第Z7卷第1期Z005年Z月
冰川冻土
JOURNALOFGLACIOLOGYANDGEOCRYOLOGY
Vol.Z7No.1Feb.Z005
文章编号!1000-0Z40(Z005)01-0046-04
青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
Z
拉有玉1!张鲁新
(1.青藏铁路有限责任公司9青海西宁810007;Z.铁道部青藏铁路建设总指挥部9青海格尔木816000)
摘要:青藏铁路开工建设以来的冻土工程问题研究9在综合以往冻土学研究成果基础上9针对冻土
区大规模工程实践对冻土和冻土环境的影响特点9冻土和冻土工程之间相互作用本质9用系统工程论的观点9以工程变形为冻土工程问题研究的综合目标9抓住冻土工程问题的热学机理本质9用工程热力结构作为解决问题的主要手段9取得很好的实践效果.同时把我国冻土工程问题研究和冻土工程建设提高到一个新的水平9为建设世界一流的高原铁路奠定了坚实的技术基础.关键词:冻土工程;技术问题;青藏铁路中图分类号!UZ13.1+4
文献标识码!A
我国的冻土工程问题研究9是随着冻土区工程
建设的开展而发展的.Z0世纪50年代大兴安岭森林铁路的修建和青藏铁路第一次建设的前期工作9以及随后70年代青藏铁路第二次建设的科学研究会战9输油管道工程和青藏公路改建等冻土区工程建设的先后实施9给冻土工程问题研究提出大量针对性很强的课题9也给冻土学研究的发展提供了良好的机遇.
青藏铁路穿过长达550km的多年冻土区9由于自然地理条件的复杂性9冻土工程地质条件的多变性9冻土环境的脆弱性9气候变化趋势的不可预
设中对这两个特征的认识决定了冻土工程的设计思想9最终也决定了我们的工程建设水平.
年平均气温是冻土生存的能量条件9随着气温的变化9冻土地温和地下冰都将发生变化[1].基于程国栋等的地温分带和多年冻土受气候及人类工程活动影响的敏感程度91996年童长江等将我国西部冰冻圈高海拔多年冻土划分为三大地温带[Z](表1).
表l高海拔多年冻土地温带
Table1GroundtemperatureZoneSonhigh-altitude
permafroStregionS
带上带
名
带号III1IIZII3III1IIIZ
年平均地温/
icp
-1.5
icp
见性9因此带来大量复杂的冻土工程问题9使冻土区筑路技术问题成为修建青藏铁路面临的三大技术难题之首.
本文力图从青藏铁路建设实践对冻土工程问题研究的验证出发9剖析青藏铁路冻土区工程建设的主要技术问题的冻土学本质9目前研究和工程实践水平9并对今后青藏铁路运营期间冻土工程问题的
研究提出初步意见.
极稳定带稳定带
基本稳定带基本稳定过渡带不稳定带极不稳定带
中带
下带
青藏铁路建设初期编制设计暂规阶段9根据当时我国冻土学研究水平和工程实践水平9把青藏铁路多年冻土划分为4个地温分区(表Z).
青藏铁路多年冻土地区修建铁路必须考虑的关键问题是冻土温度~水份特征对铁路工程稳定性的影响9必须采取的工程对策是控制多年冻土的温度
1l.l青藏铁路建设初期的几个冻土工程问题
冻土地温分区和含冰量工程分类
温度和水分是多年冻土最主要的特征9工程建
收稿日期!Z004-1Z-Z0;修订日期!Z005-01-05
基金项目!中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-04)资助
作者简介!拉有玉(1958T)9男9青海循化人9高级工程师91981年毕业于兰州铁道学院9现从事寒区工程建设与研究工作.
E-mail:ZlXZZ＠public.lZ.gS.cn
1期
拉有玉等C青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
47变化9控制多年冻土的季节融化层的改变9减小水分和岩性在这种变化过程中导致的冻胀融沉变形9从而达到保证铁路工程建筑物的稳定性的目的.
