论青藏铁路修筑中的冻土环境保护问题

第１４卷第２期　２００７年４月　水土保持研究　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ＳＯｌｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｖｏ１．１４　ＮＯ．２　Ａｐｒ．，２００７　

青藏铁路建设期青藏公路（格拉段）整治　

改建工程的冻土环境影响与对策　

崔志平，伍永秋　

（北京师范大学资源学院沙漠与沙区资源研究所，环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京　１００８７２）　

摘要：青藏铁路建设期间（２００１－－２００６），大量人员、材料、设备和生活物资的运输都依赖于青藏公路．使得青藏公　

路格尔木至拉萨段（简称格拉段）的交通量大大增加．对公路路面和桥涵的承载能力带来严峻考验。对青藏铁路建　

设期青藏公路整治改建工程作了简要的介绍．并从冻土环境的角度分析公路整改工程与冻土环境的相互影响・并　

提出了相应的环保措施建议，为青藏公路整改工程的决策提供依据。　

关键词：青藏公路；多年冻土；整改工程；环境影响　

中图分类号：Ｕ４１２．２２１；ＸＩ７１．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—３４０９（２００７）０２—０１３９—０３　

Ｉｍｐａｃｔｓ　ｏｎ　Ｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　

ｔｈｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｒｅｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｑｉｎｇ－Ｚａｎｇ　Ｈｉｇｈｗａｙ　

Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　Ｑｉｎｇ－Ｚａｎｇ　Ｒａｉｌｗａｙ　

ＣＵＩ　Ｚｈｉ～ｐｉｎｇ。ＷＵ　Ｙｏｎｇ—ｑｉｕ　

（Ｃｈｉｎａ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｄｅｓｅｒｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｔ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＭＯＥ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｄｉｓａｓｔｅｒ，ＢｅＯｉｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢｅＯｉｎｇ　１００８７２，Ｃｈｉｎａ）　

２０１０年第６期　（总第１９６期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．６，２０１０　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１９６）　

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）　

摘要：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。　关键词：青藏公路；青藏铁路；冻土环境；工程措施　中图分类号：Ｕ４１６．１　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０６—００４８—０１　

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４　０００　ｍ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１　ｍ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　

自然杂志２８巷６期　特约专稿　

青藏铁路建设中冻土工程问题＊　

程国栋①　马　巍②　

①中国科学院院士，②研究员，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，冻土工程国家重点实验室，兰州７３００００　

