攻克青藏铁路的瓶颈——冻土
青藏铁路关于冻土问题综述
青藏铁路关于冻土问题综述关于青藏铁路冻土问题综述摘要:冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。
一般可分为短时冻土(数小时、数日以至半月、季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土,指的是持续三年或三年以上的冻结不融的土层)。
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰。
因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。
正由于这些特征,在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。
随着气候变暖,冻土在不断退化。
本文主要概述在修筑青藏铁路过程中的冻土问题和解决方法。
引言:青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原冻土铁路,建设中的青藏铁路格拉段全长1142km,新建1110km,穿越连续多年冻土地区约550km,岛状冻土区82km,全部在海拔4000m以上。
受多年冻土的工程特性决定,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。
一、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,西抵国界,东达横断山脉西部、巴颜喀拉山和阿尼马卿山东南部,冻土面积为141万平方公里,我国领土面积的14.6%。
青藏高原的腹部分布着大片多年冻土、周边为岛状多年冻土及季节冻土。
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,导致青藏高原冻土发育的差异性,因而它不单一地服从纬度地带性的一般规律,而且随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。
马辉等人将青藏铁路沿线的冻土根据地形地貌及工程地质特点,自南向北划分为15个单元[1]:(1) 西大滩断陷谷地,冻土类型为少冰冻土及多冰冻土,融沉系数小,属于弱融沉性。
(2) 昆仑山中高山区 ,冻土分布为整体状,厚度60 ~ 120m,年平均地温为- 2.0 ~- 4.0℃ ,天然上限1.5~ 2.5m。
高含冰量地段占冻土段长的62.4% ,无厚层地下冰存在,大部地区也无层状冰。
青藏铁路建设中的冻土工程问题及其应对措施
青藏铁路建设中的冻土工程问题及其应对措施青藏铁路,是为了满足经济发展和社会需求,以及促进民族团结、巩固国家核心区域的安全,在中国的西藏自治区建设的一条全长2800公里的铁路。
然而,这条铁路的施工遇到了种种严峻的技术挑战,其中最难以跨越的是冻土工程问题。
青藏铁路全线穿越索伦江谷,其中四分之三以上的地带属于冻土地区,即冰冻土、深冻土和塑性冻土,冻土地区能耗大,施工成本高,施工难度大,考虑到安全问题,冻土工程施工环境更为恶劣,这就使得青藏铁路建设中的冻土工程问题更加复杂、更加棘手。
首先,由于青藏铁路建设的特殊性,冻土工程施工范围大,地形复杂,气候寒冷,冻土表层深度大,施工条件恶劣,存在质量控制、分层处理、稳定性保证等不少技术难题。
其次,由于青藏铁路全线穿越若干国家保护划定的“三江源”保护区,冻土工程施工的时间被严格控制,任何可能对环境产生不可逆转的影响都不容许发生。
最后,还有一个令人难以克服的技术挑战,即冻土工程地段的低温处理,必须采取科学的防寒技术、冷却技术和复原技术来满足质量标准,保证施工安全性。
为了解决青藏铁路建设中的冻土工程问题,国家采取了一系列技术措施。
首先,采用技术自动化来提高施工质量,并推广新型冻土工程技术,如新型高效加热技术、地表高效冷却技术和软化处理技术;其次,投入大量研究,在新材料合成、新设备应用、新技术运用等方面进行深入研究;最后,采用一系列创新技术解决冻土结构的可塑性问题,采用温度和湿度监控技术对施工环境进行精密控制,采用抗冻低碳新材料来防止地层破坏。
