青藏铁路多年冻土路基工程技术研究122页PPT

地下冰发育 一般发育
对环境 影响 影响大
有不利影响
简单场地
<-1.5
地下冰不发 育
不发育
无影响
多年冻土地区公路设计与施工技术细则
33
4
工程地质勘察
工程地质勘察与取样 工程地质勘察适宜的时间应有利于工作，又不至于过多影响冻土环境。
冻土地质坑探
冻土岩芯
多年冻土地区公路设计与施工技术细则
34
5
一般路基设计
病 害
洞内路面结冰
洞口路堑雪害
洞口冰雪融水
涌入
多年冻土地区公路设计与施工技术细则
14
编
条件已经成熟
制 背 景
区域发展需要
自1954年青康公路第一次发现多年冻土至今，
我国多年冻我土国地多区年公冻路高土修速地筑区技技地术术域的准辽工备阔程、建资设源历丰富、经济
史已有50多落年后，，研实究现青历交藏史通高持的速续跨公30越路多式及年发东，展北特是多别西条是部省大级开高发速和公路已列入
多年冻土地区公路设计与施工技术细则 JTG/T D31-04-2012
xxx
xxxxxx
20多年1冻3土年地区公5路月设计与●施工x技x术x细则
1
提纲
1 多年冻土区公路建设存在的问题
2 《细则》编制概况
3 《细则》编制实施过程
4 《细则》总体解读
多年冻土地区公路设计与施工技术细则
2
多
年
冻
土
花大公路
区
公
路
建
设
现
状
多年冻土地区公路设计与施工技术细则
3
多 青藏公路（G109）：是进藏运输的主通道，穿越750km多年冻土地带，全段

隔离通板风管路基
-
35
37.（24分）阅读图文材料，完成下列要求。 多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年
案比选，采用了对保护区扰 动最小、对自然景观影响最 小的线位。
-
17
• 2.在西藏自治区境内，避开了神湖纳木错湖及其保护区。
-
18
• 3.为保护林周彭波黑颈鹤自然保护区，选择了绕避黑颈鹤栖息地 林周改经由羊八井通过，延长线路30公里，为此增加投资3个亿。
-
19
• 4.在野生动物活动地段设置通道33处，其中缓坡通道13处，桥梁
-
15
青藏铁路的设计线路，充分考虑了环境 保护、野生动物迁徙等因素。
2003年8月，国家青藏铁路建设领导小组对青藏铁
路设计方案进行了部分调整，并将以桥代路工程
从原设计的70多公里增加到150多公里，增加以桥
代路的目的之一，是为了保证野生动物迁徒路线
不受影响。
-
16
• 1.对穿过可可西里等自然保 护区的线路区段进行了多方
-
29
·在工程建设中，对这一 地带采用了因地制宜 的方法：对相对稳定 的冻土地段采取片石 通风路基、片石护道、 热棒技术、铺设保温 板等方法，使路基通 风，加快热量散发， 降低温度，保持冻土 的稳定性。对于极不 稳定的冻土地段则采 用“以桥代路”的方 法，即以桥梁代替路 基。
-
30
•问题五： 冻土退融
-
23
• 铁路所经过的地区多为高原草甸地区，受严酷的气候条件限制， 植被生长非常缓慢，一旦破坏了就难以恢复。
-
24
• 1.为了不破坏两侧的植被，施 工车辆活动范围被减小到了最 低限度。工地上，卡车卸下填 料后并不掉头，而是沿着来时 的车辙缓缓倒行至500米外的采 土场，开始下一轮的装运；将 施工场地线路占地处的草皮， 一块块小心起出，地表草皮移 植养护后，再铺回原处，用于 桩基周围的植被恢复，较好地 保护了的生态环境；宁肯绕远， 不在有植被的地方取土。

青藏铁路冻土路基分析及防治方法摘要：青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路,解决了多年冻土这一世界性工程难题。

