钻(干法)成孔工艺;涵洞采用拼装式矩形涵,基坑采取爆破开挖,快速施工。常规的混凝土墩台、基础不能满足多年冻土区冻融循环的要求,研究采用“低温、早强耐久混凝土”,其抗冻融循环次数达300次。

分析了多年冻土地区路堤变形机理。从测试原理、测试项目布设、仪器选择、测试元件的安装和埋设以及数据的采集等多方面重点讨论了如何在多年冻土地区建立一套完善、合理的监测系统。同时分析了测试数据中出现的一些异常现象的具体原因

由于青藏铁路在设计中大量使用了以桥代路的方案,因此桩基础是青藏铁路冻土区桥梁应用最广泛的基础型式。本文围绕青藏铁路多年冻土地区桩基础的设计与试验工程,对桩基础的基于保护冻土的设计与工程措施给予比较全面的阐述。本文主要研究冻土区桩基础的合理型式、冻土活动区冻胀力对桩基础的影响及相应的工程措施、成孔工艺对桩周局部融化和回冻的影响分析、冻土退化对桩基承载力的影响及相应工程措施、冻土区桩基础耐久性设计及相应工程措施等问题。

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、设计和施丁的有关规程规范中,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。

青藏铁路是世界上海拔最高的铁路。通过沿线青海及西藏的地震情况和西大滩断裂带、昆仑山垭口断裂以及不冻泉断裂带的多年观测数据和青藏铁路线路的实际穿越段的地质特点,可以看出,青藏铁路格尔木—拉萨段沿线地震活动频繁、断裂大量发育,不同性质、不同类型、不同特点的活动断裂给青藏铁路的工程安全带来不同程度的影响,并产生和诱发不同类型的地质灾害。一旦在铁路下方沿活动断层形成移动冰丘,将导致铁路路基隆起和铁轨变形。断裂运动不仅孕育了地震,还诱发了不均匀冻胀、构造裂缝、移动冰丘等地质灾害,影响线路工程的安全,增加维护费用。笔者着重4方面分析地震断裂活动对青藏铁路的危害性:断裂活动导致路面变形和工程破坏;断裂活动与非均匀冻胀造成路基强烈变形;构造裂缝带及其工程危害;冻土地区的地震和断裂与保护冻土的工程措施产生矛盾,给出了设计和施工中应该考虑的问题并提出从铁路的勘察设计、施工组织、施工过程中采用各种措施将地震以及断裂活动对铁路的损害程度降低到最小。

青藏公路沿线工程和气候变化影响下多年冻土变化监测表明,多年冻土对工程活动和气候变化的响应过程存在着较大差异,不同年平均地温的多年冻土使这种差异变得更为明显.分析结果表明:气候变化下低温多年冻土变化要大于高温多年冻土,工程状态下低温多年冻土变化要小于高温多年冻土;气候变化引起的低温多年冻土变化要大于工程对其的影响,而高温多年冻土正好相反.造成这一结果原因主要是由于在工程建设完成初期,相对于气候影响,工程作用对多年冻土的影响具有放大作用,这使得工程状态下多年冻土对气候变化基本没有响应.按照气候影响下多年冻土温度年变化速率来推测,低温多年冻土表面温度升温到工程状态需要50a左右时间,高温多年冻土需要20a左右.6m深的低温多年冻土温度升温到工程状态需要20a,高温多年冻土仅需要5~8a.

植被是维持青藏高原多年冻土地区生态系统平衡的关键因素。根据多年来观测调查资料,分析了青藏公路沿线植被的种类、类型及其特征,提出青藏公路沿线最普遍的三类植被是高寒草原、高寒草甸和高原沼泽群落,沿线植被生存环境极为脆弱,一旦破坏,很难恢复。通过样方数据揭示:除取土坑外,公路建设对植被的影响范围一般不超过公路界外50m;受公路建设的干扰,公路两侧草原植被受到了一定程度的破坏,有明显的退化现象。