＊中国科学院知识创新工程重大项目（ＫＺＣＸＩ－ＳＷ－０４：・；“９７３”国家重点基础研究发展规划项目（２００２ＣＢ４１２７０４）　

关键词　冷却路基　青藏铁路　多年冻土　全球转暖　

本文围绕青藏铁路冻土工程地质、气候变化对冻土及铁路路基稳定性的影响等问题，分析了青藏铁路工程建设　

中存在的冻土工程技术问题。根据国内外在多年冻土区筑路的经验和教训提出：青藏铁路的设计应该改变单纯依靠　

增加热阻（增加路堤高度，使用保温材料）的消极的保护冻土的思路，全面采用“冷却路基”的积极的“降低地温”原则，　

特别在高温、高含冰量地段必须如此。给出了通过改变路堤的结构和材料来调控辐射，调控对流和调控传导。以达到　

“冷却路基”目的的具体措施。　

１引　言　

冻土是指温度在０￣Ｃ以下，并含有冰的各种岩土。　

一般可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土。地球上　

冻土区的面积约占陆地面积的５０％，其中多年冻土面积　

占陆地面积的２５％。我国多年冻土面积占国土面积的　

２２％ｍ。　多年冻土是气候变化的灵敏指示器。土在冻结时　

的强度相当于次坚石，但含冰冻土一旦融化就完全丧失　

承载力。所以，冻土工程中温度是一个关键参数。由此　

也决定了冻土工程的稳定性与气候变化的关系十分密　

切［２－４３。　

一般而言，多年冻土区建筑物地基设计原则有：保　

护冻土原则一一多年冻土地基在建设过程和建筑物营　

运的整个时期保持冻结状态；允许融化原则——控制多　

年冻土地基在营运过程中按允许的速率融化；预先融化　

原则——预先融化冻土或挖除换填。保护多年冻土原　

则是寒区工程中应用最为广泛的一个方法。依照此原　

则，不但可以克服冻土的融化下沉，还可利用冻土强度　

高于融土的特性修建多年冻土区建筑物。。　

世界上在多年冻土区修筑铁路已有百年以上的历　

《西藏科技））２００６年７期（总第１５９期）　青藏铁路建设中的冻土工程问题及其应对措施　马辉　（青藏铁路建设总指挥部拉萨指挥部，西藏　刘建坤张弥　（北京交通大学土木建筑工程学院，北京１０００４４）　郭大华　（中交公路规划设计院，北京　１０００１０）　摘要：本文介绍了青藏铁路格拉段沿线多年冻土的基本特征，评价了多年冻土地区的不良工程现象及其危害性，阐述了　青藏铁路穿越多年冻土区所遵循的指导思想以及所采取的主要工程措施，提出了在新的条件下针对多年冻土地区路基工　程进行综合保护措施的观点和对多年冻土地区铁路进行终生监测的建议。　关键词：多年冻土青藏铁路工程措施　中图分类号：Ｕ２１３．１　４　青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原冻土铁路，建　设中的青藏铁路格拉段全长１１４２ｋｉｎ，新建１１１０ｋｉｎ，穿越连续多　年冻土地区约５５０ｋｉｎ，岛状冻土区８２ｋｍ，全部在海拔４０００ｍ以　上。受多年冻土的工程特性决定，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。本文将首先介绍青藏铁路沿线多年冻土的分布特　征，分析多年冻土地区铁路的主要病害，最后提出青藏铁路多年　冻土地区铁路采取综合处理措施的观点和进行终生监测与健康　诊断的建议。　ｌ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，西　抵国界，东达横断山脉西部、巴颜喀拉山和阿尼马卿山东南部，　冻土面积为１４１万　，占我国领土面积的１４．６％。青藏高原的　腹部分布着大片多年冻土、周边为岛状多年冻土及季节冻土。　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，制约着青藏高原冻土发育的差异性，因而它不单一地服从纬　度地带性的一般规律，而且随着地势向四周地区倾斜形成闭合　的环状。　青藏铁路沿线的多年冻土，可根据地形地貌及工程地质特　点，自北向南划分为以下１５个单元。　１．１西大滩断陷谷地（ＤＫ９５７＋７６６一ＤＫ９７３＋７００）　该谷地南北宽４—７ｋｍ，东西长３０—５０ｋｉｎ，地形平坦，线路近　东西向经过该盆地，海拔４１２０—４６００ｍ，其中多年冻土北界位于　ＤＫ９５７＋７６６处，海拔４３６０ｍ。　其地层由中更新世初期形成，属粗细颗粒沉积互层结构，表　层多为砾粉砂或砂粘土，下为沉积砂粘土或岩浆岩、板岩破碎　带，含粒状冰和薄层冰。　该区年平均气温为一２．０—５．０￣Ｃ，冻土分布以整体状、岛状　为主，厚度５—１２ｍ，天然上限２．８—３．５ｍ。年平均地温高于一　０．５℃。无厚层地下冰分布，冻土类型为少冰冻土及多冰冻土，　４　融沉系数小，属于弱融沉性。　ｌ　２昆仑山中高山区（ＤＫ９７３＋７００　ＤＫ１００５＋５０Ｏ１　本段含昆仑山北坡乱石沟峡谷区、昆仑山垭口、昆仑山垭口　盆地及不冻泉河谷地带。地形起伏较大，植被稀少．海拔４５００　４８００ｍ，以古冰川、现代冰川及寒冻风化地貌形态为主，局部为河　流冲洪积阶地及滩地。乱石沟峡谷沟谷狭窄，山坡陡峻，昆仑山　垭口及垭口以南为冰水沉积及湖相沉积盆地，地形相对平缓，该　段冻土不良地质现象普遍发育。　地层为中更新世初期形成，属粗细颗粒沉积互层结构，表层　多为含土量较高的砾粉砂，下为沉积砂粘土或岩浆岩、板岩破碎　带，其南北坡均有岩浆岩零星分布。其青灰色湖相沉积砂粘土　含蒙脱石、高岭石较多，含粒状冰和薄层冰。　本区年平均气瘟为一５．０一一７．０℃，冻土分布为整体状，厚　度６０—１２０ｍ，年平均地温为一２．０一一４．０￣Ｃ，天然上限１．５　２．５ｍ。高含冰量地段占冻土段长的６２．４％，无厚层地下冰存　在，大部地区也无层状冰。　１．３楚玛尔河高平原（ＤＫ１００５＋５ＯＯ　ＤＫ１０７２＋５ＯＯ）　本段主要为巴拉大才曲河、清水河及楚玛尔河冲洪积地带，　海拔４５００—４７００ｍ，地形平坦，地表植被较发育，热融湖塘分布较　多，局部地段有沙地、沙丘。河谷水流分散。一般呈浅滩漫流　状，下切不显著。　其地层为上新世初期形成，属粗颗粒互层沉积结构，大部分　为第三系分布。全区地势开阔平坦，稍有起伏。表层多为砾石　土夹砂层，厚达３—５ｍ，下为第三系泥灰岩、石灰岩分布。楚玛　尔河沿岸有１．５ｍ厚的细砂土覆盖，下为砂砾、砂岩和泥灰岩分　布，可见冰占１０—１５％；清水河两岸地形呈丘状或垄岗状，植被　稀疏。在楚玛尔河和清水河所经地区都是含盐量较大的第三系　湖相沉积物。　本段年平均气温为一３．５一一６．５￣Ｃ，极端最低气温可达一　３３．９￣Ｃ，年平均降水２６０ｒａｍ，以固体降水为主，冻土分布以网状　组构为主，厚度１５—４０ｒｎ，年平均地温为一０．５　一２．０￣