素材-交通部西部交通建設科技項目

1、由哈爾濱工業(yè)大學材料學院建筑材料系主要承擔的交通部西部交通建設科技項目研究大綱，黑龍江省交通廳于二00四年四月九日在哈爾濱工業(yè)大學材料學院會議室召開了“水泥混凝土抗凍融耐久性能研究”項目研究大綱評審會。解決路橋結(jié)構(gòu)水泥混凝土抗凍耐久性問題是提高橋梁結(jié)構(gòu)安全性、延長橋梁使用壽命的基礎。開展本課題的研究，對西部開發(fā)建設具有借鑒作用，對全國路橋建設具有普遍意義。本項目由哈爾濱工業(yè)大學材料學院建筑材料系張寶生教授負責。青藏鐵路成功的關鍵在于路基工程，凍土作為一個極為重要的關鍵因素，必須進行深入的研究，以此來保證青藏鐵路工程的順利實施和正常高速運營。凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含有地下冰，這是與

2、其他巖土工程最為本質(zhì)的區(qū)別。多年凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物時，面臨的兩大工程問題：凍脹和融沉。路基、橋涵、隧道等都會受到這兩大工程問題的困擾。長期的工程實踐表明，青藏鐵路成敗的關鍵在路基工程，而路基工程的核心是凍土問題。無論是青藏公路還是青藏鐵路，必須首先面臨多年凍土分布、多年凍土融區(qū)分布、多年凍土年平均地溫分區(qū)、高含冰量凍土的分布等重大凍土工程地質(zhì)問題，因為它涉及了勘測重點和設計原則的制定，直接關系到青藏鐵路路基穩(wěn)定和投資。另一個極為重要的核心問題是青藏鐵路地下冰空間分布問題。地下冰是影響凍土路基穩(wěn)定的最為重要的影響之一，是產(chǎn)生凍融災害或者不良凍土現(xiàn)象的根本問題。地下冰最為集中分布在多年凍土上限附

3、近，修筑路堤后引起多年凍土上限變化，其結(jié)果就會造成地下冰融化，導致路基產(chǎn)生融化下沉破壞。由于地下冰受多因素控制，在空間上的形成不均勻的和不同的含冰狀態(tài)。這種不同的含冰狀態(tài)直接影響著凍土路基的工程性質(zhì)，而富冰、飽冰凍土和含土冰層，高溫多年凍土區(qū)就會對工程產(chǎn)生巨大的破壞。對于其他類型工程建筑物來說，比如橋涵、路塹、高邊坡等，高含冰量凍土的影響是極為關鍵的問題。在路基穩(wěn)定性方面，還必須同時面臨凍融災害問題，即不良凍土現(xiàn)象。這些與凍融過程有關的不良地質(zhì)現(xiàn)象，當它們威脅到鐵路安全運營和工程穩(wěn)定性時，就演變?yōu)橐环N工程災害。這種工程災害主要與地下冰、凍融過程和凍土溫度有關。特別是在高含冰量、高溫多年凍土的斜

4、坡地帶，微弱的工程熱擾動可能就會引起凍土區(qū)斜坡穩(wěn)定性變化，對于這樣一些地表敏感性極強的多年凍土地帶，工程勘測、設計和施工都應引起極大的重視。對于斜坡地段出現(xiàn)的冰椎、冰丘，延流冰，對工程的危害非常之大，常會導致鐵路運營出現(xiàn)問題。對于路基附近出現(xiàn)的冰椎、冰丘，常會引起路基產(chǎn)生凍脹問題，也應對其予以極大的重視，并針對具體情況給出其防治措施。 近年來，青藏公路沿線凍土退化已被諸多的研究結(jié)果所證實。青藏公路沿線凍土地溫監(jiān)測結(jié)果表明，70年代到90年代青藏公路沿線的季節(jié)凍土、融區(qū)及島狀多年凍土區(qū)的地溫升高了0.30.5, 連續(xù)多年凍土區(qū)年平均地溫升高了0.10.3。天然狀態(tài)下北界向南退化0.51.0公里，

