青藏公路及鐵路對沿線凍土環(huán)境的影響及工程防治措施

繆志輝

(河北省易縣交通局)

青藏公路及鐵路對沿線凍土環(huán)境的影響及工程防治措施

繆志輝

(河北省易縣交通局)

在結(jié)合青藏公路設(shè)計(jì)及維修養(yǎng)護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,對青藏公路、鐵路引起的凍土環(huán)境問題并由此可能引發(fā)的路基病害進(jìn)行簡要分析,指出凍土環(huán)境保護(hù)總的原則為冷卻地基凍土、增加地基土冷儲(chǔ)量、減少熱量輸入。提出青藏公路、鐵路在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營管理方面相應(yīng)的工程防治措施。

青藏公路;青藏鐵路;凍土環(huán)境;工程措施

1 引 言

青藏公路、鐵路是西藏連接內(nèi)地的大動(dòng)脈,其中格爾木至拉薩段位于自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜的青藏高原腹地,平均海拔在 4 000m以上,穿越大片連續(xù)多年凍土、島狀多年凍土區(qū)。沿線自然環(huán)境惡劣,地質(zhì)條件復(fù)雜,工程技術(shù)難度大,環(huán)境保護(hù)要求高。

由于青藏公路建設(shè)之初對多年凍土區(qū)的特殊地理?xiàng)l件、地質(zhì)條件、氣候等重視不夠,致使各種病害較為嚴(yán)重。在結(jié)合青藏公路設(shè)計(jì)、施工及維修養(yǎng)護(hù)方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,本文對青藏公路、鐵路對沿線凍土環(huán)境的影響進(jìn)行簡要分析,指出在設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營管理方面相應(yīng)的工程防治措施。

2 青藏公路、鐵路對沿線凍土環(huán)境的影響

(1)高含冰量、平坦的凍土地段,地表狀態(tài)的改變可能影響到下墊面特性,造成地表溫度升高,凍土上限附近地下冰融化,產(chǎn)生熱融沉陷,水分的下滲導(dǎo)致季節(jié)融化深度加大,凍土穩(wěn)定性發(fā)生變化以及地表植被的退化和沙化。

(2)高含冰量、坡度較陡的凍土地段,地表及植被的破壞將可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱融作用,如熱融滑塌和融凍泥流。

(3)地表和地下徑流條件的改變將可能產(chǎn)生冰錐與凍脹丘。

3 凍土環(huán)境保護(hù)措施

青藏公路、鐵路凍土環(huán)境保護(hù)總的原則都是冷卻地基凍土、增加地基土冷儲(chǔ)量、減少熱量輸入。青藏公路采取了以下工程處理措施。

(1)提高路基填土高度增大熱阻,可使凍土上限不致下降,達(dá)到保護(hù)凍土的目的。或在路基上設(shè)置聚苯乙烯泡沫隔熱層。

(2)修筑淺色路面,減少路面吸熱。淺色路面對太陽輻射有較好的反射作用,但青藏公路環(huán)境溫差大,水泥混凝土路面比瀝青路面適應(yīng)變形的能力差,一旦破壞,修復(fù)困難。

(3)加強(qiáng)排水。包括排除路基附近的地表積水、排除地表徑流、提前引導(dǎo)分流路基上沿泉水、在水文地質(zhì)不良地段,應(yīng)加高路基高度,同時(shí)在路基上部 1m用粗粒料作填料,以加強(qiáng)路基水穩(wěn)性。

(4)加強(qiáng)凍土路基的側(cè)向保護(hù)。如在路基坡腳設(shè)置護(hù)道。

4 設(shè)計(jì)過程對凍土環(huán)境問題的工程結(jié)構(gòu)和措施的調(diào)控

(1)根據(jù)不同的凍土類型和地溫分區(qū)采用了保護(hù)凍土、控制融化速率和允許融化三種原則。對于不良凍土現(xiàn)象發(fā)育地段,線路盡量繞避;在年平均地溫較低的穩(wěn)定型多年凍土區(qū)采取保持地基土凍結(jié)狀態(tài);在年平均地溫較高、路基沉降量可以得到有效控制地段,采用施工及運(yùn)營期間允許融化;在極不穩(wěn)定凍土地段,采用鋪設(shè)保溫層、通風(fēng)路基、清除富冰凍土、以橋代路等綜合技術(shù)措施;在不融沉或弱融沉的少冰、多冰凍土地區(qū)則采取不考慮建筑物熱力影響的常規(guī)設(shè)計(jì)方法。

