青藏铁路路基建设方法

1、青藏铁路建设中的路基冷却方法概述超过青藏铁路冻土一半的地区有40%的冰灾情况。在全球变暖的情况下，青藏铁路的 建设需要考虑在未来50-100年的气候变化。近期研究表明，高原上的空气温度会由2050年 增加2.2-2.6摄氏度。因此，对铁路建设成功的关键在于防止潜在的路基冻土融化。它成为 100年以来的第一条铁穿越冻土建立的铁路。报道称，大于30%的冰霜伤害比例已经在所有 的多年冻土区铁路已经建成。根据以上的经验和多年冻土区公路建设的经验教训的基础上， 提出了一种用于青藏铁路的建设更加积极主动的设计方法。这种方法侧重于通过降低冷却路 基的地温，并从防止由单纯依靠增加热阻冻土融化被动方法不同（例如

2、，增加路堤高度，使 用保温材料）。这路基冷却设计方法，特别是有关温暖和富冰多年冻土区。若干措施可采取 路基降温，包括适当的选择和配置路基材料，调整太阳辐射，热对流，热传导模式针对周围 的路基。1，简要介绍多年冻土是气候变化的敏感指标。随着温度的降低多年冻土强度。一旦冰轴承冻土融化， 它将失去其承载能力。因此，多年冻土工程它区别于其他土壤/岩石工程的方面则是会存在 工程稳定性和气候变化（纳尔逊等人，2001年;纳尔逊，2003）。在过去的几十年里，出现了对青藏高原气候变暖的趋势明显。气温增加了 18摄氏度从60 年代到90年代。在年平均地面温度上升，从20世纪70年代至90年代，是0.3 0.5

3、摄氏度 为暖性冻土和多年冻土分别为0.1-0.3摄氏度为寒性冻土，从1996年至2001年，地面温度 升高在0.08和0.01摄氏度之间，增加的幅度在多年冻土表和0.053和0.021摄氏度之间在每 年6-8米深处。因此，每年同一时期在多年冻土上限下降的速度为2.6和6.6厘米。气候变暖和冻土退化是目前的青藏铁路建设所面临的挑战。根据有关的经验和在世界冻土地 区公路建设的经验教训的基础上，提出了一种用于青藏铁路建设积极broadbed coolingQ方法，并提出一些措施以冷却路基和抵制气候变化以及气候变暖的影响。多年冻土地区铁路建设的历史对多年冻土的铁路建设已有超过100多年的历史。早在18

4、95年年初，俄罗斯开始了第 一条跨西伯利亚铁路建设。这是9446公里长，其中2200公里被冻土伏。后期20世纪70 年代，俄罗斯开始在西伯利亚建立另外一条铁路，其中2500公里是由下伏多年冻土区铁路 的3500公里。几乎整个的Berkakit - Tommot雅库茨克铁路公里的路线，目前正在建设中， 已经结束冻土区的建设。从1984年到1995年，为Berkakit - Tommot段路基段的建设完成。 此外，从秋明至OB湾铁路也正在建设。在美国，建于1904年的阿拉斯加铁路结束了多年 冻土的穿越。在加拿大，已建成5条铁路穿越多年冻土地区。哈德逊湾铁路是最早的，在 1910年完成了 611公里

5、到820公里的路线完成了多年冻土的建设。在中国东北，两个主要的铁路，一条是从嫩江到古莲等，建于大兴安岭和小兴安岭的森 林，有800多公里的多年冻土总距离。中国西北地区，已建成两条铁路在冻土：青海省和横 贯天山的南疆线，新疆海西公路也建在中国多年冻土区：青藏公路550公里以上的冻土地 带）和清康公路（330公里在冻土地带）。他们一直维持不间断运输超过40年，不中断。由 于反复冻融多年冻土地区，许多独特的地质过程开发诸如冻胀，融沉陷，冲霜，霜冻开裂， 冻化，霜冻排序。这些变化产生负效应影响工程结构的正常运转。冰霜在多年冻土区所造成 的损害是主要由冻胀和融沉。例如，大约被霜冻破坏的青藏公路85%是由

6、于解冻，而15% 是由于冻胀和翻浆。损坏桥梁，涵洞，主要是由于冻胀。在暖性多年冻土区，纵向裂缝发展 对堤防之间的差异，由于北斜坡解冻面和解决南斜坡解冻面的速度不一致铁路，如同任何其他线路型工程结构，需要通过不同的运行条件和地形地貌。因此，他们是 更有挑战性的建设。尽管有已超过100年以来的第一条铁路在多年冻土完成，报告表明，现 有的经营条件下，冻土铁路建设成功率并不理想。1994年的一项调查显示，损坏比率为 27.5%的BAM铁路，经过100多年的运营，1996年，损坏比例为40.5%的Zabajkalsk铁路， 经过100多年的运作。随着青藏公路的建设，在1999年进行了一项调查。该公司指出

