青藏鐵路運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)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(zhǎng)為101.68km)，位于多年凍土區(qū)的路基總長(zhǎng)為321.706km，占多年凍土區(qū)總長(zhǎng)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(shè)的三大技術(shù)難題，而多年凍土居于青藏鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的三大難題之首。因此有“青藏鐵路成敗的關(guān)鍵在路基，路基成

2、敗的關(guān)鍵在凍土”之說。整個(gè)工程建設(shè)從2001年6月29日開始，至2006年7月1日正式開通運(yùn)營(yíng)。 為有效保護(hù)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(shí)，針對(duì)多年凍土路基采用了片石氣冷路基、熱棒、片(碎)石護(hù)坡等主動(dòng)保護(hù)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(yùn)營(yíng)期均有一些病害產(chǎn)生，影響了行車速度和運(yùn)營(yíng)安全。因此，開展運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)期、安全、可靠運(yùn)營(yíng)的前提。本論文采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和觀測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和計(jì)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(duì)運(yùn)營(yíng)期多年凍土路基工程狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和監(jiān)測(cè)，研究了運(yùn)營(yíng)期多年凍土區(qū)路基工程狀態(tài)的變化機(jī)理和影響因素；研究了不同環(huán)境地質(zhì)條件的路基工程在其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)條件的工程對(duì)策并進(jìn)行了長(zhǎng)期效果評(píng)價(jià)。通過本論文的研究，可以得出以下創(chuàng)新性結(jié)論

4、： (1)凍土區(qū)路基工程狀態(tài)包括以下三個(gè)方面的表現(xiàn)： 路基力學(xué)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(xué)狀態(tài)：指路基工程修建以后不同階段路基地溫場(chǎng)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(yùn)營(yíng)過程周圍凍土層上水、地表水變化及其側(cè)向熱侵蝕作用對(duì)路基變形和路基地溫場(chǎng)的影響。 (2)通過對(duì)青藏鐵路

5、開通運(yùn)營(yíng)以后包括建設(shè)過程中的路基工程狀態(tài)分階段的調(diào)查、觀測(cè)和分析，對(duì)路基力學(xué)狀態(tài)-路基變形和工程裂縫的發(fā)展過程以及對(duì)線路運(yùn)營(yíng)的影響進(jìn)行了深入的研究，認(rèn)為路基的熱學(xué)狀態(tài)是其發(fā)生發(fā)展的主導(dǎo)因素。改善路基力學(xué)狀態(tài)應(yīng)該從改善路基地溫場(chǎng)形態(tài)出發(fā)，據(jù)此本文提出了相應(yīng)的工程對(duì)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(guān)。在運(yùn)營(yíng)階段周圍水熱環(huán)境條件在路基開裂的三個(gè)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(dòng)作用。 (4)路基工程狀態(tài)的變化機(jī)理內(nèi)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(chǎng)的不對(duì)稱形態(tài)，后期發(fā)展則和外部水熱環(huán)境影響有關(guān)。 (5)有害路基工程狀態(tài)的預(yù)防和整治，主要從抑制路基不對(duì)稱形態(tài)地溫場(chǎng)的工程措施為主，以保護(hù)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(duì)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(jī)理和發(fā)展階段，有的放矢的提

7、出了針對(duì)不同階段的工程對(duì)策：建設(shè)期間盡量采用改善填土顆粒級(jí)配和粘聚力的方法(土體分層加筋等)，建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期間采用冷卻路基基底土體改善地溫場(chǎng)形態(tài)的工程措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)(片石護(hù)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(duì)主要工程對(duì)策進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算模擬結(jié)果說明，防止裂縫和整治裂縫的關(guān)鍵在于控制凍融過程各個(gè)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(chǎn)生的拉應(yīng)力。 (8)青藏鐵路運(yùn)營(yíng)階段對(duì)凍土區(qū)路基有害工程狀態(tài)的整治和施工階段的預(yù)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(jié)構(gòu)根據(jù)區(qū)域凍土條件和氣候條件以及原有路基結(jié)構(gòu)不同，可以選取各類熱棒+片石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，片石護(hù)道補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)、片石護(hù)坡補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)等。 (9)加強(qiáng)對(duì)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(shí)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