土9对保温隔热层上下表面温度剃度变化的研究使人们进一步认识到9保温隔热层除了阻挡热量9还会阻挡冷量的传入9对保护冻土不利.
表2青藏铁路多年冻土地温分区
TableZGroundtemperatureZoneSofpermafroSt
regionSalongtheGinghai-TibetRailWaY
带名
带号年平均地温/
高温极不稳定冻土区I0>
icp>-0.5高温不稳定冻土区基本II1-0.5>icp>-1.0低温基本稳定冻土区IIZ-1.0>icp>-Z.0
低温稳定冻土区
II3
icp
上述工作的基础是在目前对冻土的认识水平和
铁路工程建设的技术水平上9以温度为标准对多年冻土进行地温分区和以含冰量为标准进行工程分类.
青藏铁路冻土区采用的冻土地温分区标准和过
去相比 3
9高温不稳定冻土区温度界限升高9低温
稳定冻土区温度界限降低.在工程设计中9根据地温分区采用不同设计原则和特殊工程措施时9这种特殊地段相应减少9在保证工程效果的前提下9工程造价将更趋于科学合理.
中国科学院创新工程重大课题 青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应7Z00Z年度的
科学报告中认为 4 C气温升高1 后9楚玛尔河高平原\秀水河和北麓河盆地\沱沱河至通天河一带盆
地铁路经过的绝大部分地区9全部演变成高温极不稳定型的多年冻土9其中沱沱河\通天河盆地部分地段演变成季节冻土区9气温升高Z-6 后9上述地区绝大部分演变成季节冻土区9少部分海拔相对较高地段成为高温极不稳定型多年冻土.
考虑上述结论9青藏铁路冻土区铁路工程设计所依据的冻土地温分区标准9以及根据这种标准采用不同设计原则的工程措施的长期可靠性受到质疑.为此9Z003年以后冻土区工程进行了设计补强9其依据就是冻土地温分区\气候变化对地温的影响和冻土含冰量.
设计补强说明9在冻土含冰量高时9原来两个高温冻土区的设计原则以及所采取的工程措施的区别已经不明显9研究和观测表明这样修正是正确地也是必要的..2隔热保温措施的工程效果
最初人们普遍的认为9路基内部铺设一定厚度保温隔热层9可以减少传入地中热量9保护多年冻
Z0世纪80年代提出的路基临界高度理论以及由此延伸的保温换填\等效保温厚度理论9主要是以低温冻土区野外试验和试验工程为基础提出的.低温冻土区风火山铺设保温材料的试验路堤测温资料的对比说明9在天然条件下地温普遍升高的情况下9试验路堤上限的变化并不明显.而且观测孔各点年平均地温的数值还有下降的趋势9这说明原来
的路堤保温设计是合理的 4
.
青藏铁路建设前期和中期对保温隔热层功能认识的转变主要依据Z001 Z00Z年青藏铁路高温冻土区试验工程观测数据9认为 保温层的隔热作用表现在保温层上部温度受大气边界温度影响剧烈变化时9保温层下部温度变化迟钝\变化幅度减小.寒季不利保温层下部散热9也即不利于保护冻
土7 4 .
鉴于以上认识9青藏铁路冻土区路基工程中保温隔热层的应用受到限制.经过近3a的试验观测研究9对保温隔热层的认识又有了新的认识.高温冻土区路基试验工程观测数据表明9从全年热量收支和地温场变化状况分析9保温隔热层对保护冻土还是起到积极的作用9多年冻土上限从消耗地中冷量抬升9逐渐过渡为依靠自身热量平衡抬升.但是从气温变化长期影响出发9这种路基结构的效果如何9还有待进一步研究才能得出科学的结论.
