青藏高原清水河多年冻土区铁路路基沉降变形特征研究
青藏高原多年冻土区冷却路基技术现场实效监测研究
青藏高原多年冻土区冷却路基技术现场实效监测研究第25卷第3期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.32006年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，2006收稿日期：2004–10–18；修回日期：2005–02–21基金项目：国家自然科学基金重大项目(90102006)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412704)；中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1–SW –04)作者简介：马巍(1963–)，男，博士，1985年毕业于兰州大学数学力学系固体力学专业，现任研究员、博士生导师，主要从事冻土力学和冻土工程方面的教学与研究工作。
E-mail ：mawei@/doc/d6*******.html。
青藏高原多年冻土区冷却路基技术现场实效监测研究马巍，余邵水，吴青柏，张鲁新(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州 730000)摘要：以青藏铁路现场实体工程为背景，选用块石路堤、块石护坡和通风管路堤主动冷却措施进行现场实体工程试验，通过对路基内温度场的监测，研究这些措施对保护冻土的作用及效果。
分析结果表明，2个冻融周期后，块石护坡路基、通风管路基和块石路基均具有一定的调节降温作用，有利于下覆多年冻土的保护。
但是冻土上限的抬升需要消耗下部土体的冷能来实现，说明冻土路基温度场还处于不稳定阶段。
关键词：土力学；冷却路基措施；多年冻土区；青藏高原中图分类号：TU 445 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)03–0563–09STUDY ON IN-SITU MONITORING TECHNOLOGY OFCOOLING ROADBED IN PERMAFROST REGIONS OF QINGHAI —TIBET PLATEAUMA Wei ，YU Shao-shui ，WU Qing-bai ，ZHANG Lu-xin(State Key Laboratory of Frozen Soil Engineering ，Cold and Arid Regions Environmental and EngineeringResearch Institute ，Chinese Academy of Sciences ，Lanzhou ，Gansu 730000，China )Abstract ：Qinghai —Tibet railway crosses 550 km continuous permafrost regions and 82 km discontinuous permafrost regions ，where high temperature regions(annual average ground temperature is above －1.0 ) occupy ℃275 km ，ice-rich regions cover 221 km ，overlapped sections of high temperature and ice-rich occupy about 134 km. As a result of the influences of both global climate warming and railway engineering on the permafrost degradation ，design and construction of roadbed in permafrost regions are faced with quite great difficulties. As the natural thermal state and underground ice are the important factors influencing the roadbed stability ，the choice of roadbed structure to protect permafrost is the leading principle of engineering design. Therefore ，many measures are put forward and adopted including crushed rock slope protection ，crushed rock embankment ，embankment of heat pipe ，embankment of awning ，thermal-insulation treatment embankment ，widened and heightened embankment and duct-ventilated embankment ，etc. The crushed rock slope protection ，crushed rock embankment ，embankment of heat pipe ，embankment of awning ，and duct-ventilated embankment are all actively protective technologies. The embankment of crushed rock slope protection ，crushed rock embankment and duct-ventilatedembankment are chosen to study the protective effects of the three kinds of embankments on the permafrost based on the in-situ monitoring results of the roadbeds in Qinghai —Tibet railway. The basic data of actively adjusting and cooling roadbed measures in permafrost regions have been obtained and analyzed. Results show that all of the564 ? 岩石力学与工程学报 2006年three measures have certain effects on adjusting and cooling roadbed，and are advantageous to protect permafrost under the roadbed. However，the rising of artificial permafrost table needs to consume the cold energy of soil below ground，which indicates that the temperature fields of permafrost foundation are in instable phase.Key words：soil mechanics；cooling roadbed measures；permafrost regions；Qinghai—Tibet Plateau1 引言青藏铁路要穿越多年冻土区632 km，其中穿越年平均地温高于－1.0 ℃的多年冻土区275 km，高含冰量多年冻土区221 km，高温、高含冰量重叠路段约为134 km。
青藏铁路路基冻胀变形特点的研究
摘要 ： 青藏铁路路 基 ２ ０处断 面中随机选取 ６ １组 土 样 ， 在 ３ ２ 并对 土样 组分 进行 分析 。研 究表 明 ， 在役 青
藏铁 路 多年 冻 土区和深 季节冻 土区 内填 土完全是 由粗 颗粒填 料组 成 ， 一般 情况下 冻胀量很 小 ； 据深 季 根
铁
道
建
筑
Ｊｎ ，０ ０ ｕ ｅ ２ １
Ｒ ｉ ａ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ａｌ ｙＥ ｇｎ ｅｉ ｗ ｎ
