青藏公路及铁路对沿线冻土环境的影响及工程防治措施

缪志辉

(河北省易县交通局)

青藏公路及铁路对沿线冻土环境的影响及工程防治措施

缪志辉

(河北省易县交通局)

在结合青藏公路设计及维修养护方面的经验教训的基础上,对青藏公路、铁路引起的冻土环境问题并由此可能引发的路基病害进行简要分析,指出冻土环境保护总的原则为冷却地基冻土、增加地基土冷储量、减少热量输入。提出青藏公路、铁路在设计、施工及运营管理方面相应的工程防治措施。

青藏公路;青藏铁路;冻土环境;工程措施

1 引 言

青藏公路、铁路是西藏连接内地的大动脉,其中格尔木至拉萨段位于自然环境恶劣、地质条件复杂的青藏高原腹地,平均海拔在 4 000m以上,穿越大片连续多年冻土、岛状多年冻土区。沿线自然环境恶劣,地质条件复杂,工程技术难度大,环境保护要求高。

由于青藏公路建设之初对多年冻土区的特殊地理条件、地质条件、气候等重视不够,致使各种病害较为严重。在结合青藏公路设计、施工及维修养护方面的经验教训的基础上,本文对青藏公路、铁路对沿线冻土环境的影响进行简要分析,指出在设计、施工及运营管理方面相应的工程防治措施。

2 青藏公路、铁路对沿线冻土环境的影响

(1)高含冰量、平坦的冻土地段,地表状态的改变可能影响到下垫面特性,造成地表温度升高,冻土上限附近地下冰融化,产生热融沉陷,水分的下渗导致季节融化深度加大,冻土稳定性发生变化以及地表植被的退化和沙化。

(2)高含冰量、坡度较陡的冻土地段,地表及植被的破坏将可能产生强烈的热融作用,如热融滑塌和融冻泥流。

(3)地表和地下径流条件的改变将可能产生冰锥与冻胀丘。

3 冻土环境保护措施

青藏公路、铁路冻土环境保护总的原则都是冷却地基冻土、增加地基土冷储量、减少热量输入。青藏公路采取了以下工程处理措施。

(1)提高路基填土高度增大热阻,可使冻土上限不致下降,达到保护冻土的目的。或在路基上设置聚苯乙烯泡沫隔热层。

(2)修筑浅色路面,减少路面吸热。浅色路面对太阳辐射有较好的反射作用,但青藏公路环境温差大,水泥混凝土路面比沥青路面适应变形的能力差,一旦破坏,修复困难。

(3)加强排水。包括排除路基附近的地表积水、排除地表径流、提前引导分流路基上沿泉水、在水文地质不良地段,应加高路基高度,同时在路基上部 1m用粗粒料作填料,以加强路基水稳性。

(4)加强冻土路基的侧向保护。如在路基坡脚设置护道。

4 设计过程对冻土环境问题的工程结构和措施的调控

(1)根据不同的冻土类型和地温分区采用了保护冻土、控制融化速率和允许融化三种原则。对于不良冻土现象发育地段,线路尽量绕避;在年平均地温较低的稳定型多年冻土区采取保持地基土冻结状态;在年平均地温较高、路基沉降量可以得到有效控制地段,采用施工及运营期间允许融化;在极不稳定冻土地段,采用铺设保温层、通风路基、清除富冰冻土、以桥代路等综合技术措施;在不融沉或弱融沉的少冰、多冰冻土地区则采取不考虑建筑物热力影响的常规设计方法。

(2)保护冻土环境的重点是路基的设计。在青藏铁路的设计中,创造性的采用积极主动的保护冻土措施,用“冷却地基”的办法减少传入地基的热量。具体方法有:①适当提高路基填土高度,作为天然保温层。这种方法价廉,可普遍采用,是保护冻土最有效、最经济的方法。②在路基中埋设 5～10 cm厚的工业保温层(PU,EPS等)。③埋设通风管,就是在路堤中埋设直径 30 cm左右的金属或混凝土横向通风管,可有效降低路基温度,起到通风保温和保护冻土的作用。④采用抛石路基,即用碎块石填筑路基,利用填石路基的通风透气性,隔阻热空气下移,同时吸入冷量,起到保护冻土的作用。⑤在高含冰量低路堤和路堑等易产生病害地段,还采用了热棒结合保温材料的处理措施。⑥在少数极不稳定冻土地段修建低架旱桥,工程效果有保证,但造价高。⑦建立完善的排水设施,防止地下冰融化导致的路基下沉。

(3)合理设置取土、弃土场地,减少对高含冰量冻土的热扰动和植被的破坏。

5 施工过程中对影响冻土环境的工程行为的约束

(1)场地布置选择在融区或少冰冻土、多冰冻土,地表植被较少的地段,并充分利用青藏公路工程现有的生活营地和废弃的施工营地。

(2)合理规划施工便道,尽可能减少施工便道的数量,运输便道设置在土质干燥和植被稀疏的地方;运输便道的填筑高度满足冻土路堤设计的最小路堤填土高度要求;固定行车路线和便道宽度,限制人为活动范围,尽量少扰动地表,少破坏地表植被。

(3)严禁随意铲除植被,并保护和利用植被,这不仅对保护冻土环境有利,还对路基本身稳定有利。

(4)根据各类工程项目的自身特点,选择正确的施工季节(如高路堤的分阶段填筑等)和合理的利于保护冻土环境的施工方法(如暖季施工的隔热措施、快速施工等)。

6 结 语

冻土环境是寒区生态环境的重要组成部分,人类活动和气候变化会对冻土环境产生很大的影响,特别是在寒区修建工程构筑物,可能会对冻土环境产生一定的反效应。因此,在青藏铁路工程建设、施工及运营中的冻土环境保护问题上,应吸取以往工程(如青藏公路)的经验教训,并今后长期运营过程中深入研究对冻土环境和工程建筑物互相影响导致的环境效应问题,,以保证青藏公路及铁路长期、安全、高效运营。

[1]陈建兵,汪双杰,章金钊,等.青藏公路高路基病害的形成及其机理[J].长安大学学报(自然科学版).2008,28(6):30-35.

[2]许兆义,李宁,魏静.青藏铁路建设环境的“三大难题”[J].吉林大学学报(地球科学版).2007,3(2):406-410.

[3]原思成,张鲁新,韩利民,曹玉新.青藏铁路冻土区环境问题对工程安全可靠性影响[J].工程地质学报.2006,14(4):433-437.

[4]王志坚,张鲁新.青藏铁路建设过程中的冻土环境问题[J].冰川冻土.2002,24(5):500-592.

[5]吴青柏,施斌.论青藏铁路修筑中的冻土环境保护问题[J].水文地质工程地质.2002,4:14-20.

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