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四大措施破解青藏铁路千年冻土作者：刘长奇来源：《地理教育》2011年第11期青藏铁路的修建，创造了世界铁路建设的多项奇迹，其中一个就是解决了铁路穿越千年冻土区的问题。
青藏铁路东起青海格尔木，西至西藏拉萨，全长1200千米，其中有600千米属于高海拔寒冷区冻土地质。
高原寒冷区冻土层地基的稳定性是铁路面临的最大难题。
所以说青藏铁路修建的成败决定于路基，而路基最大的问题就是多年冻土。
夏天气温上升，冻土层融化，上面的路就会塌陷；而冬天温度降低，冻土膨胀，就会把建在上面的路基和钢轨顶起来，一降一升，火车极易脱轨。
针对以上问题，我国的铁路建设者主要采用以下四个措施来解决冻土问题。
热棒：天然制冷讥进入两大滩冻土区，铁路路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2m的铁棒(如图1)，即热棒。
铁棒间相隔2m，一直向前延伸。
热棒在路基下还埋有5m，整个棒体是中空的，里面灌有液氨。
热棒的工作原理是：当路基温度上升时，液态氨受热发生汽化，上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却液化变成了液态氨，又沉入了棒底。
这样，热棒就相当于一个天然制冷机。
抛后路基：廉价土窑调在青藏铁路路基内部，还有一种廉价而有效的土空调正悄无声息地运转着。
在土层路基中间，填筑了一定厚度的碎石(如图2)。
当夏季来临时，青藏高原气温升高，抛石路基表面的温度上升，空气密度降低，而路基冻土中的温度较低，空气密度较大，这样热空气与冷空气就不易对流，无形中形成了外界与冻土的隔热层；当冬天来临时，冻土路基的外界温度较低，空气密度较大，而路基冻土层温度较高，空气密度较低，将自然上移，与外界进行热量交换，无形中形成了冷热对流，使路基冻土层温度降低，保护了冻土的完好性。
遮阳板：隔热外农青藏高原地处中低纬度的高海拔地区，太阳辐射十分强烈是该地区的一个重要特征。
遮阳板路基是在路基的边坡和坡面上架设一层用于遮挡太阳辐射的板材，可消除太阳对路堤坡面的有效辐射加热作用(如图3)，达到稳定路基温度的目的。
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。
青藏铁路冻土保护措施青藏铁路（2006年7月1日全线通车）多年冻土区长度为632公里，大片连续冻土区长度为550公里。
为了避免冻土层收缩影响路基，故用热棒将热量导出。
在高原，土地里的水结成冰，冰与土混为一体，当温度高于0度时，冰化为水，冻土变成翻浆泥。
建造在该地基上的铁路将发生塌陷，当温度过低时，水化成冰，土地膨胀，建造在该地基上的铁路就会被拱起变形。
青藏高原与俄罗斯的西伯利亚、美国的阿拉斯加、中国的大兴安岭等地一样，广泛分布着冻土环境。
冻土面目狰狞，变化万端。
有些冰隐藏在土地的裂缝里，有些土坡，竟然有2/3体积由冰块组成。
冻土在零下2度以下时，是相对稳定的。
零下2度以上的冻土，就不再稳定。
青藏铁路设计原则“主动降温、冷却路基、保护冻土”减少传入地基土的热量、保证多年冻土的热稳定性，从而保证修筑在上面的工程质量的稳定性。
全线建成了68.34公里的161座代路桥、137.68公里片石路基、36.19公里热棒路基和159.81公里碎石护坡，即主动降温。
解决青藏铁路的冻土问题，采取了以防为主的综合技术，包括抬高路堤高度、热棒、片石通风路基、铺设保温板、以桥代路、通风管路基、碎石和片石护坡、保温板、综合防排水体系等。
青藏铁路路基保温材料施工青藏公路路况国道109+2917公里：不冻泉物质基地，再往前2公里，就开始频频出现马路修补的痕迹。
路基被垒高，有的达三五米，为的是给冻土保温。