为了保证青藏铁路建设的安全,国家铁道部采取了多种措施,保证施工质量,实施质量监督,强化施工安全管理,采用多种新型冻土施工技术,开展大规模工程,以及实行“三个一”的原则,即一个区域只建一条线路、一个沟槽只打一次土、一次施工后不再改变地形,从而打造一条安全、节能、环保的青藏铁路。
总之,青藏铁路建设中的冻土工程问题是一个棘手的问题,但我们积极采取了一系列技术措施,以期能尽快实现青藏铁路的建设。
青藏铁路冻土解决方案
青藏铁路冻土解决方案青藏铁路的建设是中国铁路史上的一项伟大工程,它连接了雄伟壮丽的青藏高原和其他地区。
然而,这个工程也面临着来自自然环境的巨大挑战,其中之一就是冻土问题。
青藏高原地域广阔,气候寒冷,土壤中的冰冻现象十分普遍。
那么,我们如何解决青藏铁路上的冻土问题呢?首先,我们需要理解冻土的特点和形成原因。
冻土是指土壤中水分被冻结形成的一种地表材料。
在高寒地区的青藏高原,由于气温低,空气中的水分会结成冰,这些冰会渗入土壤中,使其变得坚硬。
冻土除了对土地的构成有影响外,还具有不可忽视的地质工程问题。
因此,解决冻土问题对于青藏铁路建设来说至关重要。
其次,我们可以采取一系列措施来解决冻土问题。
首先,可以在土壤表面构建保温层来防止冷空气渗透到土壤中。
这可以通过在土壤表面上覆盖一层较厚的材料,如沙土或石塘,来实现。
这样可以有效减缓渗透速度,降低土壤冻结的程度。
其次,可以采用地下排水系统来解决冻土问题。
通过将排水管道埋设在土壤下方,将土壤中的积水排除出去,防止冰块形成,从而避免土壤冻结。
另外,保护冻土还需要结合植被恢复来进行,植物的根系可以有效地改善土壤的稳定性。
在青藏高原这样的高寒地区,植物的分布相对较少,所以可以考虑进行温室种植。
在温室内培育出更耐寒的植物品种,然后将其移植到铁路附近的土地上,以实现土壤的保护和恢复。
此外,建设合理的排水系统也是解决冻土问题的重要一环。
在青藏高原这样的高原地区,降雨量大,排水不畅会导致土壤湿度增加,加剧冻土的形成。
因此,铁路和周边设施中的排水系统设计需要考虑到降雨量,确保快速将水排除,降低土壤冻结的可能性。
最后,监测和预警系统的建设也是解决冻土问题的重要手段。
通过建立冻土监测站点,实时监测土壤温度、湿度等指标的变化情况,及时掌握冻土情况的变化趋势。
当存在潜在的冻土问题时,预警系统可以提前发出警报,以进行相应的调整和改进。
在解决冻结土壤问题的过程中,我们需要进行科学研究和不断的实践。
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。
四大措施破解青藏铁路千年冻土
四大措施破解青藏铁路千年冻土作者:刘长奇来源:《地理教育》2011年第11期青藏铁路的修建,创造了世界铁路建设的多项奇迹,其中一个就是解决了铁路穿越千年冻土区的问题。
青藏铁路东起青海格尔木,西至西藏拉萨,全长1200千米,其中有600千米属于高海拔寒冷区冻土地质。
高原寒冷区冻土层地基的稳定性是铁路面临的最大难题。
所以说青藏铁路修建的成败决定于路基,而路基最大的问题就是多年冻土。
夏天气温上升,冻土层融化,上面的路就会塌陷;而冬天温度降低,冻土膨胀,就会把建在上面的路基和钢轨顶起来,一降一升,火车极易脱轨。
针对以上问题,我国的铁路建设者主要采用以下四个措施来解决冻土问题。
热棒:天然制冷讥进入两大滩冻土区,铁路路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2m的铁棒(如图1),即热棒。
铁棒间相隔2m,一直向前延伸。
热棒在路基下还埋有5m,整个棒体是中空的,里面灌有液氨。
热棒的工作原理是:当路基温度上升时,液态氨受热发生汽化,上升到热棒的上端,通过散热片将热量传导给空气,气态氨由此冷却液化变成了液态氨,又沉入了棒底。
这样,热棒就相当于一个天然制冷机。
抛后路基:廉价土窑调在青藏铁路路基内部,还有一种廉价而有效的土空调正悄无声息地运转着。
在土层路基中间,填筑了一定厚度的碎石(如图2)。
