凍土地區(qū)風作用分析以青藏鐵路沿線多年凍土為例

隨著近幾十年全球氣候變暖,青藏高原多年凍土區(qū)的氣候和其他環(huán)境條件都有較大改變,多年凍土的工程地質(zhì)條件也發(fā)生了很大變化.根據(jù)大量野外實測數(shù)據(jù),討論了多年凍土的平面和垂向分布規(guī)律,著重分析了不同凍土區(qū)域的地溫變化特征,并對不同分區(qū)凍土在未來氣溫升高1℃和2.6℃時工程地質(zhì)特征的響應變化分別進行了模擬分析研究,這種響應變化對建筑物的穩(wěn)定性將產(chǎn)生巨大影響.

隨著近幾十年全球氣候變暖，青藏高原多年凍土區(qū)的氣候和其他環(huán)境條件都有較大改變，多年凍土的工程地質(zhì)條件也發(fā)生了很大變化．根據(jù)大量野外實測數(shù)據(jù)，討論了多年凍土的平面和垂向分布規(guī)律，著重分析了不同凍土區(qū)域的地溫變化特征，并對不同分區(qū)凍土在未來氣溫升高1℃和2．6℃時工程地質(zhì)特征的響應變化分別進行了模擬分析研究，這種響應變化對建筑物的穩(wěn)定性將產(chǎn)生巨大影響．

基于多年鉆探、地質(zhì)雷達勘測、地溫觀測等現(xiàn)場資料,從海拔高度、緯度、地形和地表水體等方面闡述青藏公路沿線多年凍土分布特征;又分別從熱交換和地熱、巖性對多年凍土的影響闡述青藏公路沿線多年凍土的發(fā)育特征。

青藏鐵路穿越550km多年凍土區(qū),多年凍土地溫、凍土類型以及沿線生態(tài)環(huán)境等存在較大的差異,使多年凍土區(qū)工程較為復雜。因此本文提出了凍土工程復雜性概念,建立凍土工程復雜性評價模型,并利用gis平臺對青藏鐵路沿線唐古拉山越嶺地段工程復雜性進行了分析和研究。研究結果表明,青藏鐵路穿越的唐古拉山越嶺地段工程復雜性相對較小,而青藏公路的工程復雜性相對較大。這表明了青藏公路沿線凍土工程比青藏鐵路沿線更為復雜,在各種因素的影響下,青藏公路路基穩(wěn)定性變化比青藏鐵路更加復雜。

通過對青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工特點的分析,提出對青藏鐵路多年凍土區(qū)路基施工的認識。指出解決多年凍土,是青藏鐵路施工成敗的根本

結合青藏鐵路施工實踐,介紹多年凍土區(qū)高含冰量凍土路塹的設計特點、工程爆破設計、施工準備及施工方法。工作的重點是力求避免引發(fā)熱融滑坍

多年凍土是青藏鐵路建設面臨的主要難題之一。在多年凍土地區(qū)的斜坡地帶往往發(fā)育有濕地等不良地質(zhì)現(xiàn)象,對于路基修建的安全造成嚴重影響。描述了青藏鐵路多年凍土區(qū)dk1487+717～dk1487+880段的路基設計情況,總結了關于多年凍土斜坡濕地地段的路基設計體會。

青藏鐵路建設需穿越高原多年凍土區(qū),在探明沿線多年凍土分布特征的基礎上,合理確定了青藏鐵路線路的走向方案.在多年的凍土研究和工程實踐的指導下,有針對性地開展了5個不同類型凍土工程試驗研究,取得重要科研成果,指導設計和施工.全面總結4a來青藏鐵路多年凍土工程的研究與實踐,提出了“主動降溫,冷卻地基,保護凍土”的設計思想,制定了路基、橋涵、隧道成套工程技術措施和先進施工工藝,對確保多年凍土工程質(zhì)量發(fā)揮了重要作用.

從凍土隧道凍害產(chǎn)生的基本因素、凍融圈的變化規(guī)律分析,提出青藏鐵路多年凍土隧道隔熱保溫的設計思路及\"防水板+隔熱保溫層+防水保護層\"的隔熱保溫結構形式,并結合圍巖溫度變化進行現(xiàn)場測試,分析得出圍巖地溫在逐漸回凍,從而驗證了隔熱保溫設計的合理性,其設計方法及思路可為以后相關類似工程的設計提供參考。

本文根據(jù)筆者在青藏鐵路初、定測工作中的親身經(jīng)歷,對多年凍土區(qū)的工程地質(zhì)工作進行了詳細的歸納、總結,同時提出了主要施工工程地質(zhì)工作.