冻土区全面开工期间的几个技术问题
.l块石路基结构研究和应用
根据对流换热的基本原理以及国际冻土工程界
的一些报道9人们普遍认可块石路基结构冷却地基土体\保护冻土的功效毋庸置疑.最初由于施工规范对填土季节的限制9使施工工期受到影响9人们提出在基底填筑一定厚度和粒径底块石层用于阻隔路基填土热量的下传9保证施工工期.
试验段初期数据的分析证明了块石层路基结构冷却地基的作用和保温板路基的缺点9作为对 保温隔热层7路基结构的一种否定9开始在冻土区路基设计中全面应用.
试验段路基和其他地段路基坡面9以及边坡与顶面交界处纵向变形裂缝的发生9使人们注意到坡向不同对路基变形差异的影响9因而开展了块石层路基和碎石边坡对减少路基横向变形差异效果的研
lZ2
48冰川冻土
Z7卷究9并在冻土区路基工程措施补强设计中普遍应用.
进一步的观测研究对块石层路基应用条件和长期效果提出了值得探讨的问题C在大多数年平均气
3青藏铁路运营期冻土区工程长期可靠性评价方法的研究
温较高(也是高温冻土区)的河流盆地区域9块石层路基结构初期效果使多年冻土上限上升9但是地温曲线说明这种上升是以消耗多年冻土冷量为代价的.同类地段碎石层边坡的坡脚处上限抬升也不明显.
随着冻土区工程的全面推进9如何评价冻土区
工程设计思想的科学性和先进性9工程质量的长期可靠性9成为青藏铁路建设中需要研究的重要课
题.
冻土变化的根源来自太阳辐射影响的气温变化9工程的介入改变了冻土环境9冻土发生变化9为此9在上述地段采用热棒进行局部加强9增加地基土体冷量9提高路基稳定性..2!以桥代路
高温高含冰量冻土区无河流区域大量代替路基的桥梁结构的采用9称之为H
以桥代路H9堪称世界冻土区道路工程建设中的极富新意的创举.
如前所述9冻土区工程结构的主要功能是要使冻土的温度不至于升高9冻土的热稳定性不被破坏.作为主动冷却地基土体大的主要路基结构-块石层路基结构9在低温冻土区的工程效果比较明显S考虑气温升高条件下的数值模拟计算结果表明长期工程效果也是比较理想.但是在年平均气温较高的高温高含冰量冻土区的长期工程效果还有待进一步研究.
H以桥代路H工程结构的特点是C灌注桩基础设计理论合理可靠(分别按照冻结和融化状态计算承载力9取其低值)9以旋挖钻机为代表的先进机械设备和施工工艺最大限度减少了对冻土的破坏9保证了设计思想的体现9低墩台桥梁结构暖季对热源(太阳辐射)的部分遮挡作用和寒季良好的导冷作用9有利于降低桩基础周围冻土温度9有利于提高桩基承载力.保证H以桥代路H结构的稳定性.
H以桥代路H的典型工程是位于楚玛尔河高平原高温高含冰量冻土区9长达11-7km的清水河特大桥..3地表水和冻土层上水径流对冻土热侵蚀的研究和对策
流水携带的热量对冻土的热侵蚀作用导致路基边坡失稳9路基纵向变形裂缝发生发展9破坏了路基稳定性.青藏铁路建设过程对工程次生病害的调查研究证明了这一点.
目前冻土区路堤工程上游侧复合式挡水埝(挡水埝+热棒9挡水埝+防水板)的设置9过水不畅的涵洞改为桥梁9等等9均是有效的工程对策.
这就影响了工程的稳定性.
青藏铁路冻土区施工期变形监测工作的开展9为施工期工程质量评价提供了科学的数据支持9以冻土温度和工程变形两项指标为基础的冻土区工程长期动态监测为青藏铁路冻土区长期工程效果评价奠定基础.结合全球性气候变化对冻土和冻土工程稳定性进行的科学理论预测为建设工程中的设计补强措施提供了理论根据9为评价我们的工程质量\工程效果提供了科学理论基础.