文 章 编 号 ：０ ３ １９ （ ０ ０ ０ —０ ４０ １０ —９ ５ ２ １ ）６０ ９ － ４
青藏铁 路 路基 冻胀 变 形特 点 的研 究
． பைடு நூலகம்
高 志华 ， 石 坚 ， 罗丽娟
成 的 ， 证所取 土样 能代 表 路基 及 地基 邻 近土 层 的实 保
际情况 。
表 １ 取 土 样 的 类别 及 数 量 组
外部 荷载应力 的关 系作 了 深入 的探 讨 ， 出 了许 多计 提 算冻胀 的方法 和公式 以及冻土地 区工程 结构物 的破坏 特征 ， 相应地 提出一些 冻害 防治措施 ¨ 。但是 这些 并 研究多是 集 中在试 验理 论 及 寒 区公 路工 程 上 ， 已经 对 运营 的青 藏铁 路 路 基 冻 胀 现状 的类 似 研 究 还 未 见 报 道， 鉴于此 ， 在青藏铁 路多年 冻土 区和深季节 冻土 区中 随机选 择 了 ２ ０处路基 断面 ， 土样 ６ Ｉ ， 析 了土 ３ 取 ２ 组 分
（ １ ０ ３ ０ 段 随 机 选 择 了 ２ ０处 路 基 断 面 ， 行 Ｋ ２４ ０ ） ７ － ３ 进
了 ６ １ 土样 的取 样 以及 相应 的含水率 、 ２ 组 密度 、 粒分 颗
青藏铁路冻土路基分析及防治方法
青藏铁路冻土路基分析及防治方法摘要：青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,解决了多年冻土这一世界性工程难题。
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，是一种对温度极为敏感的土体介质。
在冻土区修筑工程构筑物面临两大危险：冻胀和融沉。
本文主要围绕修筑青藏铁路过程中的冻土问题，以及从多年冻土区路基沉降变形、冻胀及不良地质环境等方面,系统论述了路基工程的主要病害类型、影响因素和防治方法。
关键词：青藏铁路；冻土；路基；防治方法0 引言我国是世界上第三冻土大国,约占世界多年冻土分布面积的10%,约占我国国土面积的21.5%。
青藏铁路格尔木至拉萨段多年冻土区线路总长约554km,其中,多年冻土地段长度448km,占多年冻土区线路总长的81%,融区地段长度106km,占19%[1]。
外界条件的变化会导致冻土升温，造成冻土内部结构发生变化进而引起冻土承载力降低，最终导致冻土路基会产生裂缝、冻胀、沉降等现象，影响路基长期稳定。
青藏铁路建设面临的核心技术难题之一在于如何在高温、高含冰量多年冻土地基上修筑稳定的线路。
1 青藏铁路沿线的冻土特征青藏高原冻土区是北半球中、低纬度地带海拔最高、分布面积最广、厚度最大的冻土区，北起昆仑山，南至喜马拉雅山，冻土面积为141万平方公里，占我国领土面积的14.6%。
青藏高原多年冻土的生存、发育和分布主要受到地势海拔的控制，随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。
2 冻土区铁道路基主要病害2.1路基沉降变形沉降变形是多年冻土区铁路工程最主要的病害，其多发生在含冰量大的粘性土地带。
多年冻土区路堤变形的最主要因素是融沉。
积水渗透和路堤本身的热效应会引起路基的融沉。
冻土融沉还与地基土体、含水量、冻土层中粉黏粒含量等因素密切相关。
2.2冻胀季节性冻土区的路基病害以冻胀为主，直接影响到铁路的平顺性，给铁路工程安全带来严重隐患。
影响路基冻胀的主要因素有土质、温度和水分。
黄新文等[2]根据吉珲客运专线路基冻胀变形的监测数据，发现基床排水不畅是引起路基冻胀变形较大的主要因素。
青藏铁路运营以来冻土路基变形特征及其来源探讨
（ １ ． 青 藏铁 路 公 司 ， 青海 西 宁 ８ １ ０ ０ ０ ６ ； ２ ． 中国 科 学 院 寒 区旱 区环 境 与 工程 研 究 所 冻 土 工 程 国 家 重点 实 验 室
甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ．
摘 要 ： 路 基 变 形 是 路 基稳 定 性 的外 在 表 现形 式 。基 于青 藏 铁 路 多 年 冻 土 区路 基 变 形 与 温 度 监 测 资料 分 析 了铁 路
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自路 基 下 部 因多 年 冻 土 人 为 上 限 下 降 而 引 起 的 高 含 冰 量 冻 土 的 融 沉 变 形 、 融 土 的压 密 变 形 以及 下 部 多 年 冻 土 的 压
缩 基 下 部 多 年 冻 土 与残 余 冻 土 的 压缩 变 形 。 ） 关键词 ： 青藏铁路 ； 多年冻土 ； 沉降变形 ： 现 场 监 测 中图 分 类 号 ： Ｐ ３ ４ ３ ． ６
路基 与普 通路基 为 主 。 在 每个 断 面路基 表面 布设 １ ２ 个 变形 监测 点和 １ 个 基 准点 （ 见图 １ ） 每列 变 形点 间距为 ２ ０ ｍ．变 形监 测点 均使 用钢 钉钉 入路基 表 面
下２ ０ ｃ ｍ： 基准 点选择 在路 肩 部位 ， 埋深 ２ ０ ｍ。 利用水
提供依据 ． 同时也为变形理论分析提供必要的科学依据。
青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究
青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究引言：青藏铁路是世界上海拔最高、气候条件最恶劣的铁路之一，其中包括了大面积冻土区段。
冻土路基是青藏铁路建设中的一个重要部分，其可靠性对铁路运行的安全和稳定起着至关重要的作用。
然而，由于冻土路基在气候和温度等因素的影响下，易受到融沉和冻胀的影响，导致了一系列的工程问题。
本文将对青藏铁路冻土路基融沉可靠性进行研究，探讨其原因和解决方案。
冻土路基融沉的原因：1. 温度变化：冻土路基主要位于高寒地带，季节性温度变化剧烈，导致冻土层的融化和沉降。
2. 土壤孔隙水含量：冻土层含有大量的孔隙水，一旦融化，水通过孔隙流动，导致土壤体积减小，进而发生沉降。
3. 土壤结构破坏：冻融交替会引起土壤结构的破坏，导致土体体积的变化和蠕变性的发生，进而引起融沉。
影响：1. 钢轨和路基变形：冻土路基的融沉会导致钢轨反曲，影响铁路运行的平稳性，甚至造成事故。
2. 轨道几何：融沉还会改变铁轨的几何形状，影响列车行驶的舒适度和安全性。
3. 信号设备故障：融沉会对铁路信号设备造成冲击，导致信号失灵或误判。
4. 施工难度增加：冻土路基融沉会增加铁路的维护难度和成本。
解决方案：1. 设计阶段：在青藏铁路冻土路基的设计中，应综合考虑冻土层的力学特性和温度条件，采用合理的路基结构和工程方法。
2. 水分控制：通过排水系统，及时控制冻土路基内的孔隙水含量，减少融沉对土壤的影响。
3. 加强监测：对冻土路基进行实时监测，及时发现融沉现象，以便采取措施进行修复或加固。
4. 增加支撑力：在冻土路基上加设支撑结构，如桩基或地下连续墙等，增加路基的稳定性和可靠性。
5. 提高施工质量：在冻土路基的施工过程中，需严格控制土壤的密实度和湿度，以减少融沉的发生。
结论：青藏铁路冻土路基融沉对铁路运行的安全和稳定性具有重要影响，需要采取有效的措施来解决其引起的问题。
通过合理的设计、水分控制、加强监测、增加支撑力和提高施工质量等手段，可提高冻土路基的可靠性，确保青藏铁路的安全运行。
青藏铁路多年冻土路基工程技术研究
中铁第一勘察设计院集团有限公司
提纲
一、青藏铁路概况
二、青藏铁路多年冻土区路基工程的特性 三、青藏铁路多年冻土区路基工程技术研究
四、主要研究成果
五、成果的创新性
一、青藏铁路概况
一、青藏铁路概况 连续多年冻土区546.43km。
海拔高程大于4000m地段约960km，最高点为5072m。
1、建立了4个多年冻土区路基工程试验段
北麓河厚层 地下冰地段 清水河高温冻土 细粒土地段
安多深季节 冻土地段
沱沱河融区和多年 冻土过渡地段
风 火 山
昆 仑 山
唐 古 拉 山
风火山和昆仑山隧道试验段
三、青藏铁路多年冻土区路基工程技术研究
2、对4个试验段进行了三年多的现场测试，共 获得约80余万个地温及变形数据
-810
-739 -678 -583 -758
74
54 8 -19 54
注：差值＝0.8m厚片石的积温－1.2m厚片石的积温
3）片石护坡保护多年冻土的效果要好于粒径碎石 护坡；片石护坡需人工堆砌，碎石护坡可机械化施工
6.0 4.0 右护道片碎石层下0.7mT-t曲线 片石 碎石
