木里至江倉路段多年凍土工程地質評價及建議

擬建共和-結古高速公路位于青海省境內,全長639.02km,其中,苦海灘至黃河沿段(k336+000~k470+000)段長134km,大部分在海拔4000m以上,最高在長石頭山埡口,海拔4535m.該段線路位于青藏高原東部,多年凍土發(fā)育的邊緣地帶.通過對線路的勘察資料分析,結果表明:多年凍土分布和海拔有很好的相關性,主要分布在長石頭山埡口前后海拔4220m以上路段,局部海拔在4000~4220m湖相沉積細粒土地段存在殘余多年凍土.沿線整段多年凍土處于退化狀態(tài),且北坡較南坡年平均地溫低,南坡多年凍土退化嚴重.

青藏高原多年凍土是地質歷史時期高海拔寒冷氣候條件下的產(chǎn)物,也是青藏鐵路建設的三大難題之一;而多年凍土工程地質特征及其評價工作是作出合理、可靠的工程設計的基礎。結合青藏鐵路沿線多年凍土區(qū)的15個地形地貌分區(qū),在青藏鐵路多年凍土區(qū)選擇了70個典型斷面進行了地質勘查,采用地質鉆探和室內試驗相結合的方法,研究了各區(qū)的工程地質特征并對其工程地質類型進行了評價。研究表明:青藏鐵路多年凍土區(qū)凍土類型多樣,高含冰量凍土、厚層地下冰廣泛分布,不同區(qū)段地溫差異性較大,工程地質條件復雜多變,良好、一般、不良和極差的工程地質區(qū)段交錯分布。

本文著重對青藏線沿線多年凍土的分布特性，融區(qū)性質及多年凍土區(qū)所存在的不良地質現(xiàn)象進行分析，并做了相應的工程地質評價。

闡述了青藏鐵路格-拉段青海境內供電線路多年凍土分布及其特殊的工程地質特性,并初步探討了多年凍土對線路穩(wěn)定及勘察、施工的影響和處理方法,對勘察和設計工作有一定的指導作用。

theeffectiveandassuredmeasuresincriteriaofformulation,procedures,techniquesandmethodsforgeologicalprospectingofqinghai-xizangrailwayhavebeenmade.thepermafrostengineeringgeologicalinvestigationindicatethetalikandthosesectionswithannualaveragegroundtemperaturehigherthan1℃takesup68.8%oftotalamount;thehighicecontentpermafrostalsoaccountfor50%ofrealpermafrostsection.thedistributionofpermafrostcharacteristicsisobviouslyinfluencedbyaltitudeandlatitude.theprospectingalsoshowsthedistributionofpermafrostcharacteristicsisrathercomplicated.basedontwopredicationsofairtemperature-risingtendency,bycalculatingclimatemodelofpermafrostthermalstatus,andcomparingandanalyzinggeologicaldistributionofqinghai-xizangrailway,thetendencyofpermafrostrecessionrangehasbeenpredicated.

研究目的:(1)處理多年凍土地基有被動保護、主動降溫、被動保護結合主動降溫、兩種主動降溫相結合、以橋代路等多種工程結構,各種處理多年凍土地基結構的功效不同。為合理使用處理多年凍土的工程結構,需統(tǒng)籌考慮影響多年凍土工程地質條件的主要因素,對多年凍土的工程地質條件進行分級。(2)根據(jù)多年凍土工程地質條件分級及對應的工程結構,估算工程費用,為多年凍土區(qū)工程地質選線提供科學依據(jù)。研究結論:(1)青藏鐵路多年凍土的工程地質條件劃分為良好、一般、差、極差四級,分別采用普通路基、單一主動降溫措施、兩種主動降溫措施組合、以橋代路等工程結構通過。青藏鐵路自2006年7月通車后,多年凍土區(qū)列車以100km/h速度的平穩(wěn)運行,證明了多年凍土工程地質條件分級的設想可行,對應采用的工程結構穩(wěn)定可靠。(2)多年凍土區(qū)極差地段以橋代路,估算造價為4000萬元/km,為其他等級地段多年凍土工程費用的4.4~15.4倍,青藏鐵路多年凍土區(qū)選線時,對多處不同類型的極差地段進行了繞避或以最短的距離通過。

根據(jù)影響青藏高原多年凍土工程特性的地溫分區(qū)和凍土類型,提出了凍土工程地質綜合分類方法。結合青藏鐵路多年凍土區(qū)工程設計和施工情況的實踐,對鐵路建設中如何應對全球氣溫變暖下凍土區(qū)工程安全提出了工程措施。