H冻土区工程长期观测系统研究H就是围绕冻土和工程相互影响的复杂的变化过程9取其主要影响因素气温9冻土变化的标志地温和工程变化的标志工程建筑物变形进行全局性分析研究9对冻土区典型地段观测断面设置9典型气候分区自动气象站建立9冻土区工程建筑物变形观测网络建设进行系统研究.同时对以冻土区气候\自然地理地质图件\
冻土地质特点数据为基础的冻土区空间数据库设计进行研究.
在对太阳辐射(气温冻土工程建筑物相互作用工程研究的基础上9提出冻土和工程建筑物相互作用对工程稳定性影响的预测预报模式9组成依靠长期观测系统的数字路基平台9及时分析监测数据9提出病害发生预警9这是长期观测系统建设的技术目标.
根据H冻土区工程长期监测系统研究H结果布置的路基\桥梁\涵洞地温\变形监测断面9用GPS定位9以无线传输形式实现冻土区自动地温监测9并根据数字路基平台要求格式9输出观测数据9进入相应空间数据库9通过数字路基平台相应软件9进行分析研究9预测预报根据温度\变形指标确定的病害发生可能9为判断青藏铁路冻土区工程状态和安全运营提供决策支持功能.
H青藏铁路冻土区工程长期监测系统H研究和建设9将为评价工程质量长期可靠性9为实现建设世界一流高原铁路提供系统的科学依据.
22
1期
拉有玉等:青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
冻土 增刊):1996 l8
49参考文献!#References
[1]
WuGingbaiTongChangjiang.TheeffectofclimateWarmingonStabilitYanddurabilitYofbuildingSinpermafroStregionS
[A].ProceedingSoftheFifthConferenceonGlaciologYandGeocrYologY Vol.1[C].LanZhou:GanSuCulturePreSS
吴青柏 童长江.气候转暖对多年冻土区1996.373-376.[
工程建筑物稳定性和持久性影响[A].第五届全国冰川冻土学大会论文集
[Z]TongChangjiang Wu
Gingbai.PermafroStZonationof
groundtemperatureandStabilitYofengineeringconStructionS
China[J laciologYandintheWeSternregion .JournalofG
:童长江 吴青GeocrYologY 1996 l8
[3]GinDahe.ASSeSSmentonEnvironmentEvolutioninWeStof
秦大河.China[M].Beijing:SciencePreSS Z00Z.1-437.[
中国西部环境演变评估[科学出版社 M].北京:Z00Z.1-437.][4]
ColdandAridRegionSEnvironmentalandEngineeringRe-SearchInStitute ChineSeAcademYofScienceS.Z00ZScientif-icReportonInteractionSBetWeenPermafroStandGinghai-Ti-betanRailroadEngineeringandTheirEnvironmentalEffect[R].LanZhou:ColdandAridRegionSEnvironmentalandEngineeringReSearchInStitute ChineSeAcademYofSci-中国科学院寒区旱区环境与工程研究所.青藏enceS Z00Z.[
铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应科学报告[R].兰州:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 Z00Z.]
PermafrostEngineeringProblemalongthe0inghai-TibetRailway:
AThoroughResearchandPractice
Z
LAYou-Yu1Z Z ANGLu-Xin
COnsiruciiOn~eadguariersOfrailwa$Minisir$OfChina GOlmudGinghai816000 China)
Abstract:SincethebeginningoftheGinghai-Tibet
RailWaYconStruction thereSearchoftheperma-froStengineering SYntheSiZingthepreviouSa-chievementSinpermafroStStudieS haSobtained
ieWingWithSYStemen-goodfulfillmentreSultS.V
thereSearchaimSattheinfluencegineeringtheorY
oflarge-ScaleconStructionpracticeonpermafroStandpermafroStenvironmentandtheinteractionof
andtakeSpermafroStandpermafroStengineering
theengineeringdeformationaSthecomprehenSive
andthethermalmechaniSmSofpermafroStgoal
engineeringproblemSaStheeSSence.Theengi-neeringthermodYnamicStructureiStakenaSthemainmeaSureStoSolveproblemS.AttheSametime theStudYofpermafroStengineeringandtheconStructioninpermafroStregionSarepromotedtoaneWlevel andaSolidtechnicalfoundationiSeS-tabliShedforconStructingatop-gradeplateaurailroadinWorld.