5、南界向北退化12公里。在工程作用下，多年凍土北界向南退化約58公里，南界向北退化約912公里。數(shù)值模擬和區(qū)域模擬結(jié)果也證實了在氣候轉(zhuǎn)暖背景下多年凍土會發(fā)生強烈的變化。氣溫的升高直接影響凍土工程環(huán)境，對于正在運營的建筑物，將增大凍害的破壞強度和數(shù)量，而對于擬建的建筑物，這種不穩(wěn)定的寒區(qū)工程環(huán)境將增大建筑物設計原則的選取及凍土穩(wěn)定性的確定的難度，使寒區(qū)建筑物的工程設計面臨著較大的研究工作量。對于青藏鐵路來說，凍土退化、年平均地溫升高、地下冰融化、多年凍土厚度減薄等都會直接影響和威脅青藏鐵路路基、橋涵、大中型橋梁地基、旱橋地基等穩(wěn)定性。對于多年凍土年平均地溫為0-0.5，-0.5-1.0極不穩(wěn)定和不

6、穩(wěn)定地溫帶來說，特別是這些地溫帶中高含冰量地段，多年凍土退化乃至消失，將會極大地引起路基下沉破壞、橋基失穩(wěn)。在青藏鐵路勘察和設計過程中，必須要考慮多年凍土退化問題，這就給青藏鐵路修建、運營、維修帶來了更大難度。雖然近幾年來對全球氣候變化對多年凍土的影響研究有了一定的基礎，而且也對氣候變化下多年凍土公路路基穩(wěn)定性有了良好的研究。但對于全球氣候背景下青藏鐵路沿線多年凍土變化趨勢預測、鐵路工程作用下多年凍土變化預報，以及兩種狀態(tài)的疊加后，青藏鐵路路基下多年凍土的變化趨勢預測，多年凍土變化后鐵路工程如何來適應這種巨大的變化等都將是下一步研究的重點，也成為青藏鐵路修建過程中設計中必須考慮的一個重要因素。

7、 鐵路的修建將導致路基下凍土上限、年平均地溫、地下冰等發(fā)生變化，并誘發(fā)凍融災害的形成和發(fā)展，引起凍土路基發(fā)生凍融破壞。特別是在敏感性地表，修筑鐵路會誘發(fā)凍土環(huán)境產(chǎn)生極大變化，威脅鐵路路基的穩(wěn)定性，影響青藏鐵路的安全運營。全球氣候變化背景又給鐵路修筑帶來了極大的困難。因此，為了保證青藏鐵路的安全運營，必須進行青藏鐵路沿線路基凍融病害防治對策與技術研究。該項研究將能夠為青藏鐵路、青藏公路、擬建的南水北調(diào)西線工程前期研究提供切實可行科學依據(jù)，對寒區(qū)工程建設有極大的現(xiàn)實意義。 在50年代中就大體確認了多年凍土分布的南北區(qū)間。70年代初，隨著西藏經(jīng)濟發(fā)展的需求，以及青藏高原特殊地理環(huán)境條件給道路工程所帶

8、來的不良因素，開始了青藏公路的砂石路面改為黑色瀝青路面的改建工程建設，對青藏公路沿線的多年凍土開展了新一輪的實驗研究，針對在多年凍土地區(qū)修筑高級路面的青藏公路所急需解決的技術難題，開展了路基、路面、路塹、橋涵、房建等的基礎與凍土之間的相互作用的研究，特別是水熱過程和力學過程、各類工程建筑物基礎的穩(wěn)定性和各種適應高原寒冷環(huán)境條件的路面、路基結(jié)構(gòu)等的研究更加深入持久。通過近千個鉆孔及大量實體工程的現(xiàn)場試驗觀測研究與驗證，取得了一大批可供工程設計應用的成果。在90年代主要研究重點為以下方面：路基下多年凍土的融化深度、多年凍土頂板埋深、路基下高含冰量凍土、厚層地下冰在垂直與水平方向的分布規(guī)律、路基下第

9、四紀厚度（基巖埋藏深度）、凍土島與融區(qū)的準確分布界限、瀝青路面多年作用下的溫度場分布以及其變化趨勢、不同凍土類型與路基之間的相互作用以及適應性等等。在這些方面的研究，不論是研究廣度、深度、精度的要求都比以前有很大的提高。由于青藏鐵路和公路的路基系統(tǒng)不同，而我們大量的工作都是集中于青藏公路而進行的，將公路的一些研究成果直接應用于青藏鐵路顯然是不合適的。因此，如果能以青藏鐵路試驗工程為基礎進行此方面的研究，不僅會對青藏鐵路建設有益，而且對廣大寒區(qū)工程建設也非常有益。青藏鐵路工程建設中所采取的以冷卻地基為主、積極保護凍土的設計思想是正確的；設計中針對不同的地質(zhì)與水文環(huán)境，因地制宜地采用橋梁通過工程地