温度/℃
2.0
0.0 -2.0 -4.0 -6.0 -8.0
斜插热棒
深度(m)
2）斜插法能更有效的降低路基中心位置 地面以下地温
-12 -10 -8 -6 -4 -2 温度(℃) 0 0 1
2 -10 -8 -6 -4 -2 0 1 0 温度(℃)
2
2002年寒季 2003年寒季 2004年寒季
3
3 4 5 6 7
右 路 肩 孔
深度(m)
青藏铁路冻土路基变形监测与分析
（1）监测断面 针对青藏铁路中的主要保护冻土的路基形式， 选取通风管路基、块石路基、块石护坡路基、保温 材料路基和普通素土路基进行变形和温度分析。 （2）温度监测 考虑青藏铁路沿线地貌单元分布与多年冻土 的年平均地温分区、不同的工程措施布设原则，每 一个断面一般布设 6 个测温孔，路中 1 个、左右路 肩各 1 个、左右坡脚各 1 个、天然孔 1 个。测温孔 深一般要深入冻土天然上限以下 5～10 m。每间隔 0.5 m 布一个温度探头，温度探头采用冻土工程国 家重点实验室自行研制的热敏电阻，测温精度为± 0.05 ℃。数据采集用 Datataker 500 数据采集仪。 （3）变形监测 考虑到路堤本体的工后压缩变形和活动层的融 化变形，一般每一个断面布设 9 个变形监测点，路 基表面 3 个：路中 1 个、左右路肩各 1 个；路基下 （原天然地表）3 个：路中 1 个、左右路肩各 1，以 及相应的冰土原天然上限位置各一个。变形测试用 冻胀板，监测仪器为高精度水准仪。
在多年冻土地区修筑道路工程，不仅改变了路 基下多年冻土的温度状况，而且也改变了地基土的 受力状态。随着冻土路基温度以及受力条件的改变， 必然引起路基的热学和力学稳定性发生变化，从而 导致路基产生沉降变形[3]。道路工程随路面类型及 设计等级的不同，其容许变形量也不相同。当路基 变形超过一定标准时，就会对路面的平整度产生影 响，甚至引起路面发生破坏，从而影响车辆的正常 通行。
稳定，而无任何措施的普通路基目前变形仍未稳定。另外，各种路基左右路肩均存在变形差。基于以上分析可得到一个启示：
在高温、高含冰量冻土地区，由于路基下多年冻土温度升高产生的高温冻土压缩变形而引起的路基沉降变形具有相当大的量
级，很有可能成为冻土路基发生破坏的一个重要原因，工程实践中应给予足够的重视。
青藏铁路施工遇到的困难及解决办法
青藏铁路施工遇到的困难及解决办法青藏铁路的建成极大地促进青藏地区经济的发展，加快西部大开发的步伐。
但是，在这条世界上海拔最高的铁路建设工程中，却面临着多年冻土、生态脆弱、高寒缺氧等铁路建设史上的世界性难题，建设者们是怎样解决这三大难题的呢？一、多年冻土青藏铁路铺设在平均海拔4500 米的高原上，由于海拔高，终年气温很低，路基下是多年冻土层，有的地方冻土层厚达20 多米；这些冻土在温暖的季节会融化下降，寒冷的季节则冻结膨胀，这一起一降会严重影响铁路路基的稳定。
而青藏铁路要经过这样的冻土地段长达550 千米，是铁路全长的一半！在工程建设中，对这一地带采用了因地制宜的方法：对相对稳定的冻土地段采取片石通风路基、片石护道、热棒技术、铺设保温板等方法，使路基通风，加快热量散发，降低温度，保持冻土的稳定性。
对于极不稳定的冻土地段则采用“以桥代路”的方法，即以桥梁代替路基。
桥梁工程采用桩基础，每座桥墩下面有四根桩基，每根桩基要深入地下20 米以上，浇筑桥墩的混凝土经过了点和不同的地质条件，采取衬砌防水保温层、泥浆护壁等有效措施，克服了一系列施工难题。
二、生态脆弱青藏高原气候寒冷，昼夜温差大，土层浅薄贫瘠，生态十分脆弱，一旦遭受人为破坏，要恢复几乎不可能。
为此，青藏铁路建设工程首次作出环保和施工同等重要的承诺，并与当地政府签订环保协议；铁路建设工程用于环保方面的投资预计达20 多亿元，占工程总投资的10％左右，环保投资和所占比例如此之大，在国内建设史上尚属首例。
环保意识和行动无处不在：在桩基施工中，工程人员创造性地应用旋挖钻机干法成孔这一新型环保施工工艺，它可以快速成孔，既不会过多干扰多年冻土层，又不会污染环境。
可可西里是国家级自然保护区，铁路穿过这里时，修建了清水河特大桥，这是全线最长的“以桥代路”工程，也是青藏铁路专门为藏羚羊等野生动物迁徒而开辟的通道。
对于在施工过程中不可避免的环境破坏，则采取人工种草和草皮移植的方法，最大限度地恢复植被。
青藏铁路三大技术难题及解决
一、多年冻土问题在冻土上修路，路基随气温变化而具有不稳定性。
由于青藏高原气温年变化极大，夏季最高温38℃，冬季最低温－40℃。
气温高的季节，冻土融化，形成热融湖塘、暗河，路基翻浆、滑动，路基形成搓板路；气温降低，路基冻结，甚至反常膨胀，形成冻涨球。
冻土当中有含土冰层、饱冰冻土、裂隙冰、砂岩、泥岩、泥沙互层。
温度升高，造成热融扩大，尤其是在明洞开挖时，仰坡失稳、滑塌、基地泥泞，隧道开挖后，拱部严重掉块，甚至塌方，隧道营运后会因反复冻融破坏结构，影响运营安全。
铁路通车后，必然有大量废热从车内排出，对铁路路基有影响。
为解决冻土问题，专家采用了如下方法来保证路基的稳定与持久： 1 采用片石通风路基，片石通风护道，铺设保温材料，采用热棒技术。
（通风路基与通风护道使得空气对流快，使路基温度与周围气温一致，不易形成局部热区，有利于路基稳定）。
2 在冻土中及不稳定的地方采用以桥代路（在冻土上修桥，下面无水而是不稳定的冻土），如清水河特大桥。
3 隧道工程在衬砌中设置防水保温层。
4 重新研究制定混凝土耐久性技术标准，提高混凝土结构的耐久性。
为防止热胀冷缩使桥墩出现龟纹，使混凝土与冻土“亲密接触”，采取负温养生措施，夏季采取挖井制冷、放风冷却措施，使温度保持在10度左右，冬季采取烤热、添加防冻剂，给桥墩裹上棉被等措施，保证混凝土的耐久性和防冻性。
二、高寒缺氧问题如前所述，青藏铁路沿线海拔4000米以上的地区有960千米，占全线总长的84％，许多地方常年温度在－10℃以下。
人们常说，“到了昆仑山，气息已奄奄；过了五道梁，哭爹又喊娘；上了风火山，三魂已归天”。
在海拔4000多米的地方，人们常常感觉到头晕、恶心，脚下仿佛踩着一团棉花，软弱无力。
人缺氧会头痛脑胀，胸闷气短，夜不成寐，会诱发脑水肿、肺水肿等疾病。
空气稀薄，高寒缺养，被称为“生命的禁区”。
高寒缺氧严重威胁着青藏铁路建设中的建设者。
通常，人们只关注通车后，火车内的寒冷缺氧问题，而对露天从事建设的百万大军关心较少。
青藏铁路多年冻土区桥梁桩基沉降原因分析
青藏铁路多年冻土区桥梁桩基沉降原因分析权董杰【摘要】Qinghai-Tibet railway was built railway bridge instead of railroadat K1401 + 888.The bridge was located in permafrost region of Tanggula Mountain main ridge.Ice cone problems have developed in areas of bridge and continuous uneven subsidence has appeared in some piers since the railway opened,these problems may threat safeties of the railway operation.The process of generation,development and solutions of ice cone and piers subsidence were introduced in this paper.The causes of diseases were obtained by comprehensive analysis,which were combined actions of natural climatic environment,heat exchange of groundwater,construction disturbance,stratum effective stress,stratum lithology etc.It is suggested that we should pay attention to heat exchange of groundwater in permafrost region during engineering investigation and design.At the same time,the thermal disturbance of frozen soil should be minimized as far as possible during construction and treatment of disease.