Keywords:technicalCueStionS;Ginghai-TibetRailWaYpermafroStengineering;
第Z7卷第1期Z005年Z月
冰川冻土
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Vol.Z7No.1Feb.Z005
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青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
Z
拉有玉1!张鲁新
(1.青藏铁路有限责任公司9青海西宁810007;Z.铁道部青藏铁路建设总指挥部9青海格尔木816000)
摘要:青藏铁路开工建设以来的冻土工程问题研究9在综合以往冻土学研究成果基础上9针对冻土
区大规模工程实践对冻土和冻土环境的影响特点9冻土和冻土工程之间相互作用本质9用系统工程论的观点9以工程变形为冻土工程问题研究的综合目标9抓住冻土工程问题的热学机理本质9用工程热力结构作为解决问题的主要手段9取得很好的实践效果.同时把我国冻土工程问题研究和冻土工程建设提高到一个新的水平9为建设世界一流的高原铁路奠定了坚实的技术基础.关键词:冻土工程;技术问题;青藏铁路中图分类号!UZ13.1+4
文献标识码!A
我国的冻土工程问题研究9是随着冻土区工程
建设的开展而发展的.Z0世纪50年代大兴安岭森林铁路的修建和青藏铁路第一次建设的前期工作9以及随后70年代青藏铁路第二次建设的科学研究会战9输油管道工程和青藏公路改建等冻土区工程建设的先后实施9给冻土工程问题研究提出大量针对性很强的课题9也给冻土学研究的发展提供了良好的机遇.
青藏铁路穿过长达550km的多年冻土区9由于自然地理条件的复杂性9冻土工程地质条件的多变性9冻土环境的脆弱性9气候变化趋势的不可预
设中对这两个特征的认识决定了冻土工程的设计思想9最终也决定了我们的工程建设水平.
年平均气温是冻土生存的能量条件9随着气温的变化9冻土地温和地下冰都将发生变化[1].基于程国栋等的地温分带和多年冻土受气候及人类工程活动影响的敏感程度91996年童长江等将我国西部冰冻圈高海拔多年冻土划分为三大地温带[Z](表1).
表l高海拔多年冻土地温带
Table1GroundtemperatureZoneSonhigh-altitude
permafroStregionS
带上带
名
带号III1IIZII3III1IIIZ
年平均地温/
icp
-1.5
icp
见性9因此带来大量复杂的冻土工程问题9使冻土区筑路技术问题成为修建青藏铁路面临的三大技术难题之首.
本文力图从青藏铁路建设实践对冻土工程问题研究的验证出发9剖析青藏铁路冻土区工程建设的主要技术问题的冻土学本质9目前研究和工程实践水平9并对今后青藏铁路运营期间冻土工程问题的
研究提出初步意见.
极稳定带稳定带
基本稳定带基本稳定过渡带不稳定带极不稳定带
中带
下带
青藏铁路建设初期编制设计暂规阶段9根据当时我国冻土学研究水平和工程实践水平9把青藏铁路多年冻土划分为4个地温分区(表Z).
青藏铁路多年冻土地区修建铁路必须考虑的关键问题是冻土温度~水份特征对铁路工程稳定性的影响9必须采取的工程对策是控制多年冻土的温度
1l.l青藏铁路建设初期的几个冻土工程问题
冻土地温分区和含冰量工程分类
温度和水分是多年冻土最主要的特征9工程建
收稿日期!Z004-1Z-Z0;修订日期!Z005-01-05
基金项目!中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1-SW-04)资助
作者简介!拉有玉(1958T)9男9青海循化人9高级工程师91981年毕业于兰州铁道学院9现从事寒区工程建设与研究工作.