(2)保護(hù)凍土環(huán)境的重點(diǎn)是路基的設(shè)計(jì)。在青藏鐵路的設(shè)計(jì)中,創(chuàng)造性的采用積極主動(dòng)的保護(hù)凍土措施,用“冷卻地基”的辦法減少傳入地基的熱量。具體方法有:①適當(dāng)提高路基填土高度,作為天然保溫層。這種方法價(jià)廉,可普遍采用,是保護(hù)凍土最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。②在路基中埋設(shè) 5～10 cm厚的工業(yè)保溫層(PU,EPS等)。③埋設(shè)通風(fēng)管,就是在路堤中埋設(shè)直徑 30 cm左右的金屬或混凝土橫向通風(fēng)管,可有效降低路基溫度,起到通風(fēng)保溫和保護(hù)凍土的作用。④采用拋石路基,即用碎塊石填筑路基,利用填石路基的通風(fēng)透氣性,隔阻熱空氣下移,同時(shí)吸入冷量,起到保護(hù)凍土的作用。⑤在高含冰量低路堤和路塹等易產(chǎn)生病害地段,還采用了熱棒結(jié)合保溫材料的處理措施。⑥在少數(shù)極不穩(wěn)定凍土地段修建低架旱橋,工程效果有保證,但造價(jià)高。⑦建立完善的排水設(shè)施,防止地下冰融化導(dǎo)致的路基下沉。

(3)合理設(shè)置取土、棄土場地,減少對高含冰量凍土的熱擾動(dòng)和植被的破壞。

5 施工過程中對影響凍土環(huán)境的工程行為的約束

(1)場地布置選擇在融區(qū)或少冰凍土、多冰凍土,地表植被較少的地段,并充分利用青藏公路工程現(xiàn)有的生活營地和廢棄的施工營地。

(2)合理規(guī)劃施工便道,盡可能減少施工便道的數(shù)量,運(yùn)輸便道設(shè)置在土質(zhì)干燥和植被稀疏的地方;運(yùn)輸便道的填筑高度滿足凍土路堤設(shè)計(jì)的最小路堤填土高度要求;固定行車路線和便道寬度,限制人為活動(dòng)范圍,盡量少擾動(dòng)地表,少破壞地表植被。

(3)嚴(yán)禁隨意鏟除植被,并保護(hù)和利用植被,這不僅對保護(hù)凍土環(huán)境有利,還對路基本身穩(wěn)定有利。

(4)根據(jù)各類工程項(xiàng)目的自身特點(diǎn),選擇正確的施工季節(jié)(如高路堤的分階段填筑等)和合理的利于保護(hù)凍土環(huán)境的施工方法(如暖季施工的隔熱措施、快速施工等)。

6 結(jié) 語

凍土環(huán)境是寒區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,人類活動(dòng)和氣候變化會(huì)對凍土環(huán)境產(chǎn)生很大的影響,特別是在寒區(qū)修建工程構(gòu)筑物,可能會(huì)對凍土環(huán)境產(chǎn)生一定的反效應(yīng)。因此,在青藏鐵路工程建設(shè)、施工及運(yùn)營中的凍土環(huán)境保護(hù)問題上,應(yīng)吸取以往工程(如青藏公路)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),并今后長期運(yùn)營過程中深入研究對凍土環(huán)境和工程建筑物互相影響導(dǎo)致的環(huán)境效應(yīng)問題,,以保證青藏公路及鐵路長期、安全、高效運(yùn)營。

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