当夏季来临时,青藏高原气温升高,抛石路基表面的温度上升,空气密度降低,而路基冻土中的温度较低,空气密度较大,这样热空气与冷空气就不易对流,无形中形成了外界与冻土的隔热层;当冬天来临时,冻土路基的外界温度较低,空气密度较大,而路基冻土层温度较高,空气密度较低,将自然上移,与外界进行热量交换,无形中形成了冷热对流,使路基冻土层温度降低,保护了冻土的完好性。
遮阳板:隔热外农青藏高原地处中低纬度的高海拔地区,太阳辐射十分强烈是该地区的一个重要特征。
遮阳板路基是在路基的边坡和坡面上架设一层用于遮挡太阳辐射的板材,可消除太阳对路堤坡面的有效辐射加热作用(如图3),达到稳定路基温度的目的。
青藏铁路冻土热棒原理
青藏铁路冻土热棒原理青藏铁路是中国迄今为止建设的最长的高原铁路,行程超过1,200公里,连接了青海、西藏和四川之间的地区。
在这个高原地带建造铁路是非常有挑战性的,其中一个主要问题就是地下冻土。
在青藏高原,冻土是一种常见的地质特征,它是环境条件恶劣区域中常见的地表覆盖层。
冻土是由含水的土壤或岩石在低温环境下结冰形成的,这种结冰非常坚硬,能够阻止水的渗透和物质的流动,因此在建造高原铁路时需要考虑起到的影响。
冻土会影响青藏铁路的建设和使用,因为它会导致地基变形,甚至破坏铁路的结构。
同时,青藏高原的气候条件也会对冻土产生影响。
冻土热棒的原理是这样的:冻土热棒是一种通电加热的装置,被安装在青藏铁路冰冻土地基中。
这些加热器会持续产生热量,从而使冻土化冻,并使其变得更加稳定。
这种装置能够对冻土进行有效的加温,使土层中的冰块融化,并防止新的冻结。
通过这种方法,青藏铁路得以在极端天气下保持良好的运行状态,避免了冻土的影响。
冻土热棒的运作之所以非常重要,是因为青藏高原的气候条件比较苛刻,低温和干燥的环境会导致冻土区域的土壤缺水和结构的不稳定。
为了处理这些问题,冻土热棒的使用非常必要。
当然,冻土热棒的使用不仅仅是针对冻土,还可以被用于多个领域。
比如,许多高速公路上也会常常用到这种东西,因为加热器对道路附近的冰雪有很好的解决办法。
此外,冻土热棒可以用于管道、桥梁、水坝等建筑物的构建中,以防止由于温度变化带来的损害。
因此,冻土热棒是一种非常实用的技术装置。
在青藏铁路的建设中,这种技术被广泛应用,能够为铁路的运行提供保障,帮助保证高速公路、桥梁等建筑物的安全运行,使冻土区域的建设和使用达到更加稳定的状态。
作为一种高效且成本相对较低的技术,它为青藏高原的开发与建设提供了新的思路,有助于推动机械化建设的发展。
总之,冻土热棒在青藏高原建设的过程中具有很高的应用价值和实际意义。
青藏铁路冻土解决方案
青藏铁路冻土解决方案青藏铁路是我国西部地区重要的铁路干线,它连接了青海省和西藏自治区,是中国铁路网中的一条重要支线。
然而,由于青藏地区地势高、气温低,冻土是铁路建设中的一大难题。
在这种情况下,如何有效地解决青藏铁路的冻土问题成为了工程建设的重中之重。
首先,针对青藏地区的特殊气候和地质条件,我们需要采取科学合理的工程措施。
在铁路路基设计上,可以采用加热路基的方式来防止冻土的产生。
通过在路基下方设置加热管道,利用地热或其他能源对路基进行加热,从而有效地防止冻土的形成。
这种方法不仅可以保持路基的稳定性,还可以提高铁路的运行效率和安全性。
其次,对于已经形成的冻土,我们可以采用加热处理的方式来解决。
通过在冻土下方设置加热设备,利用热能对冻土进行融化处理,从而恢复土壤的稳定性和承载能力。
这种方法可以有效地解决已经存在的冻土问题,保证铁路的安全运行。
除了加热处理,还可以采用保温措施来防止冻土的产生。
在铁路路基和桥梁设计中,可以采用保温材料来对路基和桥梁进行保温,防止土壤温度过低而导致冻土的产生。
这种方法可以在一定程度上减少冻土对铁路的影响,保证铁路的正常运行。
另外,科学合理的排水系统也是解决冻土问题的重要手段。
在铁路建设中,我们需要合理设计排水系统,确保路基和桥梁的排水畅通。
通过排水系统的设计和建设,可以有效地降低土壤含水量,减少冻土的产生,保证铁路的安全运行。
总的来说,青藏铁路的冻土问题是一个复杂的工程难题,但通过科学合理的工程措施和技术手段,我们完全有能力解决这一问题。
通过加热处理、保温措施和科学合理的排水系统,我们可以有效地防止冻土的产生,保证青藏铁路的安全运行。