通俗的说法是，卖冰棍的老太太给冰棍包上一层厚厚的棉袄。
+2940公里，出现了数百根散热棒，并行插在道路的两旁+2949公里，可可西里桥梁处，公路的散热棒更多。
+3011公里，五道梁附近公路，路旁有一实验路基，有的地方用散热棒，有的地方用通风管道。
实验路基的周围，随处可见坑坑洼洼的水沼。
+3014公里，有公路断裂的痕迹，道路面目全非，几乎看不见一块完整的水泥。
青藏公路每一年都会有路段因为冻土而翻修。
青藏铁路冻土工程技术摘要论世界上最大、最高的高原，当然是青藏高原。
它有着独一无二的地理位置和复杂的自然、地质条件，青藏高原被人们称为“世界屋脊”。
青藏铁路的格拉段穿过永冻土地区约547km，岛上的另一部分，深季节冻土区土壤和冻土沼泽湿地和湿地坡，穿过线海拔高度超过4000m，面积大约为960km，在唐古拉山地区，最高海拔5072m，为世界的轨道。
格尔木到拉萨，青藏铁路部分的总长度约100km，毫无疑问，冻土是青藏高原冻土解决最大的问题之一。
关键词多年冻土；工程技术；青藏铁路1冻土问题冻土是一种对温度极为敏感的土体介质。
冻土，是指温度在0℃以下，并含含有丰富的地下冰和各种岩土和土壤。
冻土面临着两个大工程问题：冻胀和融沉。
冻土在冻结的状态下体积膨胀，到了夏季，冻土融化体积缩小。
冻土的冻结和融化交替出现，就会造成路基不稳定，影响正常通车。
而冻土又有着很强的流变性，它的长期强度远低于瞬时强度。
这些特性造成了当冻土区开始工程并建造建筑筑物时，路基、桥涵、隧道等都会受到这两大工程问题的困扰。
2多年冻土路基工程的主要技术措施2.1 通风管路基工程通风路基防止热融的原理是利用的通风而产生的对流作用，将填土产生的热量或外界引发的各种热量尽快散失，以便降低对基底的热干扰，防止基底因热融而下沉。
青藏铁路多年冻土区路基用UPVC管和钢筋混凝土管通风管道，由于通风管道的温度调节，减少左右两侧的不均匀沉降的路基土体，消除了因为路基土体的不均匀沉降引起的张力裂缝；而且，UPVC通风管和钢筋混凝土排气管具有一定的拉伸强度和剪切强度同加筋路堤一样都在路基土体上发挥了作用，使水路基水体起到了水平钢筋、消除沿软弱面所产生的裂缝。
在青藏高原北麓河试验站的通风路堤试验表明，通风管可以有效地降低路堤填土的温度。
经试验观测后，自动温控风门安装后，降温效率有所提高。
2.2 使用热棒青藏铁路沿线的冻土路基旁有一些直径约为十五厘米，高两米左右的铁棒，它被成为天然制冷机。
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青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究青藏铁路冻土路基融沉可靠性研究引言：青藏铁路是世界上海拔最高、气候条件最恶劣的铁路之一，其中包括了大面积冻土区段。
冻土路基是青藏铁路建设中的一个重要部分，其可靠性对铁路运行的安全和稳定起着至关重要的作用。
然而，由于冻土路基在气候和温度等因素的影响下，易受到融沉和冻胀的影响，导致了一系列的工程问题。
本文将对青藏铁路冻土路基融沉可靠性进行研究，探讨其原因和解决方案。
冻土路基融沉的原因：1. 温度变化：冻土路基主要位于高寒地带，季节性温度变化剧烈，导致冻土层的融化和沉降。
2. 土壤孔隙水含量：冻土层含有大量的孔隙水，一旦融化，水通过孔隙流动，导致土壤体积减小，进而发生沉降。
3. 土壤结构破坏：冻融交替会引起土壤结构的破坏，导致土体体积的变化和蠕变性的发生，进而引起融沉。
影响：1. 钢轨和路基变形：冻土路基的融沉会导致钢轨反曲，影响铁路运行的平稳性，甚至造成事故。
2. 轨道几何：融沉还会改变铁轨的几何形状，影响列车行驶的舒适度和安全性。
3. 信号设备故障：融沉会对铁路信号设备造成冲击，导致信号失灵或误判。
4. 施工难度增加：冻土路基融沉会增加铁路的维护难度和成本。