10、質(zhì)最為復雜的多年凍土地段是正確的；采取塊石路基、碎石護坡、熱棒等多項工程措施是正確的；青藏鐵路凍土工程體現(xiàn)了當代凍土區(qū)鐵路工程建設的先進水平。俄羅斯著名工程凍土學家、地質(zhì)科學院院士V康德拉季耶夫教授，長期從事多年凍土地區(qū)鐵路建設，多次到青藏高原與中國科學家合作研究。他和許多俄羅斯專家認為，青藏鐵路凍土區(qū)工程建設的設計思想是正確的，采取“保護凍土的設計原則”是科學的，在這種設計思想指導下采取的工程結(jié)構(gòu)、工程措施都是很有效的。他說：“作為凍土學家，我知道青藏高原凍土區(qū)工程技術問題的復雜和凍土區(qū)工程建設的艱巨，我認為你們?nèi)〉昧撕芰瞬黄鸬某删?。”美國國家地質(zhì)局的一位顧問認為，青藏鐵路在技術路線上“一次

11、到位”是明智的。美國阿拉斯加費爾班克斯大學著名工程凍土學家道格拉斯格林教授認為，青藏鐵路的設計總體來看是很好的，科學的態(tài)度是實現(xiàn)設計思想的保證。多年凍土地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題有融沉、凍脹和不良地質(zhì)現(xiàn)象。（1）融沉在高溫高含冰量凍土（高冰凍土、飽冰凍土和含土冰層）地區(qū)，上限附近往往存在著地下冰和高含冰土層，由于埋藏淺，極易受天然因素或人為活動的影響而融化，產(chǎn)生融陷或融沉，極大地影響建筑物的穩(wěn)定性，這是多年凍土地區(qū)路基變形破壞的主要原因。（2）凍脹在低溫凍土區(qū)，地表因暖季與寒季溫度變化而產(chǎn)生的活動層厚度一般較薄，并存在雙向凍結(jié)，凍結(jié)速度較快，幫凍脹相對較輕。在高溫凍土區(qū)，活動層厚度一般較大，凍結(jié)速

12、度也較慢，因存在粉質(zhì)土和足夠的水分，凍脹嚴重。用粉質(zhì)土和粘性填筑的路基，由于凍結(jié)時水分的遷移，可能在上部聚冰，融化時引起翻漿冒泥。（3）凍土不良地質(zhì)現(xiàn)象多年凍土區(qū)常見的現(xiàn)象有：冰椎、凍脹丘、融凍泥流、熱融滑蹦和熱融湖（塘）等。冰椎、凍脹丘其成因可分為凍土層上水補給和下水層補給，凍脹丘多發(fā)育于高平原區(qū)及河谷區(qū)細顆粒土地層中，冰椎多發(fā)育于山坡坡腳泉水露出處。對冰椎及凍脹丘，線路多已繞避，個別難以繞避的采用以橋梁形式通過。青藏鐵路凍土研究涉及的內(nèi)容之深、投入的人力物力之多、經(jīng)歷的時間之長在世界上都是罕見的。早在60年代，鐵一院便與中科院原冰川凍土研究所、鐵道部科學研究院西北研究所一道，在青藏高原以風

13、火山地區(qū)為代表，開展了高原凍土的研究。這一研究已堅持開展了近40年，取得了豐碩的成果?，F(xiàn)在可以肯定講，青藏鐵路沿線凍土的基本分布特征已基本搞清，在凍土地區(qū)修建鐵路在技術上已沒有大的問題，是科學的、完全可行的。另外，1974年8月，根據(jù)中央指示和當時加快勘測設計工作的要求，曾成立了由中國科學院、鐵道部、一機部、鐵道兵、青海省、西藏自治區(qū)等有關領導同志組成的青藏鐵路科研工作領導小組，下設鹽湖凍土、高原機電設備、通信信號、施工等四個協(xié)作組；組織了全國9個部門與19個省、市、自治區(qū)的68家工廠、部隊、研究所、設計院和大、專院校，共1700多名科技人員，開展了青藏鐵路科研工作，進行了大量的研究與實踐，并