%青藏铁路K1401 +888以桥代路大桥位于唐古拉山主脊的多年冻土区.自青藏铁路开通运营以来桥址区出现了冰锥病害,且部分桥墩发生持续不均匀沉降,给铁路运营安全带来较大影响.本文介绍了桥梁冰锥和墩台沉降病害的发生、发展和治理过程.通过分析得出产生病害的原因为自然气候环境、地下水的热交换、施工扰动、地层有效应力、地层岩性等多种因素的共同作用.建议在多年冻土区内进行工程勘察和设计时加强对冻土区地下水热交换问题的关注,施工和病害治理时尽量减小对冻土的热扰动.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】5页(P76-79,83)【关键词】青藏铁路;桩基沉降;现场测试;多年冻土;冰锥;热扰动【作者】权董杰【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安710043【正文语种】中文【中图分类】U443.15桥梁位于青藏铁路唐古拉北站与唐古拉站之间，中心里程 K1401+888，起讫里程K1401+570.56—K1401+903.43，孔跨样式为 10孔 32 m梁桥，全长332.87m［1］。
青藏铁路施工遇到的困难及解决办法
青藏铁路施工遇到的困难及解决办法青藏铁路的建成极大地促进青藏地区经济的发展，加快西部大开发的步伐。
但是，在这条世界上海拔最高的铁路建设工程中，却面临着多年冻土、生态脆弱、高寒缺氧等铁路建设史上的世界性难题，建设者们是怎样解决这三大难题的呢？一、多年冻土青藏铁路铺设在平均海拔4500米的高原上，由于海拔高，终年气温很低，路基下是多年冻土层，有的地方冻土层厚达20多米；这些冻土在温暖的季节会融化下降，寒冷的季节则冻结膨胀，这一起一降会严重影响铁路路基的稳定。
而青藏铁路要经过这样的冻土地段长达550千米，是铁路全长的一半！在工程建设中，对这一地带采用了因地制宜的方法：对相对稳定的冻土地段采取片石通风路基、片石护道、热棒技术、铺设保温板等方法，使路基通风，加快热量散发，降低温度，保持冻土的稳定性。
对于极不稳定的冻土地段则采用“以桥代路”的方法，即以桥梁代替路基。
桥梁工程采用桩基础，每座桥墩下面有四根桩基，每根桩基要深入地下20米以上，浇筑桥墩的混凝土经过了点和不同的地质条件，采取衬砌防水保温层、泥浆护壁等有效措施，克服了一系列施工难题。
二、生态脆弱青藏高原气候寒冷，昼夜温差大，土层浅薄贫瘠，生态十分脆弱，一旦遭受人为破坏，要恢复几乎不可能。
为此，青藏铁路建设工程首次作出环保和施工同等重要的承诺，并与当地政府签订环保协议；铁路建设工程用于环保方面的投资预计达20多亿元，占工程总投资的10％左右，环保投资和所占比例如此之大，在国内建设史上尚属首例。
环保意识和行动无处不在：在桩基施工中，工程人员创造性地应用旋挖钻机干法成孔这一新型环保施工工艺，它可以快速成孔，既不会过多干扰多年冻土层，又不会污染环境。
可可西里是国家级自然保护区，铁路穿过这里时，修建了清水河特大桥，这是全线最长的“以桥代路”工程，也是青藏铁路专门为藏羚羊等野生动物迁徒而开辟的通道。
对于在施工过程中不可避免的环境破坏，则采取人工种草和草皮移植的方法，最大限度地恢复植被。
青藏铁路高寒冻土区特殊路基施工技术研究
青藏铁路高寒冻土区特殊路基施工技术研究
青藏铁路二期工程位于青藏高原腹地，全长1142公里，路基工程占全线总长的90%以上，途经海拔4000米以上地段约960公里，经过连续多年冻土地段550公里，沿线地质复杂，各类灾害严重。
由于高原特殊的地理位置和自然环境条件，青藏铁路建设面临“高寒缺氧、生态脆弱、多年冻土”三大难题的严峻挑战。
其中如何处治高寒冻土区路基地下水问题是青藏铁路建设面临的必须解决的重要技术难题，它是保证高寒冻土区地下水路基工程稳定的一个重要环节。
同时如何保证多年冻土区路基工程的稳定也是建设青藏铁路必须攻克的首要难题。
我国多年冻土分布很广，除青藏高原外，在东北大小兴安岭地区也广有分布。
因此，解决多年冻土区路基修建的技术问题，不仅是当前青藏铁路建设必须完成的首要任务，也是今后加速冻土区建设、开发将面临的主要难题。
由于青藏铁路沿线穿越的山岭较多，地形起伏较大，故高堤、深堑路段时有发生，最高路堤高达20m以上。
在这种地质环境中修筑铁路，如何保证路堤工程的稳定性、保护高原生态环境，实施可持续发展战略，维护国家整体利益，也是工程建设中必须解决的重要技术问题。
为解决高寒冻土区路基地下水所引起的路基冻胀、融沉问题，施工时我们依据不同地形、地质条件，分别对深、浅路堑，路堤地基三种不同情况的路基地下水处治提出了三种相应的地下水排水构造形式及其相应的施工工艺，有效地保证了地下水路基的稳定。
青藏铁路多年冻土区路基变形特征及影响因素分析
２ ． Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ．ｏ ｆ Ｃ ．Ｒ ．Ｅ ．Ｃ ． ， Ｌ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ７ ３ ０ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｓ ｉ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ — Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
ｐ ｅ ｒ ｍａ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｌ ｒ ｅ ａ ｄ ｙ ｂｅ ｅ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｄ． Ｔ ｈｅ ｍａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｕ ｓ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｔ ｈｅ
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ Ｓｕ ｂｇ ｒ ａ ｄｅ Ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｆｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎｆ ｌｕｅ ｎ ｃ ｅ Ｆａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ
Ｐ ｅ ｒ ｍａ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ Ｒｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ Ｑｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ － Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ
青藏铁路多年冻土区桥梁桩基沉降原因分析
台沉 降量 又开 始增 大 。本文 通过 分析 病害 的勘 察 和治
理 过程 查找 墩 台沉 降原 因 ， 为 此 类 冻 土 区 内 的桥 梁 勘 察、 设计 提供 建议 。
图 １ 桥梁布置 （ 单位 ： ｍ）
２ 工 程 地 质 特 征
收稿 日期 ： ２ ０ １ ０ ４
摘
要
青藏 铁路 Ｋ １ ４ ０ １＋ ８ ８ ８以桥代 路 大桥 位 于唐 古拉 山主脊 的 多年 冻 土 区。 自青 藏铁 路 开通 运 营
以 来桥 址 区 出现 了冰锥病 害， 且 部 分桥墩 发 生持 续不 均 匀沉降 ， 给铁路 运 营安 全 带来较 大影 响 。本文 介
绍 了桥 梁冰锥 和墩 台沉 降病 害的 发 生、 发展 和 治理 过程 。通过 分析 得 出产 生病 害的原 因为 自然 气候 环
作者简介 ： 权 董杰 （ １ ９ ８ ４ 一 ）， 男， 工程师 ， 硕士 。 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｄ ｊ ｑ ｕ ａ ｎ ＠ｆ ｏ ｘ ｍ ａ ｉ ｌ ． ｃ ｏ ｍ