針對青藏鐵路建設中多年凍土這一重大技術難題,重點闡述了其工程地質勘察要點、工作方法及勘察流程,介紹了多年凍土上限、含冰量、凍土地溫、凍土區(qū)邊界及大片連續(xù)多年凍土融區(qū)等多年凍土控制性參數(shù)指標的勘測方法,論述了青藏鐵路沿線多年凍土的分布特征。結合大的地貌分區(qū),給出了各大地貌單元內多年凍土工程地質條件評價結論。

在多年凍土地區(qū)開展物探工作會遇到比非凍結地區(qū)更為復雜和多變的勘探。對探地雷達在多年凍土工程地質勘探中的應用效果進行了理論分析與對比研究,提出一套適合凍土勘察的物探野外工作程序和資料處理模式,最終達到準確、快速了解凍土區(qū)內、凍土體內諸多關鍵參數(shù)的目的,對于解決工程實際問題和深入地了解寒區(qū)工程地質環(huán)境等科學問題具有重要意義。

半個多世紀來,以中鐵西北院為代表鐵路系統(tǒng)科研人員,緊緊圍繞多年凍土區(qū)土凍結和融化過程特性研究、多年凍土工程地質勘察和凍土地基與路基、重要構筑物的設計計算方法等鐵路工程勘察、設計的有關問題開展工作。所取得的成果均已納入我國多年凍土區(qū)鐵路勘察、設計和施丁的有關規(guī)程規(guī)范中,成為我國多年凍土區(qū)已有鐵路維修、養(yǎng)護和新線設計、施工的依據(jù),為我國多年凍土區(qū)鐵路建設作出了貢獻。本篇是這項工作的總結。

研究目的:中俄輸油管道穿越我國東北大興安嶺多年凍土區(qū),多年凍土的融沉及活動層的凍融對管道地基工程的破壞,將造成管基的不均勻變形,影響輸油管道的安全。本文通過對中俄輸油管道沿線多年凍土區(qū)工程地質問題進行分析研究,有針對性地提出用以保證輸油管道工程安全穩(wěn)定的防治對策。研究結論:(1)在多年凍土區(qū)采用架空方式敷設輸油管道,可極大地避免不良工程地質問題對輸油管道安全的影響;(2)凍融差異變形是導致凍土地區(qū)管道變形破壞以及誘發(fā)管道病害的主要原因,通過減小凍脹變形或融沉變形的絕對值來減緩管道在縱向方向差異變形上的劇烈程度均是輸油管道克服變形破壞的有效途徑;(3)在凍脹敏感性土和高含冰量多年凍土等不良工程地質地段,可采用管道保溫、換填、管壁加厚等措施來消除或減弱管道軸向不均勻變形程度。

在我省北部分布有連續(xù)和島狀多年凍土，以往的“規(guī)范”及有關資料中，多采用“保持凍結”的設計原則。但近些年很多資料表明，在筑路過程中由于自然生態(tài)環(huán)境發(fā)生不同程度的變化，導致島狀多年凍土發(fā)生部分或全部融化而產(chǎn)生融沉，從而使路面損壞。本文以實例說明自然生態(tài)環(huán)境破壞前后路基巖土工程地質的變化情況。并建議在這些地區(qū)不宜采取“保持凍結”的設計原則，而應視具體情況確定設計原則。

通過西藏那曲至嘉黎公路工程實例,闡述了西藏高原凍土的形成和工程特性,描述了凍土的分布特征,對調查中出現(xiàn)的凍土工程地質問題,提出相應的工程處理措施,對初到藏區(qū)工作的工程建設者有一定的指導意義.

青藏鐵路建設需穿越高原多年凍土區(qū),在探明沿線多年凍土分布特征的基礎上,合理確定了青藏鐵路線路的走向方案.在多年的凍土研究和工程實踐的指導下,有針對性地開展了5個不同類型凍土工程試驗研究,取得重要科研成果,指導設計和施工.全面總結4a來青藏鐵路多年凍土工程的研究與實踐,提出了“主動降溫,冷卻地基,保護凍土”的設計思想,制定了路基、橋涵、隧道成套工程技術措施和先進施工工藝,對確保多年凍土工程質量發(fā)揮了重要作用.

本文主要對青藏鐵路清水河試驗段的凍土工程地質分析評價,地質資料表明該試驗段含有多種類型的凍土,高溫高含冰量凍土、厚層地下冰均有所分布,因此,該試驗段凍土工程地質條件及為復雜,工程措施應充分考慮凍土工程地質特征,確保青藏鐵路的安全運營.