14、取得了卓有成效的成果，部分成果于1980年底通過了審查鑒定。青藏鐵路的成敗決定于路基，而路基最大的問題就是多年凍土。根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，采取相應的不同設計原則：在年平均地溫較低的穩(wěn)定型多年凍土區(qū)應采取保持地基凍結(jié)狀態(tài)的設計原則；在年平均地溫較高，含冰量較少，路基沉降量可以得到有效控制的地段，采用施工及運營期允許融化的原則；在極不穩(wěn)定的凍土地段，可采用鋪設保溫層、通風路基、清除富冰凍土、熱樁、以橋代路等綜合技術措施。在不融沉或弱融沉的少冰凍土、多冰凍土地區(qū)可采取不考慮建筑物熱力影響的常規(guī)設計方法。在各類凍地區(qū)都必須加強對凍土的環(huán)境保護，對取棄土場、路基填筑方式等制定嚴格的技術要求。多年凍土地

15、區(qū)的具體工程措施：（1）合理控制路基高度引起路基下沉。（2）鋪設保溫層來保持路基穩(wěn)定。（3）通風路基。在有條件的地區(qū)可采取用碎塊石填筑路基，利用填石路基的通風透氣性、寒季冷、暖空氣在路基中產(chǎn)生對流，冷空氣下降，起到保護凍土的作用。（4）以橋代路的技術措施。（5）凍土區(qū)的橋涵工程。（6）建立完善的排水設施全球氣候變暖會影響凍土的深度（凍土上限），進而影響到路基的穩(wěn)定性嗎？基本上不會。全球氣候變暖是一個世界性的問題，也是一種自然規(guī)律。據(jù)氣象資料顯示，地球的平均氣溫基本上是按照冷、熱、冷這樣一個客觀規(guī)律演化的，現(xiàn)在剛剛步入又一個熱的周期，這一周期大概持續(xù)到2500年左右。在這500年中，氣溫的升高是

16、一個逐漸而緩慢的過程，每年升高的溫度僅僅在0.020.03之間，這種細微的溫度變化對凍土、尤其是永久性凍土的影響是很小的；并且，這種全球性的氣候變暖主要體現(xiàn)在冬季氣溫的變化上，而這種影響對于冬季氣溫常年在30左右的青藏高原來說，更是微乎其微的；再一方面，設計中早已預先考慮了溫度變化可能帶來的影響，而且這種設計中的留有余地，要遠遠大于全球氣候變暖可能產(chǎn)生的結(jié)果。可以說，全球氣候變暖對青藏鐵路的凍土基本上不會產(chǎn)生不利的影響。2000年底，在鐵道部“加快青藏鐵路前期工作”指示的號召下，鐵一院成立了由經(jīng)驗豐富的地質(zhì)工程師和中科院寒區(qū)、旱區(qū)環(huán)境工程研究所（原凍土研究所）專家、學者共同組成的凍土科研隊，將

17、中科院多年的科研成果與鐵一院豐富的實踐經(jīng)驗相結(jié)合，優(yōu)勢互補，共同攻關，向徹底解決“在高原多年凍土地區(qū)修建世界最高的鐵路”這一世界性難題發(fā)起了沖擊。5、高原鐵路施工的技術措施針對人的工作效率降低，增加控制工期工程的作業(yè)班次，縮短每班工人的工作時間，施工期按一定比例增加備用人工，進行輪流換班作業(yè)。在施工單位中，有組織地聘用當?shù)毓と?，可明顯提高高原適應性，提高勞動效率。應選用大馬力施工機械，采用機械化施工。2005-11-14，“青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)地基穩(wěn)定性研究”課題通過西藏自治區(qū)交通廳組織的驗收委員會專家組驗收。課題有關研究成果已在青藏公路第三次整治改建工程、青藏鐵路建設中得到了實際應

18、用，并取得了良好效果。青藏公路修建在平均海拔4500米以上的高原腹地，由于大氣含氧量少、氣溫低、紫外線強，多年凍土及季節(jié)性凍土區(qū)呈夏融冬凍的周期性變化，給公路的勘察設計、施工、營運及養(yǎng)護等帶來了極大困難，一直是業(yè)界公認的公路建設技術難題。面對這些困難，1973年，交通部成立青藏公路科研組，對多年凍土地區(qū)公路修筑的有關技術問題進行研究，至1999年開展了三次大規(guī)模、系統(tǒng)的科技攻關，取得了青藏公路多年凍土地區(qū)瀝青路面修筑技術、黑色路面修筑技術、路基路面技術等一系列重大科研成果，受到了國際同行的廣泛關注，并已經(jīng)大規(guī)模應用于青藏公路的歷次改建、整治工程。為系統(tǒng)總結(jié)多年凍土地區(qū)公路修筑的技術成果，200