相信在不久的将来,青藏铁路将成为一条安全、高效的铁路干线,为西部地区的经济发展和交通运输做出更大的贡献。
青藏铁路如何克服冻土的小故事
青藏铁路克服冻土的小故事
作为世界上穿越冻土里程最长的高原铁路,青藏铁路在建设过程中面临着诸多挑战。
其中,如何克服冻土难题成为了摆在工程师们面前的一大难题。
青藏铁路穿越的冻土带由于气温极低,使得土壤长时间处于冻结状态,给铁路建设带来了很大的困难。
为了解决这个问题,工程师们采取了多种措施。
首先,他们采用了片石通风路基和通风道等特殊结构,以改善冻土的散热条件。
这些结构能够有效地引导冷空气流过冻土地区,降低冻土的温度,从而保证铁路的路基稳定。
其次,工程师们还采用了热棒技术。
热棒是一种高效的传热装置,能够将地下的热量传递到地上,从而降低冻土的温度。
在青藏铁路的建设中,工程师们将热棒技术应用到了冻土地区,取得了很好的效果。
除此之外,工程师们还采取了其他一些措施,例如在路基两侧设置隔热层、加强铁路沿线的绿化等。
这些措施都能够有效地减少太阳辐射和地面长波辐射对冻土的影响,从而保证铁路的安全运行。
在克服冻土难题的过程中,工程师们经历了许多艰辛和困难。
但是,正是他们的不懈努力和智慧,使得青藏铁路成为了世界铁路建设中的一项伟大工程。
通过这个故事,我们可以看到人类在科技发展中的伟大力量。
正是科技的进步,让我们能够克服自然界的种种难题,为人类的发展创造更加美好的未来。
同时,我们也可以看到,只有通过不断地探索和创新,才能够实现人类对未来的梦想和追求。
在这个时代,我们每一个人都应该积极拥抱科技的发展,相信人类的智慧和力量。
只有通过不断地学习和创新,才能够适应未来的变化和发展。
让我们一起期待着未来的美好!。
冻土与青藏铁路建设的难题及其生态环境保护
冻土与青藏铁路建设的难题摘要:冻土的融化影响青藏铁路路基的稳定性,成为修建过程中的主要问题,现在已采用冷路基法较好的解决此问题。
关键词:冻土融冻青藏铁路冷路基法1.概述:冻土, 一般是指温度在0摄氏度或以下, 并含有冰的土层或岩层。
按土的冻结状态保持时间的长短, 冻土一般可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土。
在多年冻土区,地下土层常年冻结,随着温度变化会发生周期融冻,可以分为上层活动层和下层永冻层并形成独特的未冻结层在刚性的用冻层上流动揉皱的冻融扰动构造。
冻土分布广泛且具有独特的水热特性, 是地球陆地表面过程中的一个非常重要的因子。
一方面, 冻土是气候变化的灵敏感应器, 气候变化将引起冻土地区环境和冻土工程特性的显著变化。
另一方面,冻土影响到陆地表面的热平衡, 也可以反作用于气候系统。
因为当土壤冻结或消融时, 会释放或消耗大量的融化潜热, 土壤的热特性也随之改变。
同时, 冻土的变化也会对建立在其上的生态环境造成很大的影响。
在我国, 冻土也有广泛的分布, 季节性冻土和多年冻土影响的面积约占中国陆地总面积的70% , 如果算上短时冻土其面积则要占到90%左右, 其中多年冻土约占22. 3%[ 15] ,冻土对我国人民生活和经济建设有着举足轻重的影响。
对我国冻土的研究目前主要集中在青藏高原地区。
【1】冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰、水分产生迁移并具有相变变化特征。
因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征,具有融化下沉性和冻胀性。
所谓冻胀,就是土在冻结过程中,土中水分转化为冰,引起土颗粒间的相对位移使土体积产生膨胀,土表面升高。
而当温度升高,土中冰融化为水时,土便发生融化,体积缩小而下沉,简称融沉。
【4】冻胀、融沉作为冻土区工程建筑物的主要问题。
2.冻土与青藏铁路的建设青藏铁路是世界上海拔最高和线路最长的高原铁路,全长约1 925 km,其中格拉段长约1 118 km。
海拔4 000 m 的地段有965 km。
青藏铁路的修建克服了哪些困难
青藏铁路的修建克服了哪些困难
青藏铁路的修建主要困难有:高寒缺氧,生态脆弱,高原冻土。