解决方案：1. 设计阶段：在青藏铁路冻土路基的设计中，应综合考虑冻土层的力学特性和温度条件，采用合理的路基结构和工程方法。
2. 水分控制：通过排水系统，及时控制冻土路基内的孔隙水含量，减少融沉对土壤的影响。
3. 加强监测：对冻土路基进行实时监测，及时发现融沉现象，以便采取措施进行修复或加固。
4. 增加支撑力：在冻土路基上加设支撑结构，如桩基或地下连续墙等，增加路基的稳定性和可靠性。
5. 提高施工质量：在冻土路基的施工过程中，需严格控制土壤的密实度和湿度，以减少融沉的发生。
结论：青藏铁路冻土路基融沉对铁路运行的安全和稳定性具有重要影响，需要采取有效的措施来解决其引起的问题。
通过合理的设计、水分控制、加强监测、增加支撑力和提高施工质量等手段，可提高冻土路基的可靠性，确保青藏铁路的安全运行。
青藏铁路克服冻土的小故事
作为世界上穿越冻土里程最长的高原铁路，青藏铁路在建设过程中面临着诸多挑战。
其中，如何克服冻土难题成为了摆在工程师们面前的一大难题。
青藏铁路穿越的冻土带由于气温极低，使得土壤长时间处于冻结状态，给铁路建设带来了很大的困难。
为了解决这个问题，工程师们采取了多种措施。
首先，他们采用了片石通风路基和通风道等特殊结构，以改善冻土的散热条件。
这些结构能够有效地引导冷空气流过冻土地区，降低冻土的温度，从而保证铁路的路基稳定。
其次，工程师们还采用了热棒技术。
热棒是一种高效的传热装置，能够将地下的热量传递到地上，从而降低冻土的温度。
在青藏铁路的建设中，工程师们将热棒技术应用到了冻土地区，取得了很好的效果。
除此之外，工程师们还采取了其他一些措施，例如在路基两侧设置隔热层、加强铁路沿线的绿化等。
这些措施都能够有效地减少太阳辐射和地面长波辐射对冻土的影响，从而保证铁路的安全运行。
在克服冻土难题的过程中，工程师们经历了许多艰辛和困难。
但是，正是他们的不懈努力和智慧，使得青藏铁路成为了世界铁路建设中的一项伟大工程。
通过这个故事，我们可以看到人类在科技发展中的伟大力量。
正是科技的进步，让我们能够克服自然界的种种难题，为人类的发展创造更加美好的未来。
同时，我们也可以看到，只有通过不断地探索和创新，才能够实现人类对未来的梦想和追求。
在这个时代，我们每一个人都应该积极拥抱科技的发展，相信人类的智慧和力量。
只有通过不断地学习和创新，才能够适应未来的变化和发展。
让我们一起期待着未来的美好！。
冻土与青藏铁路建设的难题摘要：冻土的融化影响青藏铁路路基的稳定性，成为修建过程中的主要问题，现在已采用冷路基法较好的解决此问题。
关键词：冻土融冻青藏铁路冷路基法1.概述：冻土, 一般是指温度在0摄氏度或以下, 并含有冰的土层或岩层。
按土的冻结状态保持时间的长短, 冻土一般可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土。
在多年冻土区，地下土层常年冻结，随着温度变化会发生周期融冻，可以分为上层活动层和下层永冻层并形成独特的未冻结层在刚性的用冻层上流动揉皱的冻融扰动构造。
冻土分布广泛且具有独特的水热特性, 是地球陆地表面过程中的一个非常重要的因子。
一方面, 冻土是气候变化的灵敏感应器, 气候变化将引起冻土地区环境和冻土工程特性的显著变化。
另一方面,冻土影响到陆地表面的热平衡, 也可以反作用于气候系统。
因为当土壤冻结或消融时, 会释放或消耗大量的融化潜热, 土壤的热特性也随之改变。
同时, 冻土的变化也会对建立在其上的生态环境造成很大的影响。
在我国, 冻土也有广泛的分布, 季节性冻土和多年冻土影响的面积约占中国陆地总面积的70% , 如果算上短时冻土其面积则要占到90%左右, 其中多年冻土约占22. 3%[ 15] ,冻土对我国人民生活和经济建设有着举足轻重的影响。
对我国冻土的研究目前主要集中在青藏高原地区。
