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为了解决冻土的“热融冻胀”,在青藏铁路的建设中,科学家主要采取了三大对策。
片石路基
在青藏铁路沿线,当人们看见路面铺的一层片石时,也许会认为这是为了增加路基的稳定性。其实,这是解决冻土难题所采取的一个对策:片石路基。
在阿尔卑斯山区曾经发现过一个有趣的现象:堆放在一起的石块层底部的温度比顶部的温度低,而且底部还有多年冻土存在。这是石块空隙中的对流机制和热传导机制共同作用的结果。这给工程技术人员以很大的启示。利用这一机理,青藏铁路大量采用片石层路基。其做法是,首先用10~30厘米的片石铺成1.2米厚的片石层,然后铺30厘米厚的碎石过渡层,最后在上面按路基高度要求填上土。有了这一层片石,就可利用它的顶面和底面之间的温差,利用片石层内部的传热机理,尽可能多地把外界的冷量带到下面的多年冻土里,同时阻挡外界的热量传入底部,这样就增加了多年冻土的冷储量,达到了保证多年冻土的热稳定性的目的,从而使路基处于稳定状态。
路基有时会发生纵向开裂现象,这是因路基的阴阳坡变形不均匀造成的,也就是说,阴阳坡吸收的热量不一样,造成的路基沉降变形也不一样。这还是冻土在找麻烦。解决的办法是,除了为下面的冻土主动降温以外,还要使阴阳坡降温有一定差别。具体做法是,把片石路基的原理用到边坡上,在施工中把整个边坡用一定厚度的片石或者碎石围护起来,整个路基上下左右都降温,冻土一下子就踏实了。
热棒降温
在青藏铁路沿线,人们还可以看到路基两旁排列着一些高约2米、直径约15厘米的钢管,这是什么呢?这就是降温用的“热棒”。
何谓“降温热棒”?就是把一些7~12米长的密封钢管,在抽真空后注入一定量的制冷剂(青藏铁路采用的制冷剂是氨水),其原理同电冰箱一样,把它竖直插进路基土体后,依靠内部和外部的温差使它里边的制冷剂蒸发冷却循环来为土体降温。
热棒具有单向传热性能,也就是热量只能从地下向地上传热。冬季,棒内的液态氨由液态变为气态,带走热量,增加路基的储冷量;夏季,热棒停止工作,保持冻土低温,使其不融化。热棒可以插在坡角、路肩、坡面上,组成不同形式的热棒路基。冻土在热棒的作用下安安稳稳地睡觉,路基也就变稳定了。
以桥代路
可可西里国家自然保护区美丽而神秘,这里虽然没有水,没有河,人们却看到,青藏铁路在这里修建了一座长达11.7千米的铁路大桥——清水河大桥。这是为什么?这就是所谓的“以桥代路”,也是用来解决冻土问题的。青藏铁路沿线有冻土路段547千米,用“以桥代路”解决冻土问题的路段大约有100多千米。
位于楚玛尔河高平原地区的清水河附近,这里的冻土不仅不稳定,而且含冰量很高,甚至还有厚厚的地下冰层。它自身潜在的巨大危险再加上全球未来50年的气温升高因素,一旦冻土发生融化,它对铁路的威胁也许只能用“灾难”来形容。
“以桥代路”的技术核心是采用对冻土热扰动较小、承载力较大的混凝土灌注桩基。青藏铁路的旱桥桥墩的桩基深达20~25米,有的甚至达50多米。因为桥墩直接深入到了地下稳定的岩石层,最大限度地减少了桥梁基础同冻土的接触,铁路就像飞架在冻土之上,稳稳当当地托载着火车飞驰向前。
“以桥代路”不仅保证了路基的稳定,而且这些桥洞还成为野生动物自由迁徙的通道。
在多年冻土上修筑铁路,对世界上任何国家来说,都是一个大难题。在青藏铁路的建设中,我国的科技工作者经过几十年的研究和试验,为青藏铁路在冻土区的设计、施工提供了有力的科学技术保障,而且采用全新的技术手段,破解了世界铁路建设史上第一次面临的大规模的施工难题,让青藏铁路顺利穿越险象环生的冻土,在世界屋脊开出一条无比壮观的钢铁天路!