２ ． １ 地层 岩 性
桥 址 区表 层 为 第 四 系全 新 统 冰 水 沉 积 松 散 堆 积
层， 下 伏侏 罗系 泥灰 岩 。松散 堆积层 主要 为 粉细 砂 、 砾
境、 地下 水 的热 交换 、 施 工扰 动 、 地 层 有效应 力、 地层 岩性 等 多种 因素 的共 同作 用。 建议 在 多年 冻 土 区 内
进 行 工程勘 察和 设计 时加 强 对冻 土 区地 下 水热 交换 问题 的 关 注 ， 施 工 和病 害治 理 时尽 量 减 小 对 冻土 的
工程 区地 属唐 古拉 山主脊 区 ， 地形 略有 起伏 ， 地 表
青藏铁路多年冻土区在气温变化和冻土蠕变条件下路基沉降模拟
青藏铁路多年冻土区在气温变化和冻土蠕变条件下路基沉降模拟刘德仁;蒋代军【摘要】如何保持多年冻土区铁路路基的稳定性是重要的科学和实践问题.针对多年冻土融沉、蠕变特性及可能的气温变化,选取青藏铁路典型路基断面,计算了多年冻土路基的温度场,模拟了多年冻土区路基修建后10 a内路基中温度的扰动及回复状况.并通过路基温度场与变形场的耦合,模拟了多年冻土路基在修建后前3 a的沉降变形.结果表明:在路基修建过程中对冻土产生的热扰动需要10 a时间才会回冻,路基下融化土体在上部荷载作用下不断地发生固结压密,在路基修建后3 a内地基土的融化压缩沉降逐渐完成.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2010(029)004【总页数】5页(P72-75,83)【关键词】多年冻土;青藏铁路;路基;温度场;沉降【作者】刘德仁;蒋代军【作者单位】兰州交通大学,土木工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州交通大学,土木工程学院,甘肃,兰州,730070【正文语种】中文【中图分类】U213.140 引言青藏铁路穿越多年冻土区长达约632 km[1],其中大片连续多年冻土区长度约550 km,岛状不连续多年冻土区长度约82 km.青藏铁路修建的关键在于路基问题,而路基工程的关键又在于沉降问题.为保证青藏铁路施工及运营的安全性,人们对多年冻土路基沉降的组成、沉降量的大小,以及多年冻土区路基沉降计算的方法等问题特别关注.由于多年冻土区路基的融沉问题,使得路基的沉降变形与一般地区有着较大的差别.在青藏高原上,随着季节的变化,处于多年冻土层之上的季节活动层不断地发生冻结与融化.在路基修建后,由于工程建设活动的影响,引起下伏多年冻土的融化与压缩,产生更大的沉降量[2-3].因此,在多年冻土区路基的沉降计算中,下伏多年冻土的温度及相态的变化是重要的影响因素.此外,在附加荷载的作用下,下伏多年冻土还会发生长期的蠕变变形.要合理计算多年冻土区路基的沉降,就需要深入了解多年冻土区路基沉降特性,综合考虑各种影响因素.1 选取典型断面在青藏铁路清水河试验段选取DK1025+633.68断面进行路基沉降变形的计算. 图1 青藏铁路路基横断面图Fig.1 Cross section of Qinghai-Tibet railway subgrade据钻孔资料可知,由地表向下分别为粉砂土、黏土及泥岩,冻土天然上限为2.5 m,年平均地温为-0.91℃≤T cp＜-0.7℃,属高温不稳定区[4].本段为高含冰量冻土.路基断面尺寸如表1所示.路基本体用粗颗粒土填筑.表1 路基断面尺寸参数Tab.1 Subgrade cross section dimension parameter 路基高度护道高度护道宽度路基宽度路基加宽边坡坡度6.00 m 3.00m 3.00 m 7.10m 0.60m 1∶1.52 冻土路基温度场2.1 控制微分方程对于带相变的瞬态温度场问题,其热量平衡控制微分方程为式(1-2)[5-6].在移动的相变界面上,必须满足的温度连续性条件和能量守衡条件.在冻结区内:在非冻结区内:式中:T,C,λ,t分别为冻土的温度、容积热容量、导热系数和时间.采用离散伽辽金法可得到该问题的有限元计算公式为式中:M为非稳态变温矩阵;K为温度刚度矩阵;T为未知温度值的列向量;F为与边界条件有关的温度荷载向量.根据对称边界条件,模型左右两侧面为绝热边界条件,底面为温度梯度边界条件,温度梯度为0.02℃/m.根据附面层理论,地表面的温度按正弦函数变化.式(4)中后一项考虑了未来气候变暖因素,在未来50 a气温上升2.6℃[7],将温度增量线性计入到地表温度变化中.2.2 计算模型及参数路基计算模型及网格划分如图2所示.路基填料及冻土的计算热学参数如表2所示. 图2 路基计算模型及网格划分Fig.2 Calcu lationmodel and elementmeshing for subgrade表2 路基填料及冻土的计算热学参数Tab.2 Thermal parameter of permafrostand subgrade filling类型C u/kJ◦(kg◦℃)-1 C f/k J◦(kg◦℃)-1λu/kJ◦(m◦h◦℃)-1λf/k J◦(m◦h◦℃)-1 C/k J◦(kg◦℃)-1粗砾砂 1.08 0.87 6.56 8.63 46.795细砂 1.40 1.04 7.23 10.85 39.174圆砾土 1.43 0.66 7.32 11.33 41.872泥灰岩 1.69 1.42 6.86 10.43 33.6732.3 结果温度场模型从2002年7月份开始计算,路基计算的初始温度条件根据现场测温资料选取[8].在路基修建1 a后(2003年7月份),气温最高,地表温度也达到零上十几度.经过1 a 的冷热交换,在形成热核的边界处,明显可以看到,热核的左右边界开始收缩,0.5℃温度梯度线凸向路基中心.在路基修建3 a后(2005年7月份),路基下的冻土经过冷热交换,热核的范围进一步收缩.与1 a后的温度场进行对比,路基中的温度梯度减小,热核的顶部下移.0.5℃温度梯度线发生闭合,0℃温度梯度线伸入到整个护道下,热核左右边界进一步收缩. 在路基修建10 a后(2012年7月份),路基中的温度梯度进一步减小,热核的核部继续向下移动,热核中心温度在0℃附近,经过10 a的冻融循环和冷热交换,路基中的热核现象已不明显.护道下方的土体全部处于负温,0℃温度梯度线发生闭合,且其中心温度也在0℃左右.在路基下3 m左右,形成一个厚2m左右,温度为-0.5℃的冷壳.如果此时下部所谓的热核处于冻结状态(温度在0℃左右),则此时的上限上移到路基表面下3m左右.图3 路基修建1 a后温度场(单位:℃)Fig.3 Subgrade temperature field after 1 year(unit:℃)图4 路基修建3 a后温度场(单位:℃)Fig.4 Subgrade temperature field after 3 years(unit:℃)图5 路基修建10 a后温度场(单位:℃)Fig.5 Subgrade temperature field after 10 years(unit:℃)计算结果表明:路基下的冻土在发生热扰动后,恢复到以前冻结状态或者达到一个新的平衡状态的过程缓慢.从路基中温度变化的规律来看,在路基修建过程中对冻土产生的热扰动最终消失.在路基中热核的消失过程并不是人为上限在不断地向上移动,而是热核核部的温度梯度不断地减小.热核首先从两边向中间收缩,最终由于热核核部的温度不断降低,直至处于负温,热核消失,冻土上限发生上移.3 冻土路基沉降计算冻土路基沉降量是温度场和应力场,以及时间相结合的产物.在分析冻土路基沉降变形的过程中,需要结合温度场、应力场,研究冻土路基随着时间的变化其变形的发展规律.在弹塑性理论和流变理论的基础上,充分考虑冻土路基中温度变化及引起的冻土状态变化,对冻土路基应力和变形问题进行研究.冻土的应力应变关系(弹粘塑性本构方程)可用增量形式来表示:式中:D T为与温度有关的弹性矩阵;{dε}为应变增量;{dε}e为弹性应变增量;{dε}vp 为粘塑性应变增量;根据Prandtl-Reuss塑性理论,其应变增量可表示为式中为等效蠕变应变增量;为等效应力.冻土的蠕变是随着时间不断硬化的函数,冻土的蠕变应变率可用式(7)来表示.式中均为蠕变试验系数.则路基中的应力和应变,采用有限元法求解.根据虚功原理,得到单元结点力增量的计算公式如下[9-10]:式中:B为几何矩阵.应变增量和位移增量有如下关系:冻土路基沉降计算的有限元模型尺寸及网格划分与温度场计算中所用模型一致.