19、2年，交通部將“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術研究”列入西部交通科技項目，目前已經(jīng)取得了階段性成果。這些豐碩的成果，為青藏高原公路建設，為青藏公路的整治和改建，提供了堅實的科學依據(jù)，填補了世界技術領域的空白。同時，也確立了我國在高原多年凍土研究方面的國際領先水平和地位。現(xiàn)在，對多年凍土研究的大量基礎資料和成功技術，已成為青藏鐵路建設的科學實踐依據(jù)和理論技術借鑒。此次驗收通過的地基穩(wěn)定性研究項目，是針對青藏公路第三次整治改建工程而進行的一項專題研究。在交通部組織下，由中交第一公路勘察設計研究院組織技術力量進行技術攻關，系統(tǒng)分析了青藏公路沿線地溫觀測資料，認真研究了青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)路基

20、病害的發(fā)生機理，總結(jié)了凍土路基溫度場的分布特征與溫度場特征要素的變化規(guī)律，并通過數(shù)值模擬研究了路基高度、邊坡坡度、護道對路基下多年凍土地基熱穩(wěn)定性的影響，首次提出了路基臨界高度隨邊界條件變化而變化的觀點和以凍土強度為評價青藏公路凍土路基熱穩(wěn)定性的主要定量評價指標，并建立了路基合理高度表達式。課題還通過分析隔熱層（EPS板、XPS板）路基、熱棒路基、碎片石路基等試驗工程降溫保護凍土的原理，提出了相應的計算公式及參數(shù)，推薦了在高溫高含冰量多年凍土區(qū)適宜的工程處理措施。驗收委員會專家一致認為，該課題研究成果對青藏高原高溫高含冰量多年凍土區(qū)公路建設具有十分重要的指導意義，對其他多年凍土區(qū)的工程建設具有

21、借鑒作用。據(jù)介紹，科研人員將對青藏公路高溫高含冰量多年凍土區(qū)路基試驗工程長期跟蹤觀測，并針對相關問題深入研究，以徹底解決凍土路基問題。另據(jù)了解，西部交通科技項目“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術研究”目前進展順利，科研人員在青藏高原修筑了幾公里的試驗路，將繼續(xù)進行更深入的研究。觀測數(shù)據(jù)表明，目前凍土區(qū)工程絕大部分路基變形不超過2，橋梁基礎變形全部滿足設計要求，凍土區(qū)工程建筑物基本穩(wěn)定。凍土區(qū)工程穩(wěn)定性主要是通過工程變形和溫度場來判斷的。從2002年開始，科研單位對青藏鐵路凍土區(qū)工程變形數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。我國專家在世界上首次提出“主動降溫、減少傳入地基土的熱量、保證多年凍土的熱穩(wěn)定性，從而保證修筑在上面

22、的工程質(zhì)量的穩(wěn)定性”的青藏鐵路工程設計原則，創(chuàng)造性地采取了解決凍土施工難題的相應對策：對于不良凍土現(xiàn)象發(fā)育地段、線路盡量繞避；對于高溫極不穩(wěn)定凍土區(qū)的高含冰量地質(zhì)，采取“以橋代路”的辦法；在施工中采用了熱棒、片石通風路基、片石通風護道、通風管路基、鋪設保溫板等多項設施，提高凍土路基的穩(wěn)定性。經(jīng)中國科學家研究發(fā)現(xiàn)，拋石路基是青藏鐵路理想的凍土路基，可以解決路基的凍脹和融沉問題，為凍土路基的病害開出了一濟良方。世界第二大凍土研究機構(gòu)-中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所凍土工程國家重點實驗室工作人員根據(jù)未來氣候變化趨勢研究，提出了“主動冷卻路基”的思想，在海拔四千七百多米的青藏鐵路北麓河實驗站進行了

23、路基新結(jié)構(gòu)試驗研究，主要進行了拋、碎石護坡、通風管道路基、保溫材料路基、路基沉降及合理高度的試驗研究。同時，還進行了大量的室內(nèi)模擬實驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，具有多孔介質(zhì)流體熱對流原理的拋石路基可以有效解決凍土路基中的凍土凍脹和融沉問題。研究人員介紹，當夏季來臨時，青藏高原氣溫升高，拋石路基表面的溫度上升，空氣密度降低，而路基凍土中的溫度較低，空氣密度較大，這樣熱空氣與冷空氣就不易對流，無形中形成了外界與凍土的隔熱層；當冬天來臨時，凍土路基的外界溫度較低，空氣密度較大，而路基凍土層溫度較高，空氣溫度較低，將自然上移，與外界進行溫度交換，無形中形成了熱冷對流，使路基凍土層溫度降低，保護了凍土的完好性。生