【1】冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰、水分产生迁移并具有相变变化特征。
因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，具有融化下沉性和冻胀性。
所谓冻胀，就是土在冻结过程中，土中水分转化为冰，引起土颗粒间的相对位移使土体积产生膨胀，土表面升高。
而当温度升高，土中冰融化为水时，土便发生融化，体积缩小而下沉，简称融沉。
【4】冻胀、融沉作为冻土区工程建筑物的主要问题。
2.冻土与青藏铁路的建设青藏铁路是世界上海拔最高和线路最长的高原铁路，全长约1 925 km，其中格拉段长约1 118 km。
海拔4 000 m 的地段有965 km。
青藏铁路工程有关冻土问题及土工合成材料应用情况的介绍铁道第一勘察设计院李成摘要大量的工程实践表明,冻土区筑路遇到的主要问题是冻胀和融沉,在季节冻土区主要问题是冻胀,而在多年冻土区主要问题是融沉。
以保护多年冻土为原则,是多年冻土区工程措施中应用最为广泛的一种方法,它不但克服了冻土的融化下沉,而且充分利用了冻土强度高于融土的特性。
本文在阐明对青藏高原多年冻土环境认识的基础上,简要地介绍了保护多年冻土的几种工程方法,并对土工合成材料在青藏铁路的应用情况作了简要的介绍。
关键词铁路工程多年冻土土工合成材料应用1.概况青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原,素有“世界屋脊”、“地球第三极”之称。
青藏线格尔木至拉萨段铁路全长约1100km,其中要穿越550km的多年冻土地段,全线线路海拔高程大于4000m地段约965km,在唐古拉山越岭地段,铁路最高海拔为5072m,为世界铁路海拔之最高。
“高原”和“冻土”问题是修建青藏铁路的两大难题。
铁路通过地区大部分为高原腹地,具有独特的冰缘干寒气候特征,寒冷、干旱,急风暴雨、雷电等变化剧烈无常,四季不明,空气稀薄、气压低,冻结期9月至次年4、5月。
昆仑山、可可西里、风火山、唐古拉等山区,年平均气温在-6℃以下,青藏高原腹地高平原区,年平均气温为-4~-4.5℃。
该地区具有年较差小,而日较差大的特点,年内日平均较差10~ 19℃,极端日较差35℃。
铁路沿线大气透明度良好,云量少,太阳直射强,总辐射量大,日照时数较大,为全国辐射量最大的地区,由于高原风大,地表所获辐射量的98.8%通过湍流交换以感热或潜热的形式向大气逸散,用于土壤增温和冻土融化的热量仅占 1.2%,使得高原上近地表气温并没有显著升高,而地下土层处于低温状态。
自1956年铁道第一勘察设计院对青藏线进行踏勘考察开始,格尔木至拉萨段的勘测设计、科学研究断断续续,至今已40多年。
其间对“高原”和“冻土”问题也进行了大量的科学研究和试验工作,创造了比较好的前期工作基础。
但是,在青藏高原多年冻土地区修建铁路毕竟是从未实践过的新的技术领域,随着几十年来自然条件和气候的变化,科学技术的发展,科研成果和工程实践经验的积累,人们对自然和冻土的认识也在不断加深。
特别是现代科学技术水平的飞速发展及新材料、新工艺的不断出现,为防治各类工程冻害提供了新的手段。
因此,青藏线格尔木至拉萨段铁路的修建具有很强的探索性和科研性。
2.对青藏高原多年冻土环境的认识大量的工程实践表明,冻土区筑路遇到的主要问题是冻胀和融沉,在季节冻土区主要问题是冻胀,而在多年冻土区主要问题是融沉。
以保护多年冻土为原则,是多年冻土区工程措施中应用最为广泛的一种方法,它不但克服了冻土的融化下沉,而且充分利用了冻土强度高于融土的特性。
青藏高原中、低纬度高海拔多年冻土不同于高纬度的多年冻土,它所具有的独特的背景特征,使得高原多年冻土区环境对热扰动比较敏感,因而具有相对的不稳定性。
青藏高原的多年冻土大多属于高温冻土,极易受工程的影响产生融化下沉。