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，是一种对温度极为敏感的土体介质。

在冻土区修筑工程构筑物面临两大危险：冻胀和融沉。

本文主要围绕修筑青藏铁路过程中的冻土问题，以及从多年冻土区路基沉降变形、冻胀及不良地质环境等方面,系统论述了路基工程的主要病害类型、影响因素和防治方法。

关键词：青藏铁路；冻土；路基；防治方法0 引言我国是世界上第三冻土大国,约占世界多年冻土分布面积的10%,约占我国国土面积的21.5%。

青藏铁路格尔木至拉萨段多年冻土区线路总长约554km,其中,多年冻土地段长度448km,占多年冻土区线路总长的81%,融区地段长度106km,占19%[1]。

外界条件的变化会导致冻土升温，造成冻土内部结构发生变化进而引起冻土承载力降低，最终导致冻土路基会产生裂缝、冻胀、沉降等现象，影响路基长期稳定。

青藏铁路建设面临的核心技术难题之一在于如何在高温、高含冰量多年冻土地基上修筑稳定的线路。

1 青藏铁路沿线的冻土特征青藏高原冻土区是北半球中、低纬度地带海拔最高、分布面积最广、厚度最大的冻土区，北起昆仑山，南至喜马拉雅山，冻土面积为141万平方公里，占我国领土面积的14.6%。

青藏高原多年冻土的生存、发育和分布主要受到地势海拔的控制，随着地势向四周地区倾斜形成闭合的环状。

2 冻土区铁道路基主要病害2.1路基沉降变形沉降变形是多年冻土区铁路工程最主要的病害，其多发生在含冰量大的粘性土地带。

多年冻土区路堤变形的最主要因素是融沉。

积水渗透和路堤本身的热效应会引起路基的融沉。

冻土融沉还与地基土体、含水量、冻土层中粉黏粒含量等因素密切相关。

2.2冻胀季节性冻土区的路基病害以冻胀为主，直接影响到铁路的平顺性，给铁路工程安全带来严重隐患。

影响路基冻胀的主要因素有土质、温度和水分。

黄新文等[2]根据吉珲客运专线路基冻胀变形的监测数据，发现基床排水不畅是引起路基冻胀变形较大的主要因素。

问题的提出（续）
本文利用北麓河2002年五月架设的一 套新型自动气象站六月份观测资料，在 给出该地区的能量平衡和地表加热场特 征后，试图确定对模式陆面过程参数化 产生重要影响的地表动力学粗糙度、地 表反照率和动量（热量）总体输送系数
计算方法
Brief introduction to the aerodynamic method
u*0
kZ
u Z
According to MБайду номын сангаасO similarity theory, we can get:
u Z
u* kZ
M
;
Z
* kZ
H
;
q Z
q* kZ
W
计算方法
So the sensible heat flux, latent heat flux and momentum flux describe as:
中国科学院知识创新工程重大项目
青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应
钱泽雨 胡泽勇 杜 萍 张艳武
主要内容
问题的提出 计算方法 数据分析 得出的结论 存在的问题
地表能量平衡 地表加热场 地表动力学粗糙度 地表反照率 总体输送系数
问题的提出
青藏铁路建设中最大的问题是如何保持路基的 稳定性，建成后的青藏铁路对其下伏冻土的影 响不仅要考虑路基的动力学效应，其热力学效 应也同样十分重要。一千多公里青藏铁路沿线 的地形和小气候各不相同，对其地气间的相互 作用将主要通过模式的方法进行诊断，然而由 于地形与气候条件的不同，模式中众多的初始 场参数必然不同，因此这些参数的确定将对模 式的模拟精度产生重要的影响
地表热源强度（Heat Flux)

——（全文8页）——欢迎下载一、青藏铁路高原多年冻土区工程概况：青藏铁路自昆仑山北坡西大滩至唐古拉山南麓的安多河谷，约550Km范围通过多年冻土区。

该冻土区分布面积约：2.45×104Km2，海拔高程大部分在4400m以上，属中纬度多年冻土。

该多年冻土区海拔高，气压低，气候严寒，冻结期长，多年冻土平均地温低，但积雪较薄，且保存时间不太长。

在高原冻土区进行路基施工中，能否很好控制路基基底的融沉，是决定路基施工成败的关键。

二、冻土的描述定名和融沉性等级分类土类含冰特征融沉性等级及类别冻土定名冻土一、肉眼看不见凝冰的冻土１、胶结性差，易碎冻土。

I级不融沉少冰冻土２、无过剩冰的冻土３、胶结性良好的冻土４、有过剩冰的冻土二、肉眼可见分凝冰，但冰层厚度小于１、有单个冰晶体，冰包原体的冻土２、在颗粒周围有冰膜的冻土Ⅱ级弱融沉多冰冻土或等于２.５ｃｍ的冻土3、不规则走向的冰条带冻土Ⅲ级融沉富冰冻土4、层状或明显定向的冰条带冻土Ⅳ级强融沉饱冰冻土厚层冰冰层厚度大于 2.5cm的含土冰层或纯冰层1、含土冰层V级融陷含土冰层2、纯冰层ICE三、青藏铁路高原多年冻土区路基施工的主要特点：多年冻土区现存的自然环境和生态环境是地质历史时期的产物，是由古代和近代地质地貌过程和气候条件所决定的。

