青藏铁路建设和冻土专业技术问题

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1、浅析青藏铁路建设和冻土技术问题[摘要]：本文主要分析了青藏铁路建设的冻土问题，青藏铁路建设三大技术难题的核心就是冻土问题.我国多年对冻土的研究为青藏铁路建设打下坚实的技术基础,但是大规模的铁路建设实践给施工建设提出了大量深层次的冻土技术问题.以青藏铁路建设为背景,结合冻土区科研、设计、施工和建设管理工作的实践,对青藏铁路建设的冻土技术问题进行了分析,对高原多年冻土区的建设具有一定的参考价值.[关键词]:青藏铁路;多年冻土;技术措施;建设管理1.引言冻土是一种对温度极为敏感的土体介质。冬季，冻土在负温状态下就像冰块，随温度的降低

2、体积发生剧烈膨胀，顶推上层的路基、路面。而在夏季，冻土随着温度升高而融化，体积缩小后使路基发生沉降，这种周期性变化往往很容易导致路基和路面塌陷、下沉、变形、破裂。青藏铁路的多年冻土,分布在铁路通过地区延长近550km的范围内.冻土问题,实质上是冻土区筑路技术问题,是青藏铁路建设的三大技术难题(高原、冻土、生态环境保护)的核心问题.修建在多年冻土上面的铁路工程,受多年冻土季节融化层的热学状态和力学性质周而复始变化的影响,导致铁路建筑物发生冻胀融沉变形.由于自然环境条件和冻土环境条件变化以及修建铁路的工程活动影响,导致原来多年冻土

3、季节融化层发生一系列复杂变化,使这种冻胀融沉变形变得复杂化,因而使工程建筑物(路基、桥梁涵洞基础)的冻胀和融沉变形问题成为冻土区修建铁路的面临的主要技术难题.我们所说的青藏铁路冻土区修建铁路的主要技术问题就在于此.2.青藏铁路冻土区工程建设的技术基础20世纪60年代以来,以中国科学院兰州冰川冻土研究所(现中国科学院寒区旱区环境与工程研究所)、铁道部高原研究所(现中铁西北科学研究院)和铁第一勘察设计院为主力的青藏高原冻土研究工作,在野外地质调查工作基础上,以风火山地区为试验基地,陆续开展了高原气象、多年冻土地温场、冻土热学、冻土

4、力学等冻土基本性质和参数的试验研究,以及冻土地区路基、桥涵、房屋基础、给排水等工程项目研究.1974-1978年青藏铁路科学研究大会战和第二次勘测设计期间,全面开展了冻土土建工程的研究工作,在风火山地区修筑了厚层地下冰试验路基,丰富了多年冻土区设计理论与计算方法,积累了厚层地下冰地段铁路工程的设计、施工经验.20世纪90年代中期,铁道部科技司先后批准立项的有关青藏线高原冻土修建铁路的前瞻性研究课题,针对冻土环境条件改变而出现的冻土工程问题开展了深层次的研究;中国科学院结合青藏公路改建进行了比较系统和深入的科学研究和工程实践.青

5、藏铁路开工建设以前40多年的研究和工程实践,在区域冻土分布特征、冻土基本物理力学性质、冻土热物理性质、铁路选线、工程设计和施工技术等方面的研究和工程实践,为今天青藏铁路建设打下坚实的技术基础.作为这一阶段科学研究和工程实践集中体现的青藏高原多年冻土地区铁路勘测设计细则及其7个技术性附件,在青藏铁路建设初期发挥了重大作用.3.青藏铁路建设采用的冻土技术3.1冷却地基土体为核心的技术路线国内外研究和工程实践以及先期施工的青藏铁路试验工程说明,多年冻土地区修建铁路的工程活动和工程设计的最终目的,应该是避免多年冻土的温度升高,防止多年

6、冻土上限的下降,采用的工程结构和工程措施,从目的和效果上可以分为被动的保温、主动的降温两大类.曾经有一段时间的研究认为青藏高原气候是逐渐变冷的,是有利于冻土生存和发展的,因此人类工程活动对多年冻土的影响是比较容易恢复的,相当一个阶段的试验研究和工程设计(包括试验工程)都体现了被动防御的指导思想.主要表现在,路基工程主要依据路基最小临界高度和保温层调节路基高度,或者依据保温层作为保护冻土的主要手段.全球性的气温升高和青藏高原冻土区气候转暖趋势引起我们对原有设计思想的反思,尽管设计暂规从路基填土高度安全系数方面考虑了气温升高的因素

7、在内,但是这种被动抵御气温升高的设计思想是受冻土地温分区和区域气候条件局限的.逐年变化的气温条件,使冻土本身的热稳定性逐渐削弱,甚至于使高温不稳定冻土的热稳定性遭到彻底破坏,同时发生的冻土区修建铁路的工程活动对冻土热稳定性的削弱和破坏,这些都极大的影响了工程建筑物的稳定性.2001年先进行的青藏铁路冻土区试验工程的研究和分期提供的试验研究成果告诉我们,被动防御思想指导下的被动保温工程措施不能保证气温升高背景条件下冻土的热稳定性,主动增加地基土体冷量的工程结构形式和工程措施,提高了它抵御外界环境变化影响的能力,从而达到保护冻土热

8、稳定性进而保证工程稳定的目标.冷却地基土体,减少传入地基土体的热量,以保护冻土的热稳定性为核心,达到保护路基工程和其他铁路工程结构物稳定的目的?.这是青藏铁路冻土区工程建设过程逐渐形成和遵循的,以主动降低地基土体温度为核心的一条技术路线3.2路基主动降温措施3.2.1片石气冷