IPCC在2001年的预测称“全球表面温度预计在1990~2100年间升高1.4~5.8℃”。
国内学者曾在学术著作中指出:“考虑气候的自然变化和人类活动造成的气候变化两个方面的综合影响,预测未来由于自然和人类的联合作用,将可能造成西北与西南气温有明显变暖趋势”,“到2050年,青藏高原可能明显变暖约2.2~2.6℃”。
全球范围内阶段性的气温升高将改变青藏高原多年冻土环境,如果升温过程持续一个阶段,土层不同深度处的地温值也将发生缓慢的变化,从而引起多年冻土层垂直方向上地温梯度的改变,对某一地区而言,这改变有可能促使多年冻土层地温从散热型转变为过渡型甚至是吸热型,冻土层的冷储量将逐渐减少。
对于跨越不同冰缘地貌单元的铁路建筑物而言,大范围的气温变化所引起的多年冻土地温值的改变,还将影响多年冻土的平面分布,如融区扩大、大片多年冻土南北界的移动、稳定型多年冻土转化为不稳定型多年冻土等。
因此,高温冻土的不稳定性加之全球表面温度变化,使得青藏高原铁路的修建面临着严重的挑战。
长期的工程实践表明,在低温冻土区,增加路堤高度或铺设保温材料均可有效的保护多年冻土,使多年冻土上限上升。
但是,在高温多年冻土区,修筑路基后改变了地表与大气的热交换条件,使多年冻土地温重新进行热平衡调整,增加路堤高度不但不能使冻土上限上升,反而形成融化盘,若过高的增加路堤高度,由于吸热面的增大和阴阳坡的作用,又会造成融化盘的不对称,而导致路基的不均匀沉降。
若在路基中铺设保温材料,由于它既可在夏季阻挡上部热量传入,但在冬季又能阻挡上部冷量传入和下部的热量传出,长期下去可能会在路基中形成热量累积,致使多年冻土上限下降。
所以说,增加路堤高度或在路基中铺设保温材料保护地基冻土的方法均是被动消极的,不足以或不可能完全消除冻土路基的融化下沉,尤其在全球气温升高的大趋势下更是如此。
由于多年冻土的冻胀融沉特性,已有的公路冻土路基普遍存在严重的病害,冻结期路基不均匀冻胀,引起道路变形、裂缝,路面凹凸不平,融化期路面翻浆冒泥、路肩滑塌和路面沉陷等,给冻土区的公路运营造成极大的困难。
调查资料表明,高原多年冻土区公路路基病害,80%以上是由于路基下部多年冻土的热融沉陷引起的。
为了应对高温冻土和全球变暖的严重挑战,必须改变以往一直沿用的消极被动保护冻土的办法,采用积极主动保护冻土的工程措施,即冷却地基的方法,研究开发新的地温调控原理和技术,采用能冷却地基的新的路基结构形式,以确保路基工程的长期稳定,是我们要在青藏铁路工程建设中解决的关键技术问题。
3.保护多年冻土的几种工程方法从传热理论来讲,调控辐射、对流和传导均可有效的调控路基温度场,表现在工程措施上有遮阳、改变路基表面颜色、通风、热桩、填石路堤、变导热系数材料、保温材料等等。
3.1 片石通风路基目前青藏铁路多年冻土区路堤结构形式大量采用的是片石通风路堤。
片石通风路堤、片石或碎石护坡路堤和片石护道路堤,是保护多年冻土路基工程有效的方法。
具有关资料介绍,块石层在寒冷季节的当量导热系数是温暖季节的5~10倍甚至更多,因此,块石层可有效的提高路基下地基的蓄冷量,对多年冻土地基进行养护,效果明显优于导热系数不随温度变化的各类保温材料。
块石由于其孔隙大,空气可在其中自由流动或受迫流动,当温暖季节表面受热后,热空气上升,块石中仍能维持较低温度,块石中的对流换热向上,因此传入地基中的热量较少;寒冷季节时冷空气沿孔隙下渗,对流换热向下,较多的冷量可传入地基中;所以,综合效果是冷量输入大于热量输入。
另一方面,块石体内以其较大的空隙和较强的自由对流,使得冬夏冷热空气由于密度等差异,而不断发生冷量交换和热量屏蔽,其结果是有利于保护多年冻土,维持冻土上限的热平衡,保持路基下冻土上限位置不变或使其上升。
总之,片石通风路基结构形式,是一种利用自然冷能保护多年冻土的工程措施,无论是施工过程还是工程效果,都对冻土起到了一种保护作用。