特点一：在不破坏多年冻土区现存的自然环境和生态环境的前题下，多年冻土是稳定的，但如果多年冻土被破坏，地基多年冻土将产生衰退，甚至融化，路基地基将受到严重影响。

特点二：多年冻土区路基受施工季节影响较大，应尽量减少季节对多年冻土的热干扰。

特点三：水对路基地基影响较普通地区大。

水携带的热量较空气要大得多，水在路基工程附近的聚集，对路基地基多年冻土的热干扰很大，甚至引起多年冻土大量融化。

特点四：多年冻土工程地质条件十分复杂，在不大的范围内，各种工程类型的多年冻土可能均有分布。

特点五：青藏铁路地处青藏高原，冻结期较长，最长达七个月。

特点六：多年冻土区路基工程受不均匀冻胀和热融下沉影响较大。

分
含冰类型
低含冰量冻土
高含冰量冻土
类
年平均地温
少冰冻土 多冰冻土 富冰冻土 饱冰冻土 含土冰层
高温冻土 低温冻土
≥ -1.5℃ < -1.5℃
融沉稳定型冻土
不稳定型冻土 热稳定型冻土
Ⅱ
关键技术
2
研究目的与内容
公
路
冻
研究工程与冻土的相互影响，为工程对策提供理论依据
土
基
路基温度场尺度效应
路基温度场黑面效应
2002～2007:
2000～02边坡生态防护
建设期同步研究
Ⅰ
背景与现状
路基稳定性
7 主
路面适应性与耐久性
要 研 多年冻土层桥涵基础
究
领 恶劣环境下的公路养护
域
脆弱生态的保护与恢复
热融沉陷（融沉）
Ⅱ 关键技术
中交第一公路勘察设计研究院
Ⅱ
关键技术
区划目的
1
冻
项目决策
土 区
分类目的
划 与
勘察设计
分
冻 土
临 的
退化
工
程
世
稳定
界
性
难
10年气温上升0.3～0.4℃
题
内因 公路工程 特殊性
黑面效应 尺度效应 变形效应
Ⅰ
背景与现状
以俄罗斯、美国、加拿大为代表
5
国
西伯利亚、北美（阿拉斯加）
外
研
铁路、输油管道、房屋建筑
究
现
公路多为砂石路、低路基
状
1994年
Hale Waihona Puke 1996后1990年
贝阿铁路 贝加尔铁路 青藏公路

国各项 建设事业 的发展 ，还有许多 的建 设项 目 在冻土 区开展 ， 全球 气候转暖 的背 景下 ， 在 工程 技术 人员 正在 积极 寻 求高 温 冻土 区筑 路 的对 策。
参考文献
【黄志 勇． １ 】 冻土路基线路 的主要 病害分析和整 治 措袍ｌ－ Ｊ山西建筑 ， ０－６ １． Ｊ ２ ８０－０ ０ －
Ｌ｜ ＝ 一 一 … ＝
— — 一
１ — —— —— — — 一 隔热层 上垫层铺设。 上垫层选用有机 ！ 一～ 一 … 一 一 ３ 物含量不超过 ５ ％的细粒土 。垫层压实厚 ４ 一 — — — ４ ％ ＝ 一 ． 度 ０ ０ 采 用一次填 筑。 ． ｍ， ２ 上垫层填筑 时采 护道 塑 、 ＝ Ｌ 二 护道 』 ｆ ￣ｏ‰ ｓ ］ 、 用人工 摊铺 、 人工平 整 、 型光 轮压 路机 轻 静压 ， 禁机 械 、 辆等直 接驶 入 隔热表 严 车 面。当填料含水 量较低时 ， 取土坑 内提 在 前洒水 闷湿 ； 当填料 含水 量过 大时 ， 在取 ＼冻 上 土然 土坑挖 沟拉 槽降低 水位 或用推 土机 松土 图４ 器拉松 晾晒 相结合 或将 填料运 至路 堤摊 铺 晾晒。 料。 保温护道与路堤一 同填筑 时， 应采用与路堤 ４ ． ３埋设 Ｐ Ｃ Ｖ 通风管 相同的填料。 Ａ、、 类填料 较缺乏 时 ， 当 Ｂｃ 可采用
延缓多年 冻土融化速率的原 则 ： 高温极 在 不稳定区场地地基 ，应有效延缓 多年冻土 的融 化速率 ， 冻土天然上 限基 本稳 定或仅有少 量 使 下降。 破 坏多年 冻土的原则 ：根据多年冻 土的地 温情况 、 冰 睛况 、 含 埋藏深度对工 程的影 响以及 处理的难易程度采取挖 除换 填 、预先融化或 允 许冻土 自由融 化的措 施。 快 速原 则 ： 量采用多开工 、 尽 机械施 工和爆 破快速开挖 、 减少对多年冻土 的扰动 和破坏 。 环 保原则 ：减少路 基施工对 周边 植被 、 河 流、 、 冻土 自然保护区等的破坏。 推 新原则 ： 泛采用新 技术 、 广 新工 艺 、 新设 备、 新材料 、 新结构 ， 自行和 配合设计 、 来 并 科研 指导施 工。 质量原则 ：高原 冻土路 基施工要确保 良好 的工程 品质 。 ４具体施工方法 根据项 目 冻土地 质条件和路基条件 ，多年