24、活在北方的人有這樣的體會，在冬天，當氣溫降到零度以下，如果你到戶外挖土，就會發(fā)現(xiàn)原來松軟的土地現(xiàn)在變得十分堅硬，一鍬下去往往只留下一個白點。細心的人會發(fā)現(xiàn)在這些堅硬的土里面含有一些小冰晶，而且如果你不泄氣繼續(xù)挖下去，就會發(fā)現(xiàn)這層堅硬的土并不十分厚，在它下面還是比較松軟的土。這層含有冰晶的土就是凍土。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？因為土壤里面或多或少的都含有水分，但溫度降到零度或零度以下，土壤里的水分就會凝結(jié)成冰將土壤凍結(jié)，這樣就產(chǎn)生了凍土。但是為什么我們看到的凍土僅僅是一層，而不是全部凍結(jié)呢？原來我們腳下的大地有一個很特別的性質(zhì)，那就是在它表面溫度是隨深度的增加而降低的，但是到了一定深度它的溫度就不

25、再降低，而是常年保持一個基本恒定的溫度，科學家將這個層稱為恒溫層，在往下因為越來越接近地心，溫度反而逐漸升高。這樣我們就知道凍土就是一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體。所以說，凍土不同于黃土、黑土、紅土，它是一種被凍結(jié)的土，可以是被凍結(jié)的黑土，也可以是被凍結(jié)的黃土，當然被凍結(jié)的紅土少一些，因為紅土大多發(fā)育在南方，而南方溫度低于零度的時候不多。我們剛才所說的凍土只是凍土的一種，當天氣變暖的時候這種凍土就會融化，我們稱這種凍土為季節(jié)凍土。除此之外，有些地方還有一種能夠持續(xù)多年不化的凍土，那就是多年凍土，比如在北極或者青藏高原，因為那里常年溫度都在零度以下，所以凍土就會保持常年不化，既使在比較溫暖

26、的年份，融化的也僅僅是表面一小層。凍土的存在主要受溫度的影響。越往緯度高的地方溫度就越低，因為南半球陸地面積少，所以多年凍土主要分布在亞歐大陸和北美洲的北部。同時我們還知道，越往高處溫度就越低，在一些高山上那里的溫度常年也低于零度，所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土，如美洲的安第斯山脈，非洲的乞立馬扎羅山以及我國的青藏高原。人類活動大多集中在溫暖地區(qū)或低海拔平原地帶，所以對于凍土的認識不是很多，但是隨著人類活動空間的擴大以及對資源需求的增多，人類逐漸將目光投向了太空、海洋和寒冷的極區(qū)。如近四、五十年來，美國、英國、加拿大等國為解決能源危機，加緊開發(fā)北極和北極近海的石油和天然氣。但是包括多

27、年凍土在內(nèi)的寒區(qū)有著自己獨特的環(huán)境特性，它是一個很脆弱的環(huán)境體系，一旦遭到破壞就無法挽回。恩格斯說過，“我們不要過分陶醉在我們對自然的勝利。對每一次這樣的勝利，自然界都報復了我們”。對自然的開發(fā)必須以了解、服從自然發(fā)展規(guī)律為前提，只有這樣我們才能給生活在寒區(qū)的人們和子孫后代留下一個沒有傷疤的地球！青藏鐵路格爾木至拉薩段是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路，翻越唐古拉山的鐵路最高點海拔5072米。全線經(jīng)過海拔4000米以上地段960公里，連續(xù)多年凍土區(qū)550公里以上，另有部分島狀凍土、深季節(jié)凍土、沼澤濕地和斜坡濕地。地震、崩裂、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害嚴重。每年有效施工期僅67個月。青藏鐵路建設面

28、臨著多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱“三大難題”的嚴峻挑戰(zhàn)，技術難度很大，工程十分艱巨。國家批準的青藏鐵路工程建設工期為6年。施工組織設計方案為：由北向南、逐步推進，分段建設、分段鋪軌。2001年展開格爾木至望昆段施工，同時建設凍土工程試驗段；20022003年重點展開唐古拉山以北凍土工程施工，2002年鋪軌至望昆，2003年鋪軌通過風火山；2004年重點展開唐古拉山以南工程施工，鋪軌跨過通天河；2005年年底全線鋪通；2006年全線配套；2007年7月1日全線建成通車自2001年6月29日開工以來，在黨中央、國務院的親切關懷下，青藏鐵路建設領導小組切實加強領導，國家有關部委和青藏兩省區(qū)積極配合，