模型两侧边及底边为固定边界条件.在路基顶面施加列车荷载.经计算,路基在修建1 a后的融化压缩及蠕变沉降达到0.283m.此时,路基下的冻土已达到最大融化深度,并逐渐开始回冻,表明融化沉降量相当大.在路基下部,由于在路基中蓄积着大量的热量,所以即使在冬季,路基中仍然有一个比较大的融化核,所以在路基修筑后的1 a内,路基下部融化土体在不断地发生固结压密作用,引起地基土的压缩沉降.从图6可以看出,图中的0.02m的沉降线在下伏冻土的冻结与融化交界面附近(地面以下5 m左右),其沉降主要为人为上限附近高温冻土的压缩沉降和下伏多年冻土的蠕变沉降,其沉降量相对比较小.图6中的0.21 m的沉降线在原天然上限附近(地面以下2.5m左右),在0.02m线与0.21m线之间,其沉降量达0.19m.在地面下2.5～5 m之间主要为多年冻土的融化沉降及压缩沉降,这部分的沉降量占总沉降量的70%左右.在0.21 m线以上,主要为天然上限以上地基土的压缩沉降及填料的压密沉降,约为0.07m左右.图6 路基修建1 a后的沉降(单位:m)Fig.6 Subgrade sttlement after 1year(unit:m)在路基修建3 a后,路基的融化压缩及蠕变沉降达到0.365m.在第3年中的路基沉降主要为路堤填料的继续压密沉降、下伏地基融土的继续压缩沉降和多年冻土的蠕变沉降.从图7可以看出,图中的0.28 m沉降线(地面以下2.5m左右)与0.02 m沉降线(地面以下5 m左右)之间,其沉降差为0.26 m.表明天然上限与人为上限之间的融化土体在继续进行压缩沉降.在天然上限以上,地基土的压缩沉降及填料的压密沉降约0.085 m左右,沉降量略有增加.图7 路基修建3 a后的沉降(单位:m)Fig.7 Subgrade sttlement after 3years(unit:m)4 结论通过上述分析,可以得到以下结论:1)在考虑未来青藏高原气温变化和下伏多年冻土蠕变的基础上选取青藏铁路典型路基断面,建立有限元模型,计算了多年冻土路基的温度场,并与变形场进行了耦合. 2)路基下的冻土在发生热扰动后,恢复到以前冻结状态或者达到一个新的平衡状态,其过程是缓慢的.从路基中温度变化来看,在路基修建过程中对冻土产生的热扰动需要10 a时间才会回冻.在路基中热核核部的温度梯度不断地减小.热核首先从两边向中间收缩,最终由于热核核部的温度不断降低,直至处于负温,热核消失,冻土上限发生上移.3)多年冻土路基沉降主要为路堤填料的压密沉降、天然上限以上地基土的压缩沉降及人为扰动引起的融化土体的融化压缩沉降和下伏多年冻土的蠕变沉降.路基修建引起下伏多年冻土的融化而产生的融化沉降在1 a内已基本完成,路基下融化土体在上部荷载作用下不断地发生固结压密作用,在路基修建后3 a内地基土的融化压缩沉降逐渐完成.在路基中心位置,冻土上限下移引起的融化沉降和压缩沉降在路基的整个沉降变形中占整个路基沉降的70%左右.随着时间的增长,蠕变沉降量会不断的增长,成为路基在修建几年以后的主要变形组成部分.参考文献:【相关文献】[1] 程国栋.用冷却路基的方法修建青藏铁路[J].中国铁道科学,2003,24(3):1-4.[2] 崔托维奇H A.冻土力学[M].张长庆,朱元林,译.北京:科学出版社,1973.[3] 铁道第三勘察设计院.冻土工程[M].北京:中国铁道出版社,1994.[4] 铁道第一勘察设计院.青藏铁路高原多年冻土区工程设计暂行规定[S].北京:铁道部,2001.[5] 米隆,赖远明,吴紫汪,等.高原冻土铁路路基温度特性的有限元分析[J].铁道学报,2003,25(2):62-67.[6] 喻文兵.青藏铁路多年冻土区特殊结构路基研究[D].兰州:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,2003.[7] 秦大河.中国西部环境演变评估[M].北京:科学出版社,2002:55-60.[8] 铁道第一勘察设计院.青藏铁路试验工程科研项目阶段成果报告[R].兰州:铁道第一勘察设计院,2002.[9] 王铁行,胡长顺,李宁.冻土路基应力变形数值模型[J].岩土工程学报,2002,24(2):193-197.[10] 李双洋.多年冻土区铁路路基热—力稳定性数值仿真研究[D].兰州:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,2008.。
青藏高原多年冻地皮区铁路建(构)筑物
青藏高原多年冻地皮区铁路建(构)筑物提纲：1.青藏高原多年冻地皮特点与对铁路建(构)筑物的影响；2.多年冻土地区建(构)筑物的压缩性与抗震设计；3.多年冻土地区建(构)筑物的冻熔循环对耐久性的影响；4.多年冻土地区地基处理与基础设计；5.多年冻土地区局部地面沉降治理的技术与应用。
1.青藏高原多年冻地皮特点与对铁路建(构)筑物的影响青藏高原是我国重要的生态保护区，尤其是多年冻土区域更是生态脆弱区。
因此，在青藏高原的铁路建(构)筑物中，需要更好地考虑多年冻土地区的特点和对于建(构)筑物的影响。
青藏高原多年冻地皮的特点为温度低、密度大、抗折强度低等，而这些特点对于建(构)筑物的影响主要是：1)在多年冻土地区，地面的温度较低，导致土壤抗压强度较低，对铁路建(构)筑物在重载情况下的稳定性会产生影响。
2)在施工过程中，地面的温度变化会导致多年冻土发生融解，形成坍塌和土壤松散现象，进而影响建(构)筑物地基的稳定性。
3)在极端气候条件下，多年冻土的温度变化会导致冻熔循环的发生，严重影响建(构)筑物的耐久性和稳定性。
2.多年冻土地区建(构)筑物的压缩性与抗震设计多年冻土地区建(构)筑物的基本特点是高度压缩性。
在铁路建(构)筑物的设计中，需要综合考虑多年冻土的压缩性与铁路建(构)筑物的重载条件，设计出相应的支撑和承重系统。
此外，应充分考虑多年冻土地区的抗震性能，采用合适的抗震设计方案。
为了使铁路建(构)筑物能够更好地适应多年冻土地区的压缩性和抗震性能，设计方案应该充分考虑以下几方面的因素：1)采用合适的建(构)筑物材料，例如，采用与土壤密度和温度相适应的特殊材料。
2)选择适当的建(构)筑物形式和结构布局，采用合适的支撑和承重体系。
3)采取多次冰冻循环与旁边地面相比，将建(构)筑物定位在相对稳定的地面上。
4)采取适当的抗震设计措施，确保铁路建(构)筑物在严峻地震情况下的稳定性和安全性。
3.多年冻土地区建(构)筑物的冻熔循环对耐久性的影响多年冻土地区建(构)筑物的耐久性与冻熔循环紧密相关。
青藏铁路多年冻土区路基变形特征与无缝线路铺设可行性评价
区 Ｋ ９ ７ ８＋０ ０ ０ －Ｋ ９ ８ ４＋０ ０ ０无 缝 线 路 铺 设 ， 累计 铺 设
长度 达 ３ ０ ７ ． ７ ｋ ｍ， 其中 Ｋ ９ ７ ８＋ ０ ０ ０ －Ｋ ９ ８ ４＋０ ０ ０长 ６ ｋ ｍ线路 地 处 多年冻 土 区 。 无论 是在 青藏 铁路 格拉 段 季节性 冻 土 区还是 多年
质 量 指数 （ Ｔ Ｑ Ｉ ） 较小 ， 线路 工作 状 态 较 好 ， 区间铁 路 列 车运 营状 况 良好 。但在 路基 沉 降量较 大 条件 下无 缝线
路 工作 状 态如 何有 待进 一步 研究 。
２ 青 藏 铁 路 多年 冻 土 区路 基 变 形 监 测 与 分 析
多年冻 土 区路 基 的稳定 是青 藏铁 路 的核 心技 术 问
前 国 内外关 于无 缝线 路 轨道 变形 方 面 的研 究 主要 集 中
基 于上 述研 究成 果 ， 建 设 期 间在 青 藏 铁 路格 拉 段
季节 冻 土 区 Ｋ ８ ８ ７ ＋７ ４ ９ －Ｋ ８ ９ ７ ＋５ ２ ５ 、 Ｋ ９ ２ ４ ＋１ ５ ４ 一
在轨 道下 沉 方 面 ， 如 轨 道 结 构 和 运 营 条件 等对 轨 道 下 沉 的影 响 ， 较 少有 文 献 提 到 路 基沉 降 变形 对 无 缝 线 路 的影 响 ， 特别 是在 多年 冻 土 区路基 融沉 、 冻 胀对 无缝 线 路 轨 道变 形 的影 响方 面文 献更 少 。
赵 相 卿 一， 熊治 文 ， 韩 龙 武 一 ， 程 佳 ， 唐 彩 梅 ， 杨 永 鹏
（ １ ． 中铁 西 北 科 学 研 究 院有 限公 司 ， 甘 肃 兰 州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． 青海 省冻土与环境工程重点实验室 ， 青海 格尔木 ８ １ ６ ０ ０ ０ ）
青藏铁路工程有关冻土问题的情况介绍.
