按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
温度观测、桥涵变形、下沉地温观测和桩基试验观测10多个。这里被誉为“中国高原冻土筑路科学研究城”。先后有美国、加拿大、俄罗斯等国家近六十多名冻土知名科学家、专家来到风火山参观和进行学术交流。
风火山，一座历史上的丰碑，它不仅托起了260万西藏人民的千年梦想，而且将永远铭刻着西北研究院三代科技工作者的巨大贡献！
第三章 青藏铁路——冻土铁路工程的博物馆三 冻土工程的博物馆
在青藏高原多年冻土区上修建铁路，面临的首要问题就是确定高、低温多年冻土的界限。青藏公路建设的多年实践经验表明；如果某地区年平均地温高于…1。5℃；那么仅采用加高路基的方法是不能保护其稳定的；必须采取综合治理的方法来解决问题。
其次是青藏铁路沿线地下冰的空间分布问题。由于冻胀和融沉的交替作用；导致房屋地基不均匀下沉；墙体出现巨大的裂缝。房屋是采暖建筑物；冻土对它的破坏作用远远超过公路等冷结构物。在青藏高原的多年冻土区；修建房屋如不采取适当措施；一般两年后就会产生冻土破坏现象。修建于上世纪50年代的青藏公路；经常发生冻土破坏现象。在铺砌了黑色路面之后；由于吸热量增多；导致路基地下冰融化；加剧了路面的破损。
地下冰是产生冻融灾害或者不良冻土现象的根本因素；因而也是影响铁路路基稳定性的最大因素之一。地下冰集中地分布在多年冻土上限附近；修筑路基后极有可能引起多年冻土上限下降；其结果就会造成地下冰融化；导致路基下沉塌陷。特别是在高含冰量、高温多年冻土的斜坡地带；十分微弱的工程热扰动也可能引起冻土区斜坡稳定性的变化；从而导致铁路运营出现问题。
上世纪六十年代以来，冻土科研人员对青藏公路沿线的多年冻土进行了多学科、综合性的科学考察，成为中国系统研究多年冻土、认识多年冻土的一个开端。
1989年，中科院寒旱所成立了冻土工程国家重点实验室，开展了大量的冻土力学、冻土物理学、冻土工程方面的基础研究，为青藏铁路建设提供了大量的试验设计参数。
2000年；青藏铁路的勘察工作就已全面展开。铁道第一勘察设计院派出精兵强将，通过大量的勘探和测试，进一步查清了多年冻土的分布，进行了地温工作分区、以含冰量为主要特征的冻土工程分类、冻土不良地质调绘，为铁路的选线提供依据。2001年1月，铁道第一勘察设计院组织了冻土科研工作队，一行20人对青藏铁路550公里的多年冻土区进行了点、线、面相结合的地质调查。这次新发现冻土不良地质现象39处。因此，他们对原来的线路方案进行修改绕避。
与此同时，为了检验多年冻土地段工程设计理论、工程措施的适应性和可靠性，更好地指导全线工程的设计、施工，2001年在铁道部的主持下，中国科学院、铁道部科学院、中铁西北科学院和有关高校200多名科技术人员，在昆仑山、风火山隧道和清水河、北麓河、沱沱河5个冻土工程试验段开展了39个课题的施工先期试验，内容涉及新技术、新工艺、新材料等各个方面；对路基、桥涵、隧道3大项和9大类工程试验研究课题有了初步结论，验证了部分设计和工程措施的有效性，并广泛地加以应用。
几十年的不懈努力，奠定了坚实的冻土学理论基础。中国冻土科学开创性的研究成果，已经跻身世界先进行列。中国科学院寒旱所研究员吴紫旺认为，几十年来，他们对青藏铁路沿线冻土研究最大的成绩之一是，基本摸清全线多年冻土分布与特征及其工程地质性质，正确提出划分沿青藏铁路的不同冻土地温区。
多年冻土年平均地温是多年冻土热稳定性的重要标志，以多年冻土年平均地温为基础，将青藏铁路多年冻土区划分为四个地温分区：高温极不稳定冻土区（0℃≥TCP≥－0。5℃）；高温不稳定冻土区（－0。5℃≥TCP≥－1℃）；低温基本稳定冻土区（－1℃≥TCP≥－2℃）；低温稳定冻土区（TCP≤－2℃）。根据冻土含冰量以及工程性质不同，把多年冻土分为低含冰量冻土（少冰、多冰）和高含冰量冻土（富冰、饱冰、含土冰层、厚层地下冰）。
中国科学院院士程国栋说：经过几十年、几代人的前赴后继，青藏铁路的技术问题已经基本解决，关键的冻土难题，已经从试验和理论上找到了它的规律性和特殊性。多年的技术积累和沉淀，国家经济实力的增强，大批专业技术人才的成长，终于等来了青藏铁路（格拉段）破土动工这一天。
与俄罗斯西伯利亚、美国阿拉斯加的多年冻土有很大不同；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。近年来；青藏公路沿线的冻土变化已经被诸多的研究结果所证实：上世纪70年代到90年代；青藏公路沿线的季节冻土、融区及岛状多年冻土区的地温升高了0。3…0。5℃；连续多年冻土区年平均地温长高了0。1…0。3℃。年平均地温在0…0。5℃的地温带中；冻土正在迅速变暖和变薄；多年冻土消失速度较快。青藏铁路冻土区的起点——西大滩一带；年平均地温上升了约0。2…0。3℃。惊仙谷多年冻土下限在20年间上升了10…15米；年平均地温已经上升了0。5…0。8℃。20年里；青藏高原的冻土在天然状态下北界向南退化了0。5…1。0公里；南界向北退化了1…2公里。而在多年冻土分布的南北界；公路两侧50米范围内和路基下；冻土的退化速率明显高于天然条件。在工程作用下；多年冻土的北界已经向南退化了约5…8公里；南界则向北退化了约9…12公里。