雪 峰 连 绵 ， 冰 川 广 布
.
7
人们常说：“到了昆仑山，气 息已奄奄；过了五道梁，哭爹 . 又喊娘；上了风火山，三魂已8 归天”。为什么选这条线？
二、青藏铁路建设
（一）、选线
国家进藏铁路有四个方案，即青藏线、川藏线，滇藏线和甘藏线等方案：
①青藏方案 ②甘藏方案 ③川藏方案 ④滇藏方案 思考：
2、结合自然条件分析，你认为哪种方案最差，为 什么？
④方案最差，线路较长，地形高差大，要经过陡峭的横断 山区和许多大江大河，沿线为地震、滑坡、泥石流等地 质灾害多发区，技术难度大，铁路建成后，养护困难。
.
11
（二）、修建
1、青藏铁路在修建过程中会遇到哪些困难？
三大难题：高寒缺氧、多年冻土、生态脆弱
1、选择青藏铁路的好处是什么？
2、结合自然条件分析，你认为 哪种方案最差，为什么？
.
10
探究：1、国家进藏铁路有四个方案，即青藏线、 川藏线，滇藏线和甘藏线等方案，选择青藏铁路 的好处是什么？
四个进藏方案的对比中可以看出：从造价和总投资来说，青 藏铁路最低；从桥隧长度来说，青藏铁路最短；从面临的主要技 术问题来说，青藏铁路面临的技术问题最少，只有冻土一项，且 已有了较好的解决方案；从施工条件来说，只也青藏铁路沿途大 部分地区地势平缓，无重控制工期的工程，且基本与青藏公路并 行，交通方便，有利组织大型机械施工。
2、可能造成哪些环境问题？
植被破坏，荒漠化，生物多样性减少。
资料链接：在生态环保方面，青藏铁路建设全程监控：在全国工程 建设中首次引进环保监理；首次与地方环保部门签订环境保护责任 书；在铁路建设史上首次提出“创质量环保双优”的目标；首次大 面积移植草皮；第一次为野生动物开辟迁徙通道……

青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律研究杨永鹏;孟进宝;韩龙武;李勇【摘要】通过对青藏铁路多年冻土区长期监测系统多年来的大量实测数据进行分析,研究了青藏铁路路基下多年冻土演化特征及规律.研究结果表明:青藏铁路沿线气温逐年升高,降水量、冻结指数和融化指数逐年增大,暖冬现象明显,地表温度年升高率达到0.06℃/年;沿线多年冻土区2007-2013年间冻土天然上限下移的达91％,不同深度处的地温整体处于升温状态;青藏铁路路基下多年冻土也发生了升温退化,在2007年冻土人工上限相对原天然上限均抬升的占81％,路基下多年冻土退化明显滞后于天然场地;片石路基、热棒路基等主动降温措施效果明显,保证了青藏铁路多年冻土路基工程的稳定.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2018(058)005【总页数】6页(P81-86)【关键词】青藏铁路;路基;多年冻土;地温;冻土上限;片石路基;热棒路基【作者】杨永鹏;孟进宝;韩龙武;李勇【作者单位】中铁西北科学研究院有限公司,甘肃兰州 730000;青海省冻土与环境工程重点实验室,青海格尔木816000;中铁西北科学研究院有限公司,甘肃兰州730000;青海省冻土与环境工程重点实验室,青海格尔木816000;中铁西北科学研究院有限公司,甘肃兰州 730000;青海省冻土与环境工程重点实验室,青海格尔木816000;中铁西北科学研究院有限公司,甘肃兰州 730000;青海省冻土与环境工程重点实验室,青海格尔木816000【正文语种】中文【中图分类】U416.1+68自从20世纪50年代以来，全球气候发生着巨大变化，近30年来，每10年地表温度的增幅均在提高，21世纪的第1个10年是历史最暖时期，降水量也显著增加[1-3]。