青藏铁路工程有关冻土问题及土工合成材料应用情况的介绍铁道第一勘察设计院李成摘要大量的工程实践表明,冻土区筑路遇到的主要问题是冻胀和融沉,在季节冻土区主要问题是冻胀,而在多年冻土区主要问题是融沉。
以保护多年冻土为原则,是多年冻土区工程措施中应用最为广泛的一种方法,它不但克服了冻土的融化下沉,而且充分利用了冻土强度高于融土的特性。
本文在阐明对青藏高原多年冻土环境认识的基础上,简要地介绍了保护多年冻土的几种工程方法,并对土工合成材料在青藏铁路的应用情况作了简要的介绍。
关键词铁路工程多年冻土土工合成材料应用1.概况青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原,素有“世界屋脊”、“地球第三极”之称。
青藏线格尔木至拉萨段铁路全长约1100km,其中要穿越550km的多年冻土地段,全线线路海拔高程大于4000m地段约965km,在唐古拉山越岭地段,铁路最高海拔为5072m,为世界铁路海拔之最高。
“高原”和“冻土”问题是修建青藏铁路的两大难题。
铁路通过地区大部分为高原腹地,具有独特的冰缘干寒气候特征,寒冷、干旱,急风暴雨、雷电等变化剧烈无常,四季不明,空气稀薄、气压低,冻结期9月至次年4、5月。
昆仑山、可可西里、风火山、唐古拉等山区,年平均气温在-6℃以下,青藏高原腹地高平原区,年平均气温为-4~-4.5℃。
该地区具有年较差小,而日较差大的特点,年内日平均较差10~ 19℃,极端日较差35℃。
铁路沿线大气透明度良好,云量少,太阳直射强,总辐射量大,日照时数较大,为全国辐射量最大的地区,由于高原风大,地表所获辐射量的98.8%通过湍流交换以感热或潜热的形式向大气逸散,用于土壤增温和冻土融化的热量仅占 1.2%,使得高原上近地表气温并没有显著升高,而地下土层处于低温状态。
自1956年铁道第一勘察设计院对青藏线进行踏勘考察开始,格尔木至拉萨段的勘测设计、科学研究断断续续,至今已40多年。
其间对“高原”和“冻土”问题也进行了大量的科学研究和试验工作,创造了比较好的前期工作基础。
青藏铁路多年冻土工程的研究与实践
三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
2、多年冻土工程的监测与维护为了确保青藏铁路多年冻土工程的稳定性和安 全性，采用了先进的监测技术，如遥感技术、自动化监测技术等，对多年冻土的 融化和变形进行实时监测。同时，在工程运营期间，加强维护管理，定期进行检 查和维修，确保工程的长期稳定运行。
三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
三、青藏铁路多年冻土工程的实 践探索
三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
1、多年冻土工程的设计与施工在青藏铁路多年冻土工程中，设计与施工是确 保工程成功的关键环节。依据实验研究法和数值分析法所取得的研究成果，设计 人员制定了科学合理的设计方案。在施工过程中，采用了各种先进技术和工艺， 如高温热棒技术、地基加固技术、保温保湿技术等，以确保工程的施工质量。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
1、实验研究法实验研究法是通过对多种工况下的多年冻土进行实验，研究其 物理、化学及力学等性质的变化规律，为工程设计和施工提供基础数据和理论支 持。在青藏铁路多年冻土工程中，实验研究法得到了广泛应用，为解决多种复杂 工程问题提供了重要依据。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
2、数值分析法数值分析法是通过建立数学模型，对多年冻土工程的稳定性、 安全性及环境影响等方面进行数值模拟分析，以优化工程设计、预测工程效果。 在青藏铁路多年冻土工程中，数值分析法起到了至关重要的作用，为工程的方案 制定、施工指导和运营维护提供了重要依据。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
3、现场调查法现场调查法是在工程施工及运营过程中，对多年冻土进行实地 勘查、检测和分析，以获取第一手资料，评估工程的实际效果。在青藏铁路多年 冻土工程中，现场调查法是不可或缺的研究手段，为工程的动态监测、安全预警 及维护管理提供了重要支持。
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Journal of Engineering Geology 工程地质学报 2006
图 2 青藏线格拉段清水河试验段路基 沉降测试平面示意图
Fig. 2 The pian sketch of the ground temperature measurement points in Oinshuihe zone
l4（6） 李忠等：青藏高原清水河多年冻土区铁路路基沉降变形特征研究
825
l 引言
高原多年冻土是青藏铁路重要工程特征之一， 也是可能引起路基沉降变形等病害的主要根源。一 方面它具有一般土的共性，另一方面它又是一种多 相复杂的体系，被冰所胶结，具有鲜明的物理化学特 性。冻土区的各项工程建筑常常遇到许多由于冻土 中冰的增长与消失而引起的冻胀与融沉现象，导致 建筑物的迅速破坏，造成了巨额的浪费，影响建筑物 的正常使用。
Journal of Engineering Geology 工程地质学报 1004 - 9665 / 2006 / 14（06）-0824-06
青藏高原清水河多年冻土区铁路路基沉降变形特征研 究!
李 忠! 徐文明" 陈明长!
（ !石家庄铁道学院土木分院 石家庄 050043） （ "中国铁道建筑总公司第十五工程局隧道公司 洛阳 471000））
厚度 2 ~ 3m 的杂色含土冰层，含砾砂团块包裹体， 冰以厚层状网状产出，具厚层状网状构造，厚层冰中 有气泡，体积含冰率 50% ~ 60% ，为饱冰冻土。岩 芯呈短柱状，融化后有大量水溢出。底层为深灰色 强 - 中等风化的泥岩，块状构造，泥质结构，局部夹 灰绿色页岩及坚硬的泥灰岩。薄层冰发育，局部可 见厚达 l0cm 的厚层地下冰，地下冰层状构造，体积 含冰率 25% ~ 30% ，为富冰冻土，岩芯呈短柱状，融 化后很湿、软化，局部溢出较大量水。
! 收稿日期：2006 - 02 - 16；收到修改稿日期：2006 - 06 - 05. 基金项目：铁道部科技攻关项目“ 青藏线格拉段高温冻土路基沉降变形预测及计算试验研究”资助（ 清水河 2001G001 - B - 02 - 01）. 第一作者简介：李忠（1971 - ），男，副教授，从事地质灾害超前预报和隧道施工地质学的科研与教学工作. Emaii：i68z1121@ 163. com
SETTLEMENT CHARACTERICS OF OINGHAI - TIBETAN RAIL A EMBANKMENT ON PERMAFROST SUBGRADE IN OINGSHUI RI ER REGION OF TIBET PLATEAU，CHINA
LI Zhong ! XU Wenming " CHEN Mingchang!