在全球气候转暖的背景下；对于青藏铁路来说；冻土退化、年平均地温升高、地下冰融化、多年冻土厚度减薄等因素；都会直接影响和威胁铁路路基、桥涵、大中桥梁地基、旱地基等工程的稳定性。IPCC（全球气候变化国际间政府合作组织）2001年发布的预测报告称；“全球表面温度预计在1990…2100年间升高1。4…5。8℃”。青藏高原更是全球气候变化的“启动器”和“放大器”；其升温将高于全球平均值。如果以青藏高原未来50年气温升高2℃来预测；对于多年冻土年平均地温为0…0。5℃；…0。5…1。0℃的极不稳定地温带；特别是这些地温带中的高含冰量地段；多年冻土将会退化乃至消失；从而引起路基塌陷、桥基失稳。因此；高温冻土加温室效应；使青藏铁路的修筑面临着双重挑战。
在青藏铁路的最初设计中，铁路路基工程主要是采取阻挡外界的热量进入路基，保护多年冻土的上限不下降的被动保护冻土的措施。所以，在完成的可行性研究中，大量使用了保温材料和通风管。
“那个方法（铺设保温材料）就好像过去老太太卖冰棍时给冰棍盖上一条棉被，虽然有效，但时间长了，冰棍还是会化的。”程国栋做了这样的比喻。“保温材料是双刃剑，在阻止冷空气散发的同时，也阻隔了冷空气的进入。”
随着工程实践的不断积累，对冻土工程认识的不断加深、研究，设计人员经历了一个实践、认识，再实践、再认识的渐进过程。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战；必须改变以往一直沿用的消极被动保护冻土的措施；采用积极主动的保护冻土措施；即“冷却地基”的办法：减少传入地基土体的热量；以保护冻土的热稳定性为核心；达到保护的热量；以保护冻土的热稳定性为核心；达到保护路基工程和其他铁路工程结构物稳定的目的在考虑全球气温升高对青藏高原影响的背景下，青藏铁路建设总指挥部专家组组长、中国科学院冻土工程国家重点实验室博士生师张鲁新结合水害、沙害和一些次生病害工程设计措施效果的观测分析，编集了近十万余字资料，写出了“全球气温变化背景下青藏铁路现有工程结构和工程措施可靠性分析”的报告。和设计单位共同总结，对冻土设计思想深入反思，使建设管理、施工与设计同步实现了“三大转变”，即设计和施工紧密结合，在设计和工程实践中不断深化对冻土的认识，促使设计工作实现了从静态设计到动态设计的转变；密切注视国内国际对全球性气候变化的研究动态，紧密结合青藏铁路冻土区气温变化的相应过程的研究实践，深入研究冻土对气候变化的响应特点，在设计工作逐步实现工程结构和工程措施从单一到综合的转变；在总结过去研究成果和两年来工程实践基础上，结合冻土试验工程的阶段研究成果，贯彻“冷却地基土体、减少传入冻土的热量”技术路线，在工程结构和工程措施的选取中，实现从被动措施向主动措施的转变。
“对于冻土的认识是逐步深入的。”张鲁新说，“比如当初对于厚层地下冰的斜坡湿地，我们认为采用块石通风护道填筑，就能保证工程的安全。后来，随着认识水平的提高，考虑到全球气温升高的背景，我们全部改为以桥代路。通过工程实践，加上反复的现场调研与设计回访，实事求是地分析和解决现场存在的问题，我们积累了大量的工程实践经验，进而提出了‘三个转变’的设计原则与思路。”为了在青藏铁路建设实践中培养更多的冻土技术人才，张鲁新在青藏铁路工地招收了12名博士研究生，发挥他们的骨干带头作用，有力地推动了冻土攻坚。
一般而言；多年冻土建筑物地基的设计原则可以归纳为三个：其一；保护冻土设计原则；使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；其二；允许融化设计原则；即设计时充分考虑多年冻土地基的营运过程中可能发生的融化程度；或者在建设开始前就采用人工手段；将多年冻土融至预定深度；第三；融化速率设计原则；即经过精确的计算；允许多年冻土地基在营运过程中按一定速率融化。目前；青藏铁路建设应用得最为广泛的一个方法是“保护冻土”。依照这一原则；不但可以克服冻土融化下沉的问题；而且充分利用了冻土材料强度高于融土的特性。
根据多方面的研究成果，专家们总结出了不同冻土地温带的青藏铁路工程设计原则，广泛借鉴和吸收国内外成功经验，创造性地采取了解决冻土施工难题的相应对策：对于不良冻土现象发育地段、线路尽量绕避；对于高温极不稳定冻土区的高含冰量地质，采取“以桥代路”的办法；在施工中采用了热棒、片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、铺设保温板等多项设施，提高冻土路基的稳定性。
青藏铁路现有的冻土工程措施，从其工作原理上可分为三类。一是调控辐射措施，即在路基顶部和路基边坡铺设遮阳棚、遮阳板，减少到达地面的太阳辐射。二是调控对流措施，即通过路基结构形式强制土体产生对流效应，有效利用自然冷能资源来保护多年冻土，如片石通风路基。三是调控传导措施，路基铺设保温材料、热棒（桩）、加高路基高度等措施，改变土体热传导过程。
在青藏铁路工地，你会看到有一种特殊的铁路路基，即在土路堤底部填筑一定厚度片石，上面再铺筑土层的