与全球气候一样，青藏高原气温逐年升高，降水量也明显增加[4-5]，剧烈影响着依赖于气候环境的高原植被、冰川、冻土等的赋存状态。

多年冻土是由特定的气候及地质环境共同作用形成的，其演化受到气候环境变化的影响，而冻土的演化又直接影响到建设于其上的冻土工程的稳定性。

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冻土基础施工关键技术研究
➢不同类型冻土的分布特征
青藏直 流线路 穿越了 季节性 冻土、 岛状多 年冻土 及连续 多年冻 土等冻 土类型 地段。 其中格 尔木至 西大滩 地段为 季节冻 土区； 西大滩 至安多 为连续 多年冻 土区， 长约55 0km；岛状多 年冻土 分布于 西大滩 北部与 东部， 安多南 至挡青 曲河， 长约86 km。
B
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冻土基础施工关键技术研究
A
H0
H
Ht
Hc
掏挖基础：主要用于地质条件较好且 易掏挖 成型的 冻土， 不适用 于强冻 胀冻土 。
D
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冻土基础施工关键技术研究
A
H0
H
Ht
Hc
人工挖孔基础：主要适用于季节性冻 土和多 年冻土 。要求 地基的 成孔条 件较好 。
D
第50页/共103页
在多年冻土区由于多年冻土的 存在，使地下水的埋藏条件和分
常年冻结层--隔水层
布规律更加复杂化。冻土地区的
地下水可分为：冻土层上水、冻 土层间水、冻土层下水、融区水
……………………冻……结层……间……水 …………
几种类型。
其中，冻结层间水少见。对基
常年冻结层--隔水层
础开挖影响最大的是冻结层上水。
…………………………………………冻结…………层下…………水………………………………
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冻土基础施工关键技术研究
基坑开挖后冻结层上水沿冻结层顶板渗入基坑形成积水
第22页/共103页
冻土基础施工关键技术研究
➢ 多年冻土分类
根据冻土总含冰量，多年冻土可分为少 冰冻土（含水量＜12%）、多冰冻土（ 12-18%）、富冰冻土(18~25%)、饱冰冻 土(25-44%)和含土冰层(＞44%)。其中， 少冰冻土和多冰冻土统称低含冰冻土， 富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层统称为 高含冰量冻土。

三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
2、多年冻土工程的监测与维护为了确保青藏铁路多年冻土工程的稳定性和安 全性，采用了先进的监测技术，如遥感技术、自动化监测技术等，对多年冻土的 融化和变形进行实时监测。同时，在工程运营期间，加强维护管理，定期进行检 查和维修，确保工程的长期稳定运行。
三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
三、青藏铁路多年冻土工程的实 践探索
三、青藏铁路多年冻土工程的实践探索
1、多年冻土工程的设计与施工在青藏铁路多年冻土工程中，设计与施工是确 保工程成功的关键环节。依据实验研究法和数值分析法所取得的研究成果，设计 人员制定了科学合理的设计方案。在施工过程中，采用了各种先进技术和工艺， 如高温热棒技术、地基加固技术、保温保湿技术等，以确保工程的施工质量。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
1、实验研究法实验研究法是通过对多种工况下的多年冻土进行实验，研究其 物理、化学及力学等性质的变化规律，为工程设计和施工提供基础数据和理论支 持。在青藏铁路多年冻土工程中，实验研究法得到了广泛应用，为解决多种复杂 工程问题提供了重要依据。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
2、数值分析法数值分析法是通过建立数学模型，对多年冻土工程的稳定性、 安全性及环境影响等方面进行数值模拟分析，以优化工程设计、预测工程效果。 在青藏铁路多年冻土工程中，数值分析法起到了至关重要的作用，为工程的方案 制定、施工指导和运营维护提供了重要依据。
二、青藏铁路多年冻土工程的研究方法
3、现场调查法现场调查法是在工程施工及运营过程中，对多年冻土进行实地 勘查、检测和分析，以获取第一手资料，评估工程的实际效果。在青藏铁路多年 冻土工程中，现场调查法是不可或缺的研究手段，为工程的动态监测、安全预警 及维护管理提供了重要支持。