克服高寒缺氧的办法是:
多数工程由机器来完成,降低了人力的劳动强度,同时在施工点建有氧吧,做好医疗保障。
克服生态脆弱的办法是:
尽可能减少对当地植被的破坏,对于需要清除的草皮采取异地移植的办法,将原料场设在距铁路足够远的地方,同时修建了各种桥涵作为动物通道。
克服高原冻土的办法是:
通过一些主动的措施,如块石路基,碎石护坡,热棒,遮阳板和被动的措施,如加高路基,铺设保温材料来避免和延缓高原冻土的融化,从而确保路基的稳定。
高三地理冻土问题
高三地理热点之青藏铁路:三大措施保持路基冻土青藏铁路要穿越“千年冻土”区,必须攻克的难题之一是:只有设法保持该区域的冻土不受夏季高温影响,确保路基坚固、稳定.大家都知道:严寒的冬季,冻土是坚硬的,而外界气温升高时冻土会熔化,使路基硬度减弱,甚至变软,火车的重压会使路基及铁轨严重变形.因此,如何确保冻土的状态在夏季与冬季一样,就成了必须解决的难题.我国科技工作者创造性地解决了这一难题,并且,其中的三个关键措施都只运用了简单的物理知识.一是“热棒”:被称为不用电的“冰箱”.在冻土区,路基两旁插有一排碗口粗细、看上去像护栏的金属棒,这就是“热棒”.它们的间隔为2m,高出路面2m,插入路基下5m.棒体是封闭中空的,里面灌有液态的氨,外表顶端有散热片.我们知道,酒精比水更容易变成气体,而液态氨变成气体比酒精还要容易.正是液态氨在“热棒”中默默无闻地工作,使它成了在夏季保持路基冻土的“冰箱”.二是“抛石路基”,被称为天然的“空调”.在冻土区修筑路基时,其土层路基的中间,抛填了一定厚度的碎石块,碎石之间的空隙不填实,并且与外界空气相通.这样的结构具有“空调”的功能,使得冻土层的温度基本不随外界气温变化,能有效地保持冻土的稳定性.三是“遮阳板路基”,又称旱桥:被称为隔热“外衣”.遮阳板路基,是在路基的边坡上架设一层遮挡太阳的板材,能有效地减弱太阳热对路基温度的影响.热棒工作原理在可可西里地区,在铁路和公路两旁可以看到很多竖立的“铁棒”,有关技术人员说,这其实是一种高效热导装置,叫做“热棒”。
车站工作人员告诉记者,热棒是青藏铁路在运营过程中处理冻土病害、保护冻土的有效措施。
据了解,热棒是一种由碳素无缝钢管制成的高效热导装置,5米埋入地下,地面露出2米。
具有独特的单向传热性能:热量只能从地面下端向地面上端传输,反向不能传热。
在冬季,热管内工作介质由液态变为气态,带走管内热量;在暖季,热棒则停止工作。
独特的冷却地温的作用使热棒堪称“魔棒”。
中国怎样破解青藏铁路高原冻土这一世界性难题
中国怎样破解青藏铁路高原冻土这一世界性难题出品| 网易新闻学院作者| 王麟,铁道第三勘察设计院工程师青藏高原海拔高,纬度低,高山险滩,地形险要,分布着大面积的高原冻土,植被稀少,环境脆弱,成为地球上几乎不可逾越的第三极。
历史上青藏高原因为交通落后,严重制约了当地经济的发展,所以将铁路修到青藏高原上,是中国延续了百余年的宏愿。
经过几代人半个多世纪的努力,青藏铁路终于在2006年建成通车。
青藏铁路在青藏高原上修建铁路极为困难,除了恶劣的气候和脆弱的环境,最难解决的技术难题就是高原多年冻土。
冻土指的是土体温度低于0℃且含有冰的特殊岩土体,可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土。
高原冻土冻胀和融沉是路基病害的主要原因普通土壤的性质主要由其颗粒的矿物成分、密度和含水量决定,这些因素一旦确定,土的基本性质就基本稳定,土的性质多表现为静态特性。
而冻土的物理性质和工程性质则和普通土质有所不同。
众所周知,水的密度比冰要大,自然而然的,水在凝结成冰的过程中,体积会增大。
所以,在寒冷的冬季,冻土会像冰一样冻结,随着温度的降低,体积发生膨胀,建在上面的路基和钢轨就会被膨胀的冻土顶起,这种现象被称为冻胀。
而反过来,到了夏季,温度升高,冻土融化体积缩小,路基和钢轨又会随之凹陷,这是热融沉陷。
在冻土的冻结和融化反复交替作用下,路基就会出现翻浆、冒泥、沉降变形现象,使得钢轨扭曲变形,变得高低起伏,会给路基造成严重破坏,给铁路行车带来严重威胁。