基于埋設在青藏鐵路清水河地區(qū)路基中兩個斷面內(nèi)的共8個地溫測試孔3年來的地溫觀測資料,研究了該地區(qū)鐵路路基下伏高原多年凍土融化特征,分析了多年凍土上限的變化規(guī)律以及填筑鐵路路基施工對下伏多年凍土賦存條件的影響。研究表明,由于受到填筑路基時賦存在路基填料內(nèi)的熱量的影響,鐵路路基下伏多年凍土近地表的地溫變化特征與天然地面下的多年凍土的地溫變化特征有明顯的不同,且向陽面與被陰面差別較大。多年凍土的上限在施工初期會有一個明顯的下移沉降,隨著時間的推移,雖然殘存在路基中的熱量逐漸消散,多年凍土上限下降會逐漸穩(wěn)定。由于受到太陽輻射和路基邊坡形狀及融化夾層的影響,多年凍土上限會逐漸穩(wěn)定,但不會在短時期內(nèi)上升到天然地面下多年凍土的上限水平。

為防止雨水沖刷路基,保護路基邊坡不受雨水浸蝕,工程部門采取了多種措施來保護邊坡的穩(wěn)定,鋪草皮是常用的技術措施之一。1960年在青藏公路多年凍土地區(qū)k1113+800附近修建了一段40m長的路塹草皮護坡工程,草皮是作為保溫材料而應用在邊坡工程上,草皮層保持了邊坡凍土人為上限深度的穩(wěn)定。1975年在風火山地區(qū)修筑了路基試驗工程,在dk0+235處修建了一座一孔2.0m×

研究目的:分析青藏鐵路施工區(qū)多年凍土上限的變化規(guī)律以及填筑鐵路路基施工對下伏多年凍土賦存條件的影響。研究方法:系統(tǒng)分析埋設在青藏鐵路清水河地區(qū)路基中2個斷面內(nèi)的共8個地溫測試孔3年來采集的地溫觀測資料,研究該地區(qū)鐵路路基下伏高原多年凍土融化特征。研究結論:由于受到填筑路基時賦存在路基填料內(nèi)的熱量的影響,鐵路路基下伏多年凍土近地表的地溫變化特征與天然地面下的多年凍土的地溫變化特征有明顯的不同,且向陽面與被陰面差別較大。多年凍士的上限在施工初期會有一個明顯的下移沉降,隨著時間的推移,雖然殘存在路基中的熱量逐漸消散,多年凍土上限下降會逐漸穩(wěn)定,但由于受到太陽輻射和路基邊坡形狀及融化夾層的影響,多年凍土上限會逐漸穩(wěn)定,但不會在短時期內(nèi)上升到天然地面下多年凍土的上限水平。

青藏鐵路格爾木至拉薩段昆侖山隧道和風火山隧道位于青藏高原海拔4500m以上的多年凍土區(qū),是目前世界上在高原多年凍土區(qū)這一特殊氣候及圍巖條件下修建的最高海拔的隧道工程。在高寒缺氧的高原環(huán)境下,隧道施工中保護凍土以及隧道的支護是本工程的技術難點本文通過對高原多年凍土隧道施工方案及施工技術的實踐研究,以期為高原高寒地區(qū)隧道建設提供施工參考。

研究目的:青藏鐵路格爾木—拉薩段全長1142km,是世界上海拔最高、跨越高原多年凍土地段里程最長的鐵路,沿線自然環(huán)境惡劣,地質(zhì)條件復雜,工程技術難度大,環(huán)境保護要求高,建設過程中面臨著許多技術難題。文章從青藏高原多年凍土區(qū)特點及主要工程問題,科技攻關工作與采取的措施,所取得的主要階段性成就等幾個方面,對如何更好解決在高海拔多年凍土區(qū)修建鐵路這一難題,把青藏鐵路建設成為“世界一流高原鐵路”,進行了深入的闡述,同時提出了需要進一步深化研究的問題。研究結論:文章經(jīng)過系統(tǒng)分析和研究,查清了線路通過地區(qū)多年凍土的熱穩(wěn)定性、含冰量和不良凍土現(xiàn)象的分布和變化規(guī)律,為攻克凍土難題提供了可靠的基礎工作保證。對路基工程提出了“主動降溫、冷卻地基、保護凍土”的設計思想、治理原則和具體工程結構類型。