研究目的:青藏鐵路格爾木—拉薩段全長1142km,是世界上海拔最高、跨越高原多年凍土地段里程最長的鐵路,沿線自然環(huán)境惡劣,地質條件復雜,工程技術難度大,環(huán)境保護要求高,建設過程中面臨著許多技術難題。文章從青藏高原多年凍土區(qū)特點及主要工程問題,科技攻關工作與采取的措施,所取得的主要階段性成就等幾個方面,對如何更好解決在高海拔多年凍土區(qū)修建鐵路這一難題,把青藏鐵路建設成為“世界一流高原鐵路”,進行了深入的闡述,同時提出了需要進一步深化研究的問題。研究結論:文章經(jīng)過系統(tǒng)分析和研究,查清了線路通過地區(qū)多年凍土的熱穩(wěn)定性、含冰量和不良凍土現(xiàn)象的分布和變化規(guī)律,為攻克凍土難題提供了可靠的基礎工作保證。對路基工程提出了“主動降溫、冷卻地基、保護凍土”的設計思想、治理原則和具體工程結構類型。

植被是維持青藏高原多年凍土地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)平衡的關鍵因素。根據(jù)多年來觀測調查資料,分析了青藏公路沿線植被的種類、類型及其特征,提出青藏公路沿線最普遍的三類植被是高寒草原、高寒草甸和高原沼澤群落,沿線植被生存環(huán)境極為脆弱,一旦破壞,很難恢復。通過樣方數(shù)據(jù)揭示:除取土坑外,公路建設對植被的影響范圍一般不超過公路界外50m;受公路建設的干擾,公路兩側草原植被受到了一定程度的破壞,有明顯的退化現(xiàn)象。

(6)嚴格控制鋸縫時間、鋸縫深度。實踐證 明,鋸縫時間一般為混凝土施工后20～24h以內, 鋸縫深度為三分之一板厚,如果因測量導致板加 厚,其鋸縫深度也應加深。 (7)嚴格控制早期交通,避免混凝土面板提早 承受交通荷載導致混凝土內傷。 414　采取措施控制外界環(huán)境變化的不利因素 (1)風速是產(chǎn)生混凝土路面塑性收縮裂縫最不 利的因素之一。幾乎所有的開裂地段的施工期間其 風力都在3級以上,因此如果工期允許,在施工時 要盡可能地避免在3級風以上的天氣展開施工,否 則,應嚴格組織人力、物力采取特殊的措施,提早 加強養(yǎng)護,一旦施工出來的路面開裂嚴重,必須返 工,其損失將非常慘重。 (2)在日照較強、空氣干燥、相對濕度小(小 于50%)的時間范圍內施工,為了防止塑性收縮 開裂,除了采用413中(3)條的方

在匯總大量勘察資料的基礎上,充分考慮凍土區(qū)輸油管道工程的特點,以及管道與凍土之間的相互作用和過程,重點闡述中俄輸油管道沿線多年凍土環(huán)境工程地質條件,確定出中俄管道沿線凍土環(huán)境工程地質區(qū)劃原則和指標。按不同類型多年凍土的區(qū)域分布規(guī)律及面積比率,并考慮地溫、厚度及植被變化等特征,分成4個凍土工程地質區(qū),即漠河—瓦拉干片狀凍土區(qū)、瓦拉干—勁松大片融區(qū)的多年凍土區(qū)、勁松—加格達奇島狀多年凍土區(qū)和加格達奇—烏爾其零星多年凍土區(qū)。然后按多年凍土含冰(水)量類別,并兼顧土層凍脹、融沉分類級別,又在4個區(qū)內共劃分出151個凍土類別地段,依次按區(qū)分級進行評價,最后將這151個地段歸納為4種類型的工程地質地段:良好、較好、不良、極差。

在青藏鐵路二期工程勘察期間經(jīng)歷的高原凍土的勘察過程中,從多年凍土的生成環(huán)境、野外鑒別特征、凍土上限的確定幾方面談了幾點體會。

根據(jù)青藏鐵路高寒、缺氧的施工地理條件和多年凍土工程性質隨季節(jié)變化的規(guī)律,簡要論述了高原施工機械的匹配、凍土隧道進出口的施工技術,并對路基工程提出了相應的施工時間控制、進度控制和填料選擇控制的方法.特別指出多年凍土路基施工質量的控制和檢測要貫穿于施工的整個過程,主要包括多年凍土路基工程地質超前預報、壓實質量的檢測和控制、填筑過程中和施工后的觀測3方面內容,實際上3個方面構成了凍土路基的信息化施工技術.

簡要論述青藏鐵路高原施工機械的匹配,凍土隧道進出口的施工技術,路基工程施工時間控制、進度控制和填料選擇控制的方法。指出多年凍土路基施工質量的控制和檢測要貫穿于施工的整個過程,盡可能多采用現(xiàn)場測試。