E-mail:ZlXZZ＠public.lZ.gS.cn
1期
拉有玉等C青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
47变化9控制多年冻土的季节融化层的改变9减小水分和岩性在这种变化过程中导致的冻胀融沉变形9从而达到保证铁路工程建筑物的稳定性的目的.
土9对保温隔热层上下表面温度剃度变化的研究使人们进一步认识到9保温隔热层除了阻挡热量9还会阻挡冷量的传入9对保护冻土不利.
表2青藏铁路多年冻土地温分区
TableZGroundtemperatureZoneSofpermafroSt
regionSalongtheGinghai-TibetRailWaY
带名
带号年平均地温/
高温极不稳定冻土区I0>
icp>-0.5高温不稳定冻土区基本II1-0.5>icp>-1.0低温基本稳定冻土区IIZ-1.0>icp>-Z.0
低温稳定冻土区
II3
icp
上述工作的基础是在目前对冻土的认识水平和
铁路工程建设的技术水平上9以温度为标准对多年冻土进行地温分区和以含冰量为标准进行工程分类.
青藏铁路冻土区采用的冻土地温分区标准和过
去相比 3
9高温不稳定冻土区温度界限升高9低温
稳定冻土区温度界限降低.在工程设计中9根据地温分区采用不同设计原则和特殊工程措施时9这种特殊地段相应减少9在保证工程效果的前提下9工程造价将更趋于科学合理.
中国科学院创新工程重大课题 青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应7Z00Z年度的
科学报告中认为 4 C气温升高1 后9楚玛尔河高平原\秀水河和北麓河盆地\沱沱河至通天河一带盆
地铁路经过的绝大部分地区9全部演变成高温极不稳定型的多年冻土9其中沱沱河\通天河盆地部分地段演变成季节冻土区9气温升高Z-6 后9上述地区绝大部分演变成季节冻土区9少部分海拔相对较高地段成为高温极不稳定型多年冻土.
考虑上述结论9青藏铁路冻土区铁路工程设计所依据的冻土地温分区标准9以及根据这种标准采用不同设计原则的工程措施的长期可靠性受到质疑.为此9Z003年以后冻土区工程进行了设计补强9其依据就是冻土地温分区\气候变化对地温的影响和冻土含冰量.
设计补强说明9在冻土含冰量高时9原来两个高温冻土区的设计原则以及所采取的工程措施的区别已经不明显9研究和观测表明这样修正是正确地也是必要的..2隔热保温措施的工程效果
最初人们普遍的认为9路基内部铺设一定厚度保温隔热层9可以减少传入地中热量9保护多年冻
Z0世纪80年代提出的路基临界高度理论以及由此延伸的保温换填\等效保温厚度理论9主要是以低温冻土区野外试验和试验工程为基础提出的.低温冻土区风火山铺设保温材料的试验路堤测温资料的对比说明9在天然条件下地温普遍升高的情况下9试验路堤上限的变化并不明显.而且观测孔各点年平均地温的数值还有下降的趋势9这说明原来
的路堤保温设计是合理的 4
.
青藏铁路建设前期和中期对保温隔热层功能认识的转变主要依据Z001 Z00Z年青藏铁路高温冻土区试验工程观测数据9认为 保温层的隔热作用表现在保温层上部温度受大气边界温度影响剧烈变化时9保温层下部温度变化迟钝\变化幅度减小.寒季不利保温层下部散热9也即不利于保护冻
土7 4 .
