藏铁路多年冻土工程特性与冻土工程

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1、铁道工程学报2005年12月December2005JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETY增刊Supplement文章编号:1006-2106(2005)增刊一0327-06青藏铁路多年冻土工程特性与冻土工程丁靖康‘韩龙武李永强贾海峰(中铁西北科学研究院，甘肃兰州730000)提要: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

2、的成果均已纳人我国多年冻土区铁路勘察、设计和施工的有关规程规范中，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。关键词:多年冻土;工程特性;勘察设计;施工中图分类号:P642.14文献标识码:A1引言2001年，青藏铁路(格尔木一拉萨段)开工建设，这是世界上海拔最高的多年冻土区铁路。这条铁路通过多年冻土区约550km。它的成功修建是我国多年冻土研究成就的集中体现。我国多年冻土面积约215万kmz，占国土面积的22.300。按其成因，可分为:

3、高纬度多年冻土和高海拔多年冻土。后者按其特征与发育程度，又可分为高原多年冻土与高山多年冻土。自1952年起，在东北大兴安岭林区先后建成牙林线、嫩林线、伊加线、朝乌线等多年冻土区铁路，总长约1500km.1956年，开始青藏铁路的勘测设计。1960年，铁道部高原研究所成立。1962年，高原冻土铁路修筑的研究正式列人铁道部十年科技发展规划，由西北研究所组织实施。1965年，铁道部令第三勘测设计院组织开展东北多年冻土区铁路工程研究。1984年，穿越天山多年冻土区的南疆铁路吐鲁番至库尔勒段建成通车。半个多世纪来，西北研

4、究所、第一勘测设计院、第三勘测设计院、齐齐哈尔铁路局等单位的冻土工程技术人员，在工程冻土研究方面取得的大量成果均已纳人我国多年冻土区铁路勘察、设计和施工的有关规程规范中，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。铁路工程冻土研究工作主要集中在以下3个方面:(1)土冻结和融化过程特性研究;(2)多年冻土工程地质勘察;(3)冻土地基基础设计计算方法研究。2土冻结和融化过程特性研究2.1多年冻土上限多年冻土上限分为天然上限和人为上限。青藏铁路沿线多年冻土的天然上限，除受土质、含水量、植被、气候、地形

5、等条件的控制外，还与海拔高度和地理纬度有关。在青藏铁路沿线多年冻土区，气温的冻结指数一般是气温融化指数的3倍以上。在腹部地区可达7倍。这就决定了活动层融化和冻结过程的基本特性。据观测、活动层的融化过程需4个多月才能完成，而活动层的收稿日期:2005-12-06丁靖康教授级高级工程师男1938年7月出生328铁道工程学报2005年12月冻结仅需30d左右。在寒季冻结指数用于活动层冻结的仅为10%左右，90%的冻结指数消耗于多年冻土的降温。在暖季，地表融化指数的68%用于活动层融化时的潜热消耗，9%左右用于活动层融

6、化土体的升温，多年冻土升温所耗表面融化指数约在23%。气温的年际变化将引起天然上限位置的波动。据观测统计，当年平均气温变化1℃时，植被覆盖良好的私性土地层，上限比统计平均值升高或降低700;裸露地表的豁性土地层将升高或降低170o0在多年冻土区修建铁路，将改变地表的热平衡条件，建筑物地基中将形成新的多年冻土上限，即人为上限。了解人为上限的形成过程和发展特点，确定人为上限的准确位置，是正确合理设计多年冻土上地基基础的前提。路堤人为上限与填土高度有关。当填土高度等于临界高度时，路堤下多年冻土上限位置不变;大于临界高

7、度时，上限上升，其抬升高度6=0.997H-0.54。式中H为路堤高度。研究发现，路堤阴坡表面的冻结指数大于路基面，约为基面冻结指数的1.3倍;而阳坡表面的融化指数约为基面融化指数的1.4倍，阴坡表面的融化指数仅是基面的1.02倍。因此，路堤下多年冻土的人为上限形状是不对称的，阳坡下的融化深度较大。青藏铁路沿线多年冻土区，并非所有地段都存在路堤临界高度。路堤的融化深度是路堤表面温度的函数，表面温度是由气温决定的。当某地段的气温使得路堤表面的冻结指数与融化指数相等时，则路堤的冻结深度与融化深度相等。路堤下多年冻土

8、上限位置保持不变。这时的年平均气温称为路堤临界高度的年平均气温临界值。年平均气温高于临界值时，路堤融化深度大于冻结深度，多年冻土上限下降，路堤临界高度不存在。据观测资料计算，细颗粒土路堤临界高度的年平均气温临界值为一3.8℃。路堑人为上限埋深具如下特点:阳坡上限最深，基面次之，阴坡最浅。基面的年平均温度高于天然地面，即基面的融化深度大于路堑处的天然地面融化深度。桥梁基础地基的人为上限埋