填土路基在冻土区取土,无论离线路远近,都是对多年冻土天然保护层大片的破坏,而片石取材于基岩裸露或埋深较浅区段,对多年冻土环境破坏甚微,很好地起到了保护多年冻土环境的作用。
3.2 通风管路基通风管路基是一种积极保护冻土的工程措施,其工作原理是:在寒冷季节,冷空气有较大的密度,在自重和风的作用下,将埋置于路基土体通风管中的热空气挤出,并不断将周围土体中的热量带走,达到保护地基土冻结状态的目的。
通风管路基的实际应用效果,目前正处于试验研究阶段,据室内模型试验研究结果:设有通风管路基模型体的负温温度场的发展,要比不设通风管路基模型体的负温温度场的发展快得多,路堤全断面土体能够迅速冻结,不会影响下部地基土体的热状况,甚至能引起进一步的冻结,可以说通风管路基是一种有效的保护冻土的工程措施。
3.3 热桩保护多年冻土路基热桩是一种汽液两相对流循环的热导系统。
它实际上是一根密封的管,里面充以工质,如:氨、氟里昂、丙烷、二氧化碳等。
管的上端为冷凝器,由散热片组成,下端为蒸发器,中间为绝热段。
当冷凝器温度低于蒸发器的温度时,蒸发器中的液体工质吸收热量蒸发成气体工质,在压差作用下蒸汽上升至冷凝器,放出汽化潜热,同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体,在重力作用下液体沿管壁回流至蒸发器再蒸发。
如此往复循环,将热量传出而吸收冷量。
当蒸发器的温度低于冷凝器温度时,对流循环停止。
因此,热桩可以将冷量传递贮存于地下,又可阻止热量向下传递,是一种可控热量传递的高效热导装置。
热桩在处理多年冻土地基的稳定性方面有很好的应用价值,它不但可降低土体的温度,提高冻土地基的承载力,而且可有效地防止地基融化下沉。
青藏高原年平均气温较低,产冷量大,热桩的使用更具有优势。
3.4 保温材料在冻土路基中的应用用保温材料保护冻土,就是在修筑路基时加铺一层保温材料,利用保温材料的低热导性阻止上部热量进入下部土层,从而起到保护冻土的作用。
在多年冻土区筑路,地表热交换条件的改变所引起的路基内的热积累会导致多年冻土上限的下降,当铺设保温材料后,则可保持多年冻土上限一定的稳定性。
但这种热阻效应在阻止上部热量向下传输的同时,也阻止了寒冷季节多年冻土向外部的散热,它可以改变进入多年冻土的热周转量,但不能改善进出多年冻土热平衡的趋势。
筑路后路基内通常呈热积累发展趋势,因此保温材料层的效果也只是减弱热积累的发展,而不能彻底扭转这种热积累的发展趋势。
对于低温冻土,保温材料层或许可以维持多年冻土上限在使用期内的稳定性,而对于高温多年冻土,热积累几乎完全用于多年冻土的融化,即使是少量的热积累也可能使多年冻土发生逐年的融化,因此,高温多年冻土区保温材料层只能起减缓多年冻土融化速率的作用。
为了更好的保护高温多年冻土路基的稳定性,我们是否可设想研制一种变导热性能结构的材料,即:在吸热过程中,它具有绝热材料的性能,从而阻止热量向下部多年冻土传输,而在回冻季节它具有导热材料的特点,使其下部热量充分向上部释放。
这种体现单向导热性能的材料,暂且称之为热半导体保温材料。
从实际应用的角度出发,该结构材料应具备造价低、便于施工安装、易维护、使用寿命长等特点,如果将这种结构材料成功地用于高温多年冻土区的筑路工程,融化下沉等病害将有望得到很好的解决。
3.5 用遮阳结构保护多年冻土路基工程目前,在青藏铁路工程建设中还未使用遮阳结构。
青藏高原地处中、低纬度、高海拔地区,太阳辐射十分强烈,遮阳结构可以大量的减少太阳对路基工程的有效辐射,降低其温度,如在遮阳结构外表面涂上具有高反射性能的涂料,效果会更佳。
青藏高原现场试验研究结果表明,在遮阳结构内地面平均温度比遮阳结构外低出8℃左右,这意味着冻土上限会上升。
因此,对于目前全球气温日益上升的情况下,在青藏高原地区工程建设中采用遮阳结构措施,可能会达到事半功倍的效果。