鉴于以上认识9青藏铁路冻土区路基工程中保温隔热层的应用受到限制.经过近3a的试验观测研究9对保温隔热层的认识又有了新的认识.高温冻土区路基试验工程观测数据表明9从全年热量收支和地温场变化状况分析9保温隔热层对保护冻土还是起到积极的作用9多年冻土上限从消耗地中冷量抬升9逐渐过渡为依靠自身热量平衡抬升.但是从气温变化长期影响出发9这种路基结构的效果如何9还有待进一步研究才能得出科学的结论.
冻土区全面开工期间的几个技术问题
.l块石路基结构研究和应用
根据对流换热的基本原理以及国际冻土工程界
的一些报道9人们普遍认可块石路基结构冷却地基土体\保护冻土的功效毋庸置疑.最初由于施工规范对填土季节的限制9使施工工期受到影响9人们提出在基底填筑一定厚度和粒径底块石层用于阻隔路基填土热量的下传9保证施工工期.
试验段初期数据的分析证明了块石层路基结构冷却地基的作用和保温板路基的缺点9作为对 保温隔热层7路基结构的一种否定9开始在冻土区路基设计中全面应用.
试验段路基和其他地段路基坡面9以及边坡与顶面交界处纵向变形裂缝的发生9使人们注意到坡向不同对路基变形差异的影响9因而开展了块石层路基和碎石边坡对减少路基横向变形差异效果的研
lZ2
48冰川冻土
Z7卷究9并在冻土区路基工程措施补强设计中普遍应用.
进一步的观测研究对块石层路基应用条件和长期效果提出了值得探讨的问题C在大多数年平均气
3青藏铁路运营期冻土区工程长期可靠性评价方法的研究
温较高(也是高温冻土区)的河流盆地区域9块石层路基结构初期效果使多年冻土上限上升9但是地温曲线说明这种上升是以消耗多年冻土冷量为代价的.同类地段碎石层边坡的坡脚处上限抬升也不明显.
随着冻土区工程的全面推进9如何评价冻土区
工程设计思想的科学性和先进性9工程质量的长期可靠性9成为青藏铁路建设中需要研究的重要课
题.
冻土变化的根源来自太阳辐射影响的气温变化9工程的介入改变了冻土环境9冻土发生变化9为此9在上述地段采用热棒进行局部加强9增加地基土体冷量9提高路基稳定性..2!以桥代路
高温高含冰量冻土区无河流区域大量代替路基的桥梁结构的采用9称之为H
以桥代路H9堪称世界冻土区道路工程建设中的极富新意的创举.
如前所述9冻土区工程结构的主要功能是要使冻土的温度不至于升高9冻土的热稳定性不被破坏.作为主动冷却地基土体大的主要路基结构-块石层路基结构9在低温冻土区的工程效果比较明显S考虑气温升高条件下的数值模拟计算结果表明长期工程效果也是比较理想.但是在年平均气温较高的高温高含冰量冻土区的长期工程效果还有待进一步研究.
H以桥代路H工程结构的特点是C灌注桩基础设计理论合理可靠(分别按照冻结和融化状态计算承载力9取其低值)9以旋挖钻机为代表的先进机械设备和施工工艺最大限度减少了对冻土的破坏9保证了设计思想的体现9低墩台桥梁结构暖季对热源(太阳辐射)的部分遮挡作用和寒季良好的导冷作用9有利于降低桩基础周围冻土温度9有利于提高桩基承载力.保证H以桥代路H结构的稳定性.
H以桥代路H的典型工程是位于楚玛尔河高平原高温高含冰量冻土区9长达11-7km的清水河特大桥..3地表水和冻土层上水径流对冻土热侵蚀的研究和对策
流水携带的热量对冻土的热侵蚀作用导致路基边坡失稳9路基纵向变形裂缝发生发展9破坏了路基稳定性.青藏铁路建设过程对工程次生病害的调查研究证明了这一点.
目前冻土区路堤工程上游侧复合式挡水埝(挡水埝+热棒9挡水埝+防水板)的设置9过水不畅的涵洞改为桥梁9等等9均是有效的工程对策.
