青藏鐵路運營期多年凍土區(qū)路基工程狀態(tài)研究.pdf

1、青藏鐵路格(爾木)--拉(薩)段全長1142km，其中穿越大片連續(xù)多年凍土區(qū)546.41km(其間分布的融區(qū)總長為101.68km)，位于多年凍土區(qū)的路基總長為321.706km，占多年凍土區(qū)總長444.73km的72.3％。線路跨越海拔高程4000m以上的地段約為965km，“高寒缺氧”、“多年凍土”和“生態(tài)脆弱”問題是青藏鐵路建設的三大技術難題，而多年凍土居于青藏鐵路建設和運營的三大難題之首。因此有“青藏鐵路成敗的關鍵在路基，路基成

2、敗的關鍵在凍土”之說。整個工程建設從2001年6月29日開始，至2006年7月1日正式開通運營。 為有效保護多年凍土，維持其上路基工程的穩(wěn)定性，青藏鐵路在修建時，針對多年凍土路基采用了片石氣冷路基、熱棒、片(碎)石護坡等主動保護多年凍土的工程措施，取得了很好的效果。但是，多年凍土區(qū)部分地段的路基工程從施工完成后到運營期均有一些病害產生，影響了行車速度和運營安全。因此，開展運營期多年凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的研究，是保證青藏鐵路多年凍土

3、區(qū)路基工程長期、安全、可靠運營的前提。本論文采用現(xiàn)場調查和觀測、室內試驗、理論分析和計算等方法，分析了影響青藏鐵路凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的環(huán)境氣溫和凍土特征；通過對運營期多年凍土路基工程狀態(tài)的現(xiàn)場調查和監(jiān)測，研究了運營期多年凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的變化機理和影響因素；研究了不同環(huán)境地質條件的路基工程在其建設和運營不同階段工程狀態(tài)的變化特征；研究了保證路基工程狀態(tài)符合運營條件的工程對策并進行了長期效果評價。通過本論文的研究，可以得出以下創(chuàng)新性結論

4、： (1)凍土區(qū)路基工程狀態(tài)包括以下三個方面的表現(xiàn)： 路基力學狀態(tài)：指明顯表現(xiàn)出來的路基垂直方向變形(凍脹融沉變形)和水平方向變形(路基裂縫)以及由于這些變形引起的路基失穩(wěn)現(xiàn)象； 路基熱學狀態(tài)：指路基工程修建以后不同階段路基地溫場形態(tài)(土體不同部位溫度變化)： 水熱環(huán)境變化：指路基工程修建過程和運營過程周圍凍土層上水、地表水變化及其側向熱侵蝕作用對路基變形和路基地溫場的影響。 (2)通過對青藏鐵路

5、開通運營以后包括建設過程中的路基工程狀態(tài)分階段的調查、觀測和分析，對路基力學狀態(tài)-路基變形和工程裂縫的發(fā)展過程以及對線路運營的影響進行了深入的研究，認為路基的熱學狀態(tài)是其發(fā)生發(fā)展的主導因素。改善路基力學狀態(tài)應該從改善路基地溫場形態(tài)出發(fā)，據(jù)此本文提出了相應的工程對策。 (3)凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的變化與周圍水熱環(huán)境條件密切相關。在運營階段周圍水熱環(huán)境條件在路基開裂的三個階段：初期的裂紋和裂縫、中期的開裂和后期的裂開并滑塌起到誘發(fā)和拉

6、動作用。 (4)路基工程狀態(tài)的變化機理內因在于填土的粘聚力和基底土體的壓縮性，根本原因則是填土和基底土體地溫場的不對稱形態(tài)，后期發(fā)展則和外部水熱環(huán)境影響有關。 (5)有害路基工程狀態(tài)的預防和整治，主要從抑制路基不對稱形態(tài)地溫場的工程措施為主，以保護路基周圍水熱環(huán)境為輔，在減少填土凍脹的前提下盡可能提高土體的粘聚力。 (6)針對凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的最顯現(xiàn)表現(xiàn)，即：路基變形及變形裂縫的變化機理和發(fā)展階段，有的放矢的提

7、出了針對不同階段的工程對策：建設期間盡量采用改善填土顆粒級配和粘聚力的方法(土體分層加筋等)，建設和運營期間采用冷卻路基基底土體改善地溫場形態(tài)的工程措施進行補強(片石護坡和熱棒)，防止路基坡腳積水和熱融現(xiàn)象形成的工程措施(疏通路基坡腳縱向排水)。 (7)對主要工程對策進行的數(shù)值計算模擬結果說明，防止裂縫和整治裂縫的關鍵在于控制凍融過程各個階段的季節(jié)凍融速度和季節(jié)凍融土體厚度，減少路基中心和路基邊緣部分的變形差異，降低融化季節(jié)路基

8、本體產生的拉應力。 (8)青藏鐵路運營階段對凍土區(qū)路基有害工程狀態(tài)的整治和施工階段的預防性整治不同，考慮既有路基工程病害整治的特殊情況，建議工程結構根據(jù)區(qū)域凍土條件和氣候條件以及原有路基結構不同，可以選取各類熱棒+片石護坡結構，片石護道補強結構、片石護坡補強結構等。 (9)加強對路基工程狀態(tài)的巡查，尤其是在融化季節(jié)初期的巡查監(jiān)控，及時處理初期發(fā)現(xiàn)的有害工程狀態(tài)(裂紋、積水等)是事半功倍的有效方法。 本文研究過程的