29、大力支持，鐵道部科學部署，精心組織，全體參建職工按照“拼搏奉獻，依靠科技，保障健康，愛護環(huán)境，爭創(chuàng)一流”的要求,團結(jié)奮戰(zhàn)，攻堅克難，工程快速有序、優(yōu)質(zhì)安全推進，2001年首戰(zhàn)告捷，2002年再創(chuàng)佳績，2003年取得全面攻堅勝利。截止2003年12月31日，全年已完成投資65億元，為年度計劃56億元的116%，相當于前兩年的總和。唐古拉山以北路基橋隧（簡稱“線路下部”）主體工程基本完成，唐古拉山以南線下主體工程完成50%以上。全年完成路基土石方3082萬方、橋梁63574延米、涵洞11397橫延米、隧道2810成洞米、正線鋪軌195公里，實物工作量和形象進度全面實現(xiàn)年度計劃要求。開工累計完成投資

30、129.5億元,線路下部工程(路基、橋涵、隧道)完成設計總量的84%，站后電力、干線光纜、房建試驗段工程已開工建設。目前，唐古拉山以北線路下部主體工程基本完成，唐古拉山越嶺地段線下主體完成70%以上，唐古拉山以南線下主體完成50%以上?！叭箅y題”攻關成果可喜。凍土攻關取得成果。運用凍土試驗段科技成果，強化凍土工程措施，力求工程穩(wěn)固。經(jīng)過兩個凍融循環(huán)檢驗可以看出，片石通風路基、通風管路基、片石護道、鋪設保溫板和熱棒等工程措施均有明顯效果，采取措施后路基基底的凍土上限普遍上升，觀測期內(nèi)沒有發(fā)生大的凍脹融沉病害，凍土路基變形逐步趨于穩(wěn)定。深樁基橋梁和鋪設防水保溫層的隧道，建成后都處于穩(wěn)定狀態(tài)。環(huán)境

31、保護嚴格規(guī)范。完善環(huán)保設施，使野生動物、凍土植被、江河水質(zhì)、沼澤濕地得到保護。國家環(huán)?？偩謬噎h(huán)保總局等六部（局）對青藏鐵路環(huán)境保護工作進行全面檢查后一致認為，青藏鐵路建設環(huán)保工作管理模式和經(jīng)驗居國內(nèi)重點工程建設項目領先水平，具有示范意義。衛(wèi)生保障不斷完善。堅持“以人為本,衛(wèi)生先行”，高度重視衛(wèi)生保障工作，建立健全了防疫、防病機制和三級醫(yī)療機構(gòu)，配置了先進適用的常規(guī)醫(yī)療設備3900多臺（件），設置大型制氧站15個，購置高壓氧艙25臺。堅持預防為主、嚴防死守、封閉管理、責任到位，采取有效措施做好防治高原病、預防鼠疫、預防“非典”和食品衛(wèi)生安全工作，建立了處置突發(fā)疫情預案和搶救危重病人應急機制，實

32、現(xiàn)了開工建設以來無高原病死亡事故、無鼠疫發(fā)生、無“非典”疫情目標，有效保護了建設者的人身安全和身體健康。岳祖潤1.土工合成材料加筋技術處理路基試驗，鐵道部秦沈線科技攻關項目，（2000G047 -D） 2002- 20042.高溫凍土細粒土段路橋涵關鍵技術的研究路基沉降變形預測及計算試驗研究，鐵道部青藏線科技攻關項目,(2001G001-B-02-01) 2001-20043.島狀凍土和深季節(jié)凍土段路橋涵關鍵技術的研究（安多）凍土沼澤化斜坡濕地路基穩(wěn)定性試驗研究，鐵道部青藏線科技攻關項目,（2001G001-D-03）2002-2005河套灌區(qū)骨干渠道襯砌工程的試驗與探討內(nèi)蒙古河套灌區(qū)共襯砌永