这就影响了工程的稳定性.
青藏铁路冻土区施工期变形监测工作的开展9为施工期工程质量评价提供了科学的数据支持9以冻土温度和工程变形两项指标为基础的冻土区工程长期动态监测为青藏铁路冻土区长期工程效果评价奠定基础.结合全球性气候变化对冻土和冻土工程稳定性进行的科学理论预测为建设工程中的设计补强措施提供了理论根据9为评价我们的工程质量\工程效果提供了科学理论基础.
H冻土区工程长期观测系统研究H就是围绕冻土和工程相互影响的复杂的变化过程9取其主要影响因素气温9冻土变化的标志地温和工程变化的标志工程建筑物变形进行全局性分析研究9对冻土区典型地段观测断面设置9典型气候分区自动气象站建立9冻土区工程建筑物变形观测网络建设进行系统研究.同时对以冻土区气候\自然地理地质图件\
冻土地质特点数据为基础的冻土区空间数据库设计进行研究.
在对太阳辐射(气温冻土工程建筑物相互作用工程研究的基础上9提出冻土和工程建筑物相互作用对工程稳定性影响的预测预报模式9组成依靠长期观测系统的数字路基平台9及时分析监测数据9提出病害发生预警9这是长期观测系统建设的技术目标.
根据H冻土区工程长期监测系统研究H结果布置的路基\桥梁\涵洞地温\变形监测断面9用GPS定位9以无线传输形式实现冻土区自动地温监测9并根据数字路基平台要求格式9输出观测数据9进入相应空间数据库9通过数字路基平台相应软件9进行分析研究9预测预报根据温度\变形指标确定的病害发生可能9为判断青藏铁路冻土区工程状态和安全运营提供决策支持功能.
H青藏铁路冻土区工程长期监测系统H研究和建设9将为评价工程质量长期可靠性9为实现建设世界一流高原铁路提供系统的科学依据.
22
1期
拉有玉等:青藏铁路建设冻土工程问题的深入研究和实践
冻土 增刊):1996 l8
49参考文献!#References
[1]
WuGingbaiTongChangjiang.TheeffectofclimateWarmingonStabilitYanddurabilitYofbuildingSinpermafroStregionS
[A].ProceedingSoftheFifthConferenceonGlaciologYandGeocrYologY Vol.1[C].LanZhou:GanSuCulturePreSS
吴青柏 童长江.气候转暖对多年冻土区1996.373-376.[
工程建筑物稳定性和持久性影响[A].第五届全国冰川冻土学大会论文集
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PermafrostEngineeringProblemalongthe0inghai-TibetRailway:
AThoroughResearchandPractice
Z
LAYou-Yu1Z Z ANGLu-Xin
COnsiruciiOn~eadguariersOfrailwa$Minisir$OfChina GOlmudGinghai816000 China)
Abstract:SincethebeginningoftheGinghai-Tibet
RailWaYconStruction thereSearchoftheperma-froStengineering SYntheSiZingthepreviouSa-chievementSinpermafroStStudieS haSobtained
ieWingWithSYStemen-goodfulfillmentreSultS.V
thereSearchaimSattheinfluencegineeringtheorY
oflarge-ScaleconStructionpracticeonpermafroStandpermafroStenvironmentandtheinteractionof
andtakeSpermafroStandpermafroStengineering
theengineeringdeformationaSthecomprehenSive
andthethermalmechaniSmSofpermafroStgoal
engineeringproblemSaStheeSSence.Theengi-neeringthermodYnamicStructureiStakenaSthemainmeaSureStoSolveproblemS.AttheSametime theStudYofpermafroStengineeringandtheconStructioninpermafroStregionSarepromotedtoaneWlevel andaSolidtechnicalfoundationiSeS-tabliShedforconStructingatop-gradeplateaurailroadinWorld.
Keywords:technicalCueStionS;Ginghai-TibetRailWaYpermafroStengineering;