7、，31.7% 的损坏率。该比率估计将超过40个在中国的东北多年冻土区铁路营运的损坏率。1962年， 一出轨事件发生在牙克石-Mangui铁路由于路基突然下沉。它下沉了 1.4米，5小时一个1.5 米的K197次火车突然沿原路下陷，另据报道，这似的旅客列车停运了 4小时。青藏铁路建设中的路基冷却法对青藏铁路格尔木至拉萨段的距离是1142公里，其中1100公里正在建设中。包括550 公里的铁路连续多年冻土区和82公里的岛屿型多年冻土区。.如果平均每年0至1.0摄氏度 地面温度作为高温冻土温度范围界定，275公里（或50%）的连续多年冻土和多年冻土是温 热性40%是寒冷性。青藏铁路预计将运行超过10

8、0年。根据全球变暖，其建设需要考虑到 在未来50-100年的气候变化。1990年至2100年，全球表面温度预计将上升1.4-5.8摄氏度。 气候变暖将可能采取对青藏高原及其周边的地方早于其他地区。青藏高原气候变化也是一个 放大器，它的升温幅度将高于全球平均水平。最近的估计表明，在高原的气温将上升2.2-2.6 摄氏度，到2050年。多年冻土强度接近于岩石。但是，一旦冰轴承冻土融化，它就完全失 去了它的承载能力。因此，青藏铁路成败的关键是要防止冻土融化，路基从底层开始。 在过去的几十年里，大量的数据积累了多年冻土沿青藏公路和青康公路的实地观察。从经验 和教训中，从多年冻土公路建设的经验中分析出的

9、数据，无疑将有利于设计和青藏铁路的建 设。从长期的公路冻土建设获得的数据可以得出以下结论：1，在多年冻土区路基稳定性与地面温度熊密切的关系。由于沥青路面应用到青藏公路，一 解冻层之间的多年冻土活动层和表夹，先后开发了 60%的路基。这种现象主要是由暖报道 多年冻土区。2两以上的地面温度沿青藏公路的5年期间所收集的数据集表明，在温热性冻土层解冻凡已 在路基发达，结果表明，热平衡收益和有源层积聚的热能，下部多年冻土不断地吸收热量。 在多年冻土区路基也吸收更多的热量比它可以释放。3,绝缘材料组成的路基热状况表明，由于热电阻的影响，绝缘材料可以降低地面温度的年 变化幅度，在多年冻土融化造成的延误。然而

10、，这种效果不能改变的事实该路基吸收更多的 热量比他们释放。在寒冷的绝缘材料的使用，似乎多年冻土区，在一定程度有效，但其长期 的有效性在高温多年冻土地区降低。上述结论说明，防止由单纯依靠增加热阻冻土融化（例如，增加路堤高度，使用更热耐 磨材料）是一种被动的方法，缺乏长远的效益。根据气候变化，这种方法不能保证在冻土路 基稳定性，尤其是在青藏高原多年冻土温暖。过去工程实践已经证实，这种方法的成功率不 高。一个更积极的设计理念，而不是应该通过了青藏铁路。这一理念，而不是使用被动保温， 重点是通过主动降温，降低地面温度达到了路基稳定路基。路基降温措施有三种传热方式：辐射，对流和传导。可以由它们的配置和材

11、料，太阳辐射，热对流， 热传导模式的调整正确的选择冷却路基。4.1太阳辐射的调整措施增加了地面反照率降低了由地面接收太阳辐射量，降低地面温度。在这一原则的基础上， 光或白色材料可用于路基表面，以减少热量吸收。对路基边坡的颜色调整也有助于实现这一 目的。俄罗斯科学家Kondratyev（1996）提出了遮荫棚，以减少太阳辐射到达地面的使用。 根据中国科学院的铁路所得的烽火山在青藏高原，年平均地面温度下的实验场棚面为8摄氏 度提交的数据低于外界，普遍认为遮阴棚，显示清晰的冷却效果。另一种简单的方法是把沿 河堤边坡遮阳板。从烽火山显示测试数据，1月地面边界板内表面温度比外面6-15摄氏度董事会边界较