2. l. l 观测场地地貌特征 观测试验段位于青藏铁路格拉段昆仑山口—风
火山之间的楚玛尔河高原准平原区，里程为 DKl024 + 900 - DKl025 + 000，平均海拔 4500m。该试验区 处于北纬 32 ~ 36 的（ 长）江（ 黄）河源多年冻土区 的片状多年冻土带中，平均海拔 4500m，地势开阔平 坦，属 典 型 的 高 原 河 流 相 沉 积 地 貌，植 被 覆 盖 率 l0% ，热融湖塘集中分布，地下水以大气补给的、暖 季分布的冻结层上水为主，水位不稳定，水量较小。 该区属于青藏高原冰雪型气候区，冻结期为 9 月 ~ 次年 4 月，本段年平均气温 - 6. 2C ，极端最高气温 23. lC ，极端最低气温 - 46. lC ，年平均气温较差 27. 8C ；全年的主导风向为西风。太阳辐射强烈，不 同坡向地面受热差别很大，阴面地温比阳面地温平 均低 l. 5C ~ 2. 5C ，冻土厚度阴坡比阳坡大 50 ~ 70m。 2. l. l 观测场地冻土特征
（4 ）直 接 读 取 水 平 测 斜 仪 在 DKI024 + 940、 DKI024 + 970 两个断面的读数，通过室内水平测斜 仪的标定参数，计算路基沉降值，定期观测路基的沉 降变化，为了最大限度地消除由于人工测试所带来 的误差，将分别从每一根测试管的两头测试两次，综 合处理所读取的路基沉降数值。
3 路基沉降变形特征分析
图 3 水平测斜仪的工作示意图 Fig. 3 The measuring principie of the siope detector
（2）用普通 6 号铁丝将探头及电缆拉至沉降管 的起始端，然 后 缓 缓 地 拉 动 电 缆，每 等 长 刻 度 线 处 （0. 5m 的倍数）读 数 一 次，直 至 沉 降 管 的 终 止 端。 然后将测斜仪水平掉转 I80 ，从另一端按同样的方 法进行第二次测试，读数。注意每次测试读数都要 把电缆拉紧，位置要拉准确，以防读数不稳。通常采
摘 要 通过埋设在青藏铁路路基中两个断面内的 6 条沉降观测管 3a 来的地基沉降变形资料，研究了高原多年冻土区铁路 路基的沉降变形特征，分析了填筑铁路路基对下伏多年冻土融化变形的影响。研究表明，由于受到填筑路基时赋存在路基填 料内的热量的影响，铁路路基下伏多年冻土上限在施工初期会有一个明显的下移沉降，铁路路基也随之有一个较大幅度的工 后下沉变动，随着时间的推移，路基下降速率会逐渐下降，但在短时间内不会停止下来，而且由于太阳辐射和路基边坡形状的 影响，路基向阳面与背阴面的变形有较大的差别，且在近南北向展布的路基上表现最为明显。 关键词 铁路路基 高原多年冻土 路基沉降 冻土上限 中图分类号：U416. 1 文献标识码：A
图 l l024 + 940 沉降测试断面测点示意图 （ 面向拉萨方向）
Fig. l The section of the ground temperature measurement point at DKl024 + 940
沉降测试点间距 0. 5m
DKl024 + 940 和 DKl024 + 970 两断面的地基 表面、基床底层、路基表面各 3 层水平沉降管 200l 年 l0 月 22 日完成后便开始测试工作，至今已完成 测试 86 次。
2. 2 观测仪器选择、布置与测试 2. 2. l 测斜管埋设
为了保证实验数据的真实可靠，本次试验特选 择了优质 PVC 管和高灵敏度的沉降测斜仪，分别在 DKl024 + 940 和 DKl024 + 970 两断面的地基表面、 基床底层、路基表面各埋设 3 层（ 沉降管布置示意 图见图 l、图 2），水平沉降管由每节 4m 的特制 PVC 管组成，管内在水平和竖直方向刻有 4 根导槽。管 与管的连接由套箍和螺丝完成，导槽可精确对准。
（I）多年冻土地区铁路路基的变形虽然也分为 冻胀 - 融沉两部分，但主体上以缓慢沉降为主。
从图 4 可以看出，高原多年冻土路基的沉降变 形随时间变化主要有以下特点：
图 4 多年冻土区铁路路基横向变形随时间变化图 Fig. 4 The change of ground settiement of the raiiway embankment with time
该地 区 年 平 均 地 温 约 - l ~ - l. 5C ，低 于 - 0. 5C ，属于细颗粒土高温不稳定冻土区。冻土主 要为高含冰量衔接型冻土，它的分布明显受到岩性、 含水量的控制。在位于湖相沉积发育、细粒土为主 的一级阶地上，高含冰量冻土为主；而在颗粒较粗的 由冰水扇、洪积扇二、三级阶地及河漫滩上，则以整 体状构造的少冰冻土或多冰冻土为主。
特别是高温冻土地区，由于冻土对于外界的影 响十分敏感，尤其是温度和热量的扰动直接影响冻 土的上限变化，因此详细研究青藏铁路路基修建过 程中及建成后对于天然冻土的影响，分析铁路路基 下伏高原多年冻土的沉降变形特征，对于在高原地 区进一步的科研和施工设计工作均具有重要的实际 意义。
2 现场观测
2. l 观测场地
2. 2. 2 测斜仪沉降测试 （I）将电缆一端接记录仪，一端接探头（ 图 3）。
用正反测试的目的是提高精度，可以抵消探头的初 始值和沟槽倾斜偏差等因素所造成的系统误差。
（3 ）用 水 准 仪 和 现 场 的 3# 基 准 点（ 海 拔 452I. 068m，埋深 I6m）抄平，得到沉降管起始端的 标高，从而根据沉降差可得到各读数点的标高。第 一次测试推算出各点的标高，即为未来测试的基准 标高，即初始标高。
该区上层为松散潮湿的棕黄色的细砂，颗粒成 份以石英、长石为主，砂土质较均匀，土层见冻深度 一般为 l. 9 ~ 2. 5m 之间，冻土上限一般为 2. 5m；中 层为中密浅灰色砾砂，颗粒成份以长石、石英为主， 砾石含量约 50% ，见冻深度一般为 2. 3 ~ 2. 6m 之 间，l. 9 ~ 2. 5m 处于厚层冰；岩芯松软潮湿。下层为
471000）
Abstract This paper examines the settiement characteristics of the embankment of the Oinghai - Tibetan raiiway on the piateau permafrost subgrade in Oingshui region of the Tibet Piateau，China. The settiements were measured using six pipes buried in the embankment for three years during and after the construction of the embankment. The resuits show that the settiements in the piateau permafrost beneath the embankment have four features ：（1）the siowness settiement is the principai part of the embankment distortion which consists of the freezing - expanding and the meiting - sinking；（2）Most of the embankment settiement occurred in the piateau permafrost beneath the embankment which has hardiy settiement；（3）the focus of deformation distortion is iocated beneath the shouider of embankment where is exposed to the Sun；（4）the geoiogicai feature of the piateau permafrost beneath the embankment affects the settiement feature of embankment straight. Ke words Permafrost，Raiiway embankment，Ground settiement，Tibet piateau，Fieid experiment