片石路基
在青藏铁路沿线,当人们看见路面铺的一层片石时,也许会认为这是为了增加路基的稳定性。其实,这是解决冻土难题所采取的一个对策:片石路基。
在阿尔卑斯山区曾经发现过一个有趣的现象:堆放在一起的石块层底部的温度比顶部的温度低,而且底部还有多年冻土存在。这是石块空隙中的对流机制和热传导机制共同作用的结果。这给工程技术人员以很大的启示。利用这一机理,青藏铁路大量采用片石层路基。其做法是,首先用10~30厘米的片石铺成1.2米厚的片石层,然后铺30厘米厚的碎石过渡层,最后在上面按路基高度要求填上土。有了这一层片石,就可利用它的顶面和底面之间的温差,利用片石层内部的传热机理,尽可能多地把外界的冷量带到下面的多年冻土里,同时阻挡外界的热量传入底部,这样就增加了多年冻土的冷储量,达到了保证多年冻土的热稳定性的目的,从而使路基处于稳定状态。
路基有时会发生纵向开裂现象,这是因路基的阴阳坡变形不均匀造成的,也就是说,阴阳坡吸收的热量不一样,造成的路基沉降变形也不一样。这还是冻土在找麻烦。解决的办法是,除了为下面的冻土主动降温以外,还要使阴阳坡降温有一定差别。具体做法是,把片石路基的原理用到边坡上,在施工中把整个边坡用一定厚度的片石或者碎石围护起来,整个路基上下左右都降温,冻土一下子就踏实了。
热棒降温
在青藏铁路沿线,人们还可以看到路基两旁排列着一些高约2米、直径约15厘米的钢管,这是什么呢?这就是降温用的“热棒”。
何谓“降温热棒”?就是把一些7~12米长的密封钢管,在抽真空后注入一定量的制冷剂(青藏铁路采用的制冷剂是氨水),其原理同电冰箱一样,把它竖直插进路基土体后,依靠内部和外部的温差使它里边的制冷剂蒸发冷却循环来为土体降温。
热棒具有单向传热性能,也就是热量只能从地下向地上传热。冬季,棒内的液态氨由液态变为气态,带走热量,增加路基的储冷量;夏季,热棒停止工作,保持冻土低温,使其不融化。热棒可以插在坡角、路肩、坡面上,组成不同形式的热棒路基。冻土在热棒的作用下安安稳稳地睡觉,路基也就变稳定了。
以桥代路
可可西里国家自然保护区美丽而神秘,这里虽然没有水,没有河,人们却看到,青藏铁路在这里修建了一座长达11.7千米的铁路大桥——清水河大桥。这是为什么?这就是所谓的“以桥代路”,也是用来解决冻土问题的。青藏铁路沿线有冻土路段547千米,用“以桥代路”解决冻土问题的路段大约有100多千米。
位于楚玛尔河高平原地区的清水河附近,这里的冻土不仅不稳定,而且含冰量很高,甚至还有厚厚的地下冰层。它自身潜在的巨大危险再加上全球未来50年的气温升高因素,一旦冻土发生融化,它对铁路的威胁也许只能用“灾难”来形容。
“以桥代路”的技术核心是采用对冻土热扰动较小、承载力较大的混凝土灌注桩基。青藏铁路的旱桥桥墩的桩基深达20~25米,有的甚至达50多米。因为桥墩直接深入到了地下稳定的岩石层,最大限度地减少了桥梁基础同冻土的接触,铁路就像飞架在冻土之上,稳稳当当地托载着火车飞驰向前。
“以桥代路”不仅保证了路基的稳定,而且这些桥洞还成为野生动物自由迁徙的通道。
在多年冻土上修筑铁路,对世界上任何国家来说,都是一个大难题。在青藏铁路的建设中,我国的科技工作者经过几十年的研究和试验,为青藏铁路在冻土区的设计、施工提供了有力的科学技术保障,而且采用全新的技术手段,破解了世界铁路建设史上第一次面临的大规模的施工难题,让青藏铁路顺利穿越险象环生的冻土,在世界屋脊开出一条无比壮观的钢铁天路!