12、 低。这也是一个有效的方法，可在未来用于冷却路基。通风基础设备，广泛应用于多年冻土 地区建设世界各地的建筑，已被证明是一种有效的预防方法，也可以在巷道施工中使用了多 年冻土。空气导管，可嵌入到路基冷却路基。对青藏高原的气温通常是在至少3摄氏度比 地面温度低。当冷空气经过的管道，它携带在向外界路基热量。两个实验室试验和数值模拟 已经证明其有效性。对在高原北麓河试验现场通风路基野外观察表明，空气导管，可有效降 低路基温度。在第二次冻融循环后的空气导管嵌入周围土壤温度降低到0以下的数值摄氏 度，风管下方的热平衡显示净热损失。为了提高性能，百叶窗安装在通风管道之一的结束。 快门自动打开和关闭，由空气温

13、度触发。当空气温度高时，它是封闭的。否则，它打开。数 据表明，后安装的百叶窗，将路基的热量会在最暖和的月份是一种不带百叶窗的一半。百叶 窗确实有改善空气管冷却的效果。4.2热对流调整措施多年冻土的斯科沃罗季诺站的前全苏铁路运输研究所，实地观察后，根据1969年和1970 年之间，指出了粗岩石组成的堤防温度比其他土壤类型为低。这种现象可以解释为鲍尔奇 效应（米哈伊洛夫，1971）。多孔岩石覆盖让自然对流发生在冬季，并提供了空气和绝缘夏 季遮阳稳定层。1973年，原兰州冰川冻土研究所，中国科学院，建立了一个2.7米实验堤 粗岩（直径0.3米）以上的在青海省煤炭矿富含冰的冻土部分。一个明显的降温效果

14、观察这 个粗石路堤。1992年，机械工程的阿拉斯加费尔班克斯大学部，提出在一个大型多孔岩石 层的热对流流计算机成型一系列研究。1993年，一个试验堤是建在布朗斯希尔采石场内， 近费尔班克斯。结果是非常有前途，他们命名为拜尔对流堤堤。由粗岩石造成的冷却作用物 理学是瑞利Benard对流理论。根据气温变化的自然循环，粗岩作为热半导体和降温的根 本土壤。它已被证实的实验室测试，现场全面路堤试验，而且粗岩可作为路基填料和侧坡上， 降低路基温度的数值模拟。它已成为一个广泛的在青藏铁路建设的实践中，以支付粗岩路 基边坡，因为它是有效和便宜。对流方法，开发后，通过自然对流热交换的原则，是路基 降温非常有效的

15、措施。这种对流方法，在多年冻土地区使用，制定了几乎在20世纪50年 代由前苏联和美国龙Gapeyev同一时间。在20世纪70年代，横贯阿拉斯加输油管道，并 成功解决了用热电偶对多年冻土的热油运输问题。第一次对流方法已知的使用维护冻土铁 路路基下约1984年的报告。在近年来，阿拉斯加运输部一直在试验研发对流调整措施，这 似乎比目前青藏铁路驾驶的热管直立巷道工程更合适于使用。4.3热传导调整措施泥炭可以在自然状态下能够保持多年冻土。其机制是，泥炭可以完全饱和，士冰的热导 率4倍，比水的大。因此，冷冻饱和泥炭比泥炭解冻热导率要高得多。在自然条件下，通过 冻结饱和泥炭冬季热损失远远大于通过解冻泥炭夏天

16、的热损失。地面之间以及不同温度下多 年冻土表显示出这样的结果。这种现象被称为热在北美偏移，或在俄罗斯式的温度变化。据 史密斯和莱斯勃拉芙地区（2002年），冷冻饱和泥炭的热导率可高达解冻饱和的泥炭的三倍。 在与0的地区年平均气温可达到4温度升高。对铁路建设的启示是，材料产生巨大的热 补偿能力，可用于冷却路基。如果这种材料具有很强的承载能力，它可以被放置在路基。否 则，它可以放在一边的斜坡。铺设草皮也应加以考虑，因为一个植被覆盖，不仅可以降低地 面温度，而且还可以防止风沙侵蚀的行动和边坡。它也提高了铁路环境景观。旱桥可以设置用以降低地面温度，理由是因为它可以遮挡阳光和空气管道行为。它也可 以支持重物。由于其相关的成本很高，应该唯一适用于温暖和富含冰的冻土地区。上面提到 的所有不同措施可结合使用，以达到冷却路基的目的。5，总结（1）由于高原多年冻土和预测