33、剛分干渠、楊家河干渠、永濟干渠、義和干渠等支渠以上骨干渠道83km，為了解決渠道防滲、防凍脹等問題，灌區(qū)分別在楊家河干渠、永剛分干渠建立了多種不同襯砌結(jié)構(gòu)模式的防凍脹、抗變形試驗場，經(jīng)過幾個凍融期觀察以及對觀察資料的分析，現(xiàn)對灌區(qū)骨干渠道襯砌工程的防沖、防凍脹、抗變形等問題提出筆者的看法和解決辦法。一、凍脹問題的解決河套灌區(qū)地處季節(jié)凍土區(qū)，標準凍深在1.2m，地表最大自由凍脹量可達1525cm，屬強凍脹區(qū)域，僅靠襯砌渠道自身結(jié)構(gòu)難以抵抗這樣強烈的凍脹變形。1979年，灌區(qū)在楊家河干渠上進行了第一次防滲襯砌工程試驗，因未采取防凍脹的措施，現(xiàn)已完全滑塌。1999年在永剛分干渠上所做的未采取防凍脹措

34、施的試驗段落，經(jīng)過3年凍融周期的運行，現(xiàn)部分段落也已開始滑塌，且凍脹破壞現(xiàn)象在不斷加劇。按照SL23-91渠系工程抗凍脹設計規(guī)范：在季節(jié)凍土標準凍深大于 30cm的地區(qū)襯砌渠道，必須進行抗凍脹的設計。因此，在河套灌區(qū)實施渠道襯砌工程建設，必須要有防凍脹的措施。1防凍脹結(jié)構(gòu)形式河套灌區(qū)的骨干渠道斷面較大，襯砌線路長，邊界條件較復雜，在襯砌渠道的設計中應首選防凍脹的結(jié)構(gòu)形式，尤其是在對襯砌面板的支撐方式上，應選取能夠避免產(chǎn)生凍拔的齒墻形式。在永剛分干渠上的立式齒墻受渠底素土凍拔的影響，即使采取了保溫措施，仍有78cm的凍脹變形，而且齒墻的凍拔又影響到邊坡面板的變形。在楊家河干渠上試驗的下臥式或平鋪

35、預制齒墻或上拉式倒掛齒墻，則可以避免或減輕基土對齒墻的凍拔，又可適應渠道較大的沖淤變化，也可調(diào)整施工工序，縮短施工工期，可作為一種較為理想的防凍脹結(jié)構(gòu)形式的設計方案。2防凍脹措施骨干渠道襯砌工程采用的防凍脹措施都是采用聚苯乙烯保溫板，其作用就是通過保溫板的熱阻，減小或消除基土的凍深，從而減小或消除凍脹變形量，而且具有導熱系數(shù)低、施工方便等特點。如果保溫板厚度設計偏大，就會增加工程的投資，造成不必要的浪費；如果保溫板厚度設計偏小，就會影響防凍脹的效果，達不到防凍脹設計的目的。根據(jù)楊家河干渠、永剛分干渠試驗場觀測數(shù)據(jù)分析，保溫板厚度應根據(jù)襯砌渠道的防凍脹設計標準及允許凍脹變形量，通過熱工計算來科學

36、地確定。對不同走向的渠道，按不同部位及坡向參照規(guī)范的要求進行標準凍深的修正。從已完成的楊家河干渠及永濟干渠的襯砌工程來看，保溫板的厚度取值也是不同的，在相同的保溫材料，相同的保溫性能，渠道走向也基本相同的情況下，楊家河干渠保溫板最大厚度為8cm，永濟干渠保溫板最大厚度為12cm。對同一邊坡上、下部位保溫板厚度的設計應根據(jù)襯砌渠道與地面、地下水埋深的關系，根據(jù)設計凍深結(jié)合凍脹量值，合理選擇保溫板變厚的位置及變厚差值，優(yōu)化保溫層的設計。在封頂板下水平鋪設的保溫板保護段的長度應大于1倍的凍深，達到水平保護段的規(guī)范要求。保溫板的鋪設應分層錯縫搭接，要避免因施工工藝不妥造成的冷縫，降低保溫的能力。3消除施工期凍融造成的影響受自然條件和春灌的影響，北方灌區(qū)的施工期受到很大的制約，往往在封凍前后一個月內(nèi)完成土方，翌年春解凍前完成面板的鋪設。在邊坡鋪設混凝土面板時，尚未完全解凍，當基土解凍后，則會造成坡面的不均勻沉陷。因此，在邊坡混凝土面板鋪砌時，要合理地調(diào)整施工進度，鋪設時間不宜太早。而且，鋪設面板時盡量先