青藏鐵路凍土區(qū)路基病害分析和整治技術(shù)研究.pdf

1、青藏鐵路建設(shè)已經(jīng)在2006年7月1日建成通車，凍土區(qū)路基自2001年開始進(jìn)行試驗(yàn)工程施工，2002年進(jìn)行全面施工并在2003年暖季末基本完工以后，大多數(shù)路基工程已經(jīng)經(jīng)歷了3個完整的年際凍融循環(huán)過程，并經(jīng)歷了鋪軌以后2年的工程實(shí)踐考驗(yàn)。 凍土區(qū)路基地溫場和變形數(shù)據(jù)的分析表明，建設(shè)階段凍土區(qū)路基工程質(zhì)量普遍良好，路基工程趨于穩(wěn)定，目前路基狀態(tài)滿足設(shè)計速度的要求。但是未來全球性的氣溫變化趨勢將會改變多年凍土的生存能量條件，依存環(huán)境氣溫

2、條件的主要路基工程結(jié)構(gòu)如片石氣冷路基和熱棒路基的熱交換過程、熱交換效果都會隨之發(fā)生緩慢變化。這樣就給青藏鐵路凍土區(qū)工程的運(yùn)營提出新的問題，即路基穩(wěn)定性變化趨勢和路基病害預(yù)警問題，隨之而來的問題還有病害整治技術(shù)問題。 本文首先從影響凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定性的環(huán)境氣溫、凍土地溫、凍土含冰量等主要因素入手，對青藏鐵路多年凍土區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了針對性分析，并根據(jù)影響凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定性的主要地質(zhì)條件將工程所處環(huán)境條件分為氣溫地溫均低、氣

3、溫高地溫低、氣溫地溫均高三類，通過對凍土區(qū)路基工程修建經(jīng)過三個凍融循環(huán)過程以后地溫場和變形數(shù)據(jù)的分析，并在此基礎(chǔ)上對未來氣溫升高背景條件下不同類型地段主要路基結(jié)構(gòu)地溫場變化趨勢進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，提出了凍土區(qū)路基工程病害預(yù)測預(yù)警綜合體系的概念。 作者認(rèn)為凍土區(qū)路基工程穩(wěn)定性和病害分析綜合評價體系應(yīng)該包括施工建設(shè)期和運(yùn)營期兩個時間段，這個綜合體系的內(nèi)容包括： 1.在環(huán)境溫度變化背景下，深化認(rèn)識青藏鐵路多年凍土，以“冷卻地基

4、土體”為核心的設(shè)計思想及采用工程措施的科學(xué)性評價 2.施工建設(shè)期：通過地溫場觀測數(shù)據(jù)和變形數(shù)據(jù)分析，評價工程活動對凍土的熱擾動影響范圍和影響周期和路基工程結(jié)構(gòu)熱交換過程冷卻地基土體的效果。運(yùn)營期：工程環(huán)境變化(地表、水文地質(zhì)等)對多年凍土及路基工程影響評價，通過長期觀測系統(tǒng)典型地溫和變形數(shù)據(jù)評價運(yùn)營期路基基底多年凍土熱狀況發(fā)展趨勢，結(jié)合數(shù)值計算分析評價路基工程穩(wěn)定性發(fā)展趨勢。 3.凍土區(qū)路基工程病害標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)設(shè)計速度對鐵

5、路軌道平順性要求確定路基變形的標(biāo)準(zhǔn)，從而確定了凍土區(qū)路基病害標(biāo)準(zhǔn)，由于路基變形的發(fā)生與路基土體論述過程密切相關(guān)，因而路基地溫場在一定程度上決定了路基變形的發(fā)生、發(fā)展，所以地溫特征是預(yù)測預(yù)警路基病害的主要依據(jù)。 根據(jù)以上觀點(diǎn)，作者對目前凍土區(qū)路基工程病害發(fā)生潛在地段的工程地質(zhì)條件、路基工程穩(wěn)定性發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析評價，并對今后可能發(fā)生的病害類型、整治方法進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為： 凍土區(qū)路基病害最終是以工程變形的形式表現(xiàn)出來，

6、病害的潛在發(fā)生和發(fā)展是以路基地溫場特征顯現(xiàn)的。 凍土區(qū)路基穩(wěn)定性發(fā)展趨勢判斷主要依賴于路基地溫場形態(tài)特征的變化，這種變化主要通過凍土區(qū)工程長期觀測形態(tài)的觀測數(shù)據(jù)對以下特殊地溫特征變化進(jìn)行分析： 根據(jù)對不良凍土環(huán)境引發(fā)的路基工程病害的論述，可以得知這類病害問題的核心是熱融和凍脹作用通過水分表現(xiàn)出來的工程變形和位移。預(yù)警問題關(guān)鍵在于對地表凍土現(xiàn)象(冰錐、冰丘、熱融洼地、熱融湖塘、熱融邊坡)來源及發(fā)展趨勢的觀測，對有可能危及路

7、基的這些凍土現(xiàn)象提前引導(dǎo)或阻止其向路基本體侵蝕。 對路基縱向和橫向一定范圍內(nèi)，自然地質(zhì)營力對地形地貌的改變和發(fā)展趨勢，或者非凍土原因路基基底土體的力學(xué)穩(wěn)定性的變化，熱融活躍地段宏觀熱融作用對路基病害的影響，這些都要通過宏觀觀測及土體力學(xué)性質(zhì)化驗(yàn)來判斷。 凍土區(qū)路基工程病害整治從根本上講是路基地溫場的控制，從表現(xiàn)上是對路基有害工程變形的抑制。凍土區(qū)路基病害整治技術(shù)應(yīng)該包括施工期預(yù)防性技術(shù)，潛在期控制技術(shù)和顯現(xiàn)期整治技術(shù)。

8、 本文通過對路基土體冷生過程及其對路基變形影響的研究，認(rèn)為在冷生過程的各個階段，控制發(fā)生凍融循環(huán)變化的土層厚度，從而控制路基階段變形量，縮短路基穩(wěn)定過程；調(diào)控冷生過程最終結(jié)果，使路基地溫場形態(tài)對稱，從而減少變形差異；使路基人為上限盡量抬升，控制多次凍融循環(huán)過程中路基變形總量，降低凍土溫度，減少路基長期變形。這些是凍土區(qū)路基病害整治的技術(shù)關(guān)鍵。 作者通過對工程觀測數(shù)據(jù)分析及建立在工程觀測基礎(chǔ)上的數(shù)值計算預(yù)測結(jié)果綜合研究，認(rèn)為