熱管在青藏高原多年凍土區(qū)高速公路應(yīng)用中的適用性評價

孔森，溫智，吳青柏，王大雁

(1.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 凍土工程國家重點實驗室，甘肅 蘭州，730000；2.中國科學院大學 地球科學學院，北京，100049)

為了推動國家“一帶一路”倡議的順利實施，促進北方寒區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，國家規(guī)劃在“十三五”期間啟動建設(shè)青藏高速公路等一大批多年凍土區(qū)高速公路工程。高速公路在運輸能力、運行速度和運營安全方面有巨大的優(yōu)勢，在推進西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施、促進寒區(qū)經(jīng)濟發(fā)展以及保障國防安全等方面有不可替代的作用，然而，高速公路因其運行速度高對路面平整度和不均勻變形有嚴格的要求。此外，高速公路路面較寬，寬度一般大于20 m，且通常采用瀝青路面，寬幅瀝青路面吸熱效應(yīng)強、反射率小，地表能量平衡狀態(tài)發(fā)生顯著改變，極易造成路基下多年凍土升溫、甚至融化現(xiàn)象[1-4]。研究結(jié)果表明，多年凍土區(qū)瀝青公路路面的年平均溫度一般要比氣溫高6℃以上，比砂礫路面公路的年平均氣溫高3～4℃[5]。寬幅瀝青公路修筑時熱儲量大，修筑后其吸熱量較窄幅路基吸熱量大幅度增加，對凍土路基熱穩(wěn)定性和安全運營的威脅更為嚴重[6]。計算表明，高速公路在路面寬度較普通公路增加1 倍時，路基底面年平均熱流量增加60%，且增加的熱流主要集中在路基底面的中心部位，并產(chǎn)生“聚熱效應(yīng)”，導致多年凍土的退化進程加快0.6 倍[7]。因此，在全球氣候變暖的背景下，確保高速公路路基的熱穩(wěn)定性就成為工程建設(shè)面臨的最為棘手的問題。……