以青藏公路为例,85%的路基病害是融沉造成的;15%为冻胀和翻浆所致;桥梁和涵洞的病害主要由冻胀引起;在高温冻土区的路堤上,由于阴、阳坡下的融沉不同,因而在向阳面的公路左侧产生纵向裂缝……所以,在高原冻土区修建铁路,如果不能解决冻土融塌、沉降以及膨胀变形等难题,修建铁路只是空谈。
“破解”过程长达半个世纪青藏铁路自昆仑山北坡西大滩至唐古拉山南麓的安多河谷,通过多年冻土区约550公里,分布面积约2.45万平方公里,海拔大部分在4400m以上,属中纬度多年冻土,具有地温高、厚度薄等特点,其复杂性和独特性举世无双。
解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考
解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考
青藏铁路是中国的一项重大工程,它的建设必须面对严重的冻土工程问题。
如何有效解决这些问题,是当前青藏铁路建设的一大挑战。
本文旨在探讨一些可以解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路和
思考。
首先,我们需要深入了解青藏高原的气候和地质地形状况。
青藏高原是全球高海拔、低温、冻土区域,气候干燥,降水少。
此外,青藏高原地质地形多变,地貌复杂,地震、泥石流等自然灾害频繁发生。
因此,在青藏铁路建设中,我们需要采取适合当地气候和地形的冻土工程技术。
其次,我们需要加强青藏铁路建设中的监测、预警和应对能力。
青藏高原的气候和地质地形变化剧烈,因此,我们需要建立完善的监测系统,对青藏铁路周边的环境变化进行及时监测和预警。
同时,我们需要加强应对能力,制定应急预案,建立应急机制,及时应对自然灾害和其他紧急事件的发生。
此外,我们需要加强科研和技术创新,不断提升冻土工程技术水平。
青藏高原的气候和地形独特,因此需要针对性地研究冻土工程技术,不断探索新的工程技术和材料,提高青藏铁路的安全性和可靠性。
总之,解决青藏铁路建设中的冻土工程问题是一项重大的任务,需要我们加强技术研究和创新,并建立完善的监测和应对机制,确保青藏铁路建设的顺利进行。
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解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考
解决青藏铁路建设中冻土工程问题的思路与思考
随着青藏铁路建设的不断推进,冻土工程问题成为了一个亟待解决的问题。
本文主要从以下几个方面探讨如何解决青藏铁路建设中的冻土工程问题。
一、加强科学规划
在青藏高原这样的极地环境中建设铁路,必须充分考虑冻土工程问题。
因此,科学规划是解决冻土工程问题的关键。
在规划阶段,应充分了解当地的冻土情况,按照冻土类型、厚度、含水量等因素进行合理设计,确保铁路的安全与稳定。
二、采用先进技术
针对冻土的物理性质和破坏特点,应采用先进的技术手段,如采用沉井法、地热加热法、地震波法等。
同时,应选择适合冻土环境的材料和设备,确保工程质量。
三、加强监测与维护
在铁路建设完成后,应加强对铁路冻土工程的监测与维护。
通过监测数据的分析,及时发现并处理冻土破坏等问题,确保铁路的安全运行。
同时,加强冻土工程的维护,修补破损部分,避免进一步破坏。
综上所述,解决青藏铁路建设中的冻土工程问题需要科学规划、采用先进技术和加强监测与维护。
只有这样,才能确保青藏铁路的安全与稳定。
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攻克青藏铁路的瓶颈——冻土
冻土,是指温度在0℃以下,并含有冰的各种岩土和土壤。
是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰。
一般可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土(数年至数万年以上)。
冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。
正是由于这些特性,在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。