青藏高原自然環(huán)境惡劣,鐵路穿越多年凍土區(qū)長達550km,為確保鐵路建成后的運營安全,橋涵設計和施工必須采取特殊的處理措施。青藏鐵路的橋涵應從結構、材料、工藝等方面,研究施工簡便、耐久性好、維護量少的結構形式。提高結構耐久性的構想和途徑主要從混凝土材料、橋涵結構,墩臺結構形式,基礎類型,合理的施工工藝等方面進行研究。根據(jù)青藏鐵路多年凍土區(qū)特殊的地理位置及氣候條件,研究采用青藏線耐久梁及免維護圓柱面(yzm)支座。橋梁基礎采用鉆孔灌注樁,旋挖鉆(干法)成孔工藝;涵洞采用拼裝式矩形涵,基坑采取爆破開挖,快速施工。常規(guī)的混凝土墩臺、基礎不能滿足多年凍土區(qū)凍融循環(huán)的要求,研究采用“低溫、早強耐久混凝土”,其抗凍融循環(huán)次數(shù)達300次。

分析了多年凍土地區(qū)路堤變形機理。從測試原理、測試項目布設、儀器選擇、測試元件的安裝和埋設以及數(shù)據(jù)的采集等多方面重點討論了如何在多年凍土地區(qū)建立一套完善、合理的監(jiān)測系統(tǒng)。同時分析了測試數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象的具體原因

由于青藏鐵路在設計中大量使用了以橋代路的方案,因此樁基礎是青藏鐵路凍土區(qū)橋梁應用最廣泛的基礎型式。本文圍繞青藏鐵路多年凍土地區(qū)樁基礎的設計與試驗工程,對樁基礎的基于保護凍土的設計與工程措施給予比較全面的闡述。本文主要研究凍土區(qū)樁基礎的合理型式、凍土活動區(qū)凍脹力對樁基礎的影響及相應的工程措施、成孔工藝對樁周局部融化和回凍的影響分析、凍土退化對樁基承載力的影響及相應工程措施、凍土區(qū)樁基礎耐久性設計及相應工程措施等問題。

介紹了鉆孔灌注樁在青藏鐵路多年凍土地區(qū)的施工方法、施工步驟以及施工注意事項,分析鉆孔灌注樁對凍土層的熱擾動機理,結合地溫測試試驗對回凍時間進行了研究,分析了影響回凍時間的因素,表明鉆孔灌注樁適合在多年凍土地區(qū)應用。

半個多世紀來,以中鐵西北院為代表鐵路系統(tǒng)科研人員,緊緊圍繞多年凍土區(qū)土凍結和融化過程特性研究、多年凍土工程地質(zhì)勘察和凍土地基與路基、重要構筑物的設計計算方法等鐵路工程勘察、設計的有關問題開展工作。所取得的成果均已納入我國多年凍土區(qū)鐵路勘察、設計和施丁的有關規(guī)程規(guī)范中,成為我國多年凍土區(qū)已有鐵路維修、養(yǎng)護和新線設計、施工的依據(jù),為我國多年凍土區(qū)鐵路建設作出了貢獻。本篇是這項工作的總結。

青藏鐵路——世界凍土工程博物館 關鍵詞：青藏高原、凍土、地基、片石層通風路基、熱棒等 青藏高原是世界上面積最大、海拔最高的高原，地理位置獨特，自然環(huán)境惡 劣，地質(zhì)條件復雜，素有“世界屋脊”、“地球第三極”之稱。青藏鐵路格拉段將 穿越約547km多年凍土地段，另有部分島狀凍土、深季節(jié)凍土、沼澤濕地和斜 坡濕地，全線線路海拔高程大于4000m地段約960km，在唐古拉山越嶺地段， 線路最高海拔為5072m，為世界鐵路海拔之最?！案咴焙汀皟鐾痢眴栴}是本線 的兩大難題，其特殊性和復雜性在世界上獨一無二?！?】 凍土，是指溫度在0℃以下，并含有冰的各種巖土和土壤。凍土在凍結的狀 態(tài)下體積膨脹，到了夏季，凍土融化體積縮小。凍土的凍結和融化交替出現(xiàn)，就 會造成路基不穩(wěn)定，影響正常通車。凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含 有豐富的地下冰，水分產(chǎn)生遷移并具有相變變化特征，因

選取青藏高原及周邊66個氣象站資料,分析了青藏高原及青藏鐵路沿線1971—2000年大風日數(shù)的空間分布特征及建站以來大風和風向特征,計算了百年一遇的最大風速和風壓.分析發(fā)現(xiàn):青藏高原大風日數(shù)主要集中在青藏鐵路沿線地區(qū),年際和年代際變化明顯;鐵路沿線極端最大風速和歷年平均最大風速都出現(xiàn)在鐵路中部的托托河,風向多為偏西風;鐵路沿線50a、100a一遇的10min平均最大風速和風壓都出現(xiàn)在安多地區(qū).以新疆達扳城為參考站,推算出青藏鐵路沿線各站的列車停駛臨界風速.為確保列車運營安全,建議在昆侖山口至錯那湖間的高山地段風口和列車轉彎處建造防風設施.