其中起重要作用的是水的存在形态,当水变成冰时体积增大,使土体膨胀,地表因此而拱起升高,这就是冻胀;当土中的冰转变为水时,体积收缩,地表便发生融化下沉,简称融沉。
在这两种现象的反复作用下,道路或房屋的基底就会出现破裂或者塌陷。
世界上多年冻土区的大量工程实践也证明:发生病害或破坏的工程建筑多数属高温冻土。
而青藏高原是全球气候变化的“启动器”和“放大器”,其升温将高于全球平均值。
如果以青藏高原未来50年气温升高2℃来预测,多年冻土将会退化乃至消失,从而引起路基塌陷、桥基失稳。
因此,高温冻土加温室效应,使青藏铁路的修筑面临着双重挑战。
青藏铁路沿线的冻土现象主要有:冻胀丘、热融滑塌、热融洼地、石海、冻胀草丘、冰锥、冻拔、热融冲沟、石环、斑土等。
青藏高原纷繁复杂的冻土环境,成为制约青藏铁路建设的瓶颈。
1961年,为了攻克青藏高原多年冻土区筑路技术难关,中国惟一的青藏高原冻土观测站在海拔4900多米的风火山诞生。
几代科技工作者与高原冻土展开了艰苦卓绝的斗争。
*中国高原冻土筑路科学研究城
40多年来,风火山观测站开展了气象观测、太阳辐射比观测、地中热流观测、不同地表热对比观测、冻土力学观测、深孔地温观测、23个试验路基观测等工作。
每一项观测内容,每一个基础数据,都直接关连着青藏高原生态环境的稳定,关连着青藏铁路的成败。
西北院科技人员共测取了1200多万个涵盖高原冻土地区各种气象条件和地温变化的数据,积累了极为宝贵的第一手资料,为突破高原冻土筑路技术难关奠定了坚实的科技基础。
如今,风火山上已修筑厚层地下冰地段试验路基523米,包括路堑、半路堑、零断面、低路堤、高路堤和涵洞;建立气象观测达12个项目,地温观测建立80余孔,其中,在1960年钻成的35米深的冻土地温观测孔,已由人工观测变成自动观测系统;建立工程变形观测点10多个;建立公路黑色路面温度观测、桥涵变形、下沉地温观测和桩基试验观测10多个。
这里被誉为“中国高原冻土筑路科学研究城”。
*解决冻土问题的三类方法
目前,青藏铁路现有的冻土工程措施可分为三类。
一调控辐射,即在路基顶部和路基边坡铺设遮阳棚、遮阳板,减少到达地面的太阳辐射。
二调控对流,即通过路基结构形式强制土体产生对流效应,有效利用自然冷能资源来保护多年冻土,如片石通风路基。
三调控传导,路基铺设保温材料、热棒(桩)、加高路基高度等措施,改变土体热传导过程。
在青藏铁路,有一种特殊的铁路路基,即在土路堤底部填筑一定厚度片石,上面再铺筑土层的路基。
这种多孔隙的片石层通
风路基是效果较佳的保护冻土方法,好似散热排风扇,冬季从路堤及地基中排除热量,夏季较少吸收热量,起到了冷却作用,能降低地基土温度0.5℃以上。
青藏铁路片石通风路基长达111公里。
*以桥代路
根据多方面的研究成果,专家们总结出了不同冻土地温带的青藏铁路工程设计原则:对于不良冻土现象发育地段,线路尽量绕避;对于高温极不稳定冻土区的高含冰量地质,采取“以桥代路”的办法;在施工中采用了热棒、片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、铺设保温板等多项设施,提高冻土路基的稳定性。
以桥代路措施是目前最可靠的方法,桥梁桩基深入地层二三十米,即使地面冻土有大的变化,也不会对铁路造成威胁,能有效地抵抗未来温度升高的影响。
*消融冻土的“青霉素”
在青藏铁路清水河实验段,两排直径约15厘米、高约2米的“铁棒”插在路基两旁。
这些铁棒就是热棒。
热棒又叫无芯重力式热管、热虹吸管。
它是一种高效热导装置,具有独特的单向传热性能,热量只能从地面下端向地面上端传输,反向不能传热,可以说是一种不需动力的天然制冷机。
根据在青藏铁路清水河地段进行的热棒技术试验结果,以及国外应用热棒技术的现状分析,热棒技术在解决青藏铁路建设冻土问题中达到了满意效果,通过热棒技术冷却青藏铁路路基、增加路基冷储量是可行的。
热棒在冻土病害维修方面比较实用,在铁路路基出现冻土病害时,使用热棒可以很快起到“药到病除”的效果,所以专家称之为冻土工程的“青霉素”。
大规模使用热棒后可以保持青藏铁路沿线多年冻土处于良好的冻结状态。