冻土与青藏铁路建设的难题及其生态环境保护

1、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

2、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

3、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 而升高。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。穿越多年冻土区长度为632 km,在冻土带 中，年平均地温高于1.0 C高温多年冻土区为275 km,高 含冰量多年冻土区为

4、221 km,高温高含冰量重叠路段约为 134 km。青藏铁路的修建主要困难有三大难题：高寒缺氧， 生态脆弱，高原冻土。冻土问题是青藏铁路成败的最关键问题，而路基的变形 又是冻土问题的核心。【2】路基沉降变形主要来自天然上限 以下高温一高含冰量冻土的压缩及蠕变变形。无论是青藏公 路还是青藏铁路，必须首先面临多年冻土分布、多年冻土融 区分布、多年冻土年平均地温分区、高含冰量冻土的分布等 重大冻土工程地质问题，因为它涉及了勘测重点和设计原则 的制定，直接关系到青藏铁路路基稳定和投资。【4】融沉、 冻胀和不良冻土现象的发生和发展直接或间接地受到冻土 含冰量、地温、岩性、水文条件以及大气温度、微地形地

5、貌、 周边植被环境等诸多因素的影响。【5】影响路基稳定性的核心问题是多年冻土年平均地温分 区。考虑全球气候升温的影响，青藏高原是气候变化的“启 动器”，其升温要早于周围地区；也是气候变化的“放大器”， 其升温值要高于全球平均值。由于铁路路基表而透气、存在 蒸发过程，且表面粗糙度较大，不同于公路，所以关键就是 铁路路基选择什么样的关键年平均地温值来定义高、低温多 年冻土的界限以衡量冻土周期性的冻融程度【4】。气象台站 主要通过冻土器进行冻土的测量，根据埋入土中的冻土器内 水结冰的部位和长度,来测定冻结层次及其上限和下限深度。【1】其次是地下冰分布问题，也是影响冻土路基稳定的最为 重要的因素之一，

6、防止产生冻融灾害或者不良冻土现象。地 下冰最为集中地分布在多年冻土上限附近，修筑路堤后引起 多年冻土上限变化，且铁路修建材料的选择会引起低温升高， 造成地下冰融化，导致路基产生融化下沉以至被破坏。由于 地下冰受多因素控制，在空间上的形成是不均匀的，会导致 不同的含冰状态。富冰、饱冰冻土和含土冰层的高温多年冻 土区融化会严重危害路基稳定性。【4】分析平均低温分区与铁路修建对于地下冰融化的影响，因为 冻土在冻结时强度很大，相当于次坚石，但含冰冻土融化后 则完全丧失承载力。所以控制一定的低温范围，采取有效措 施防止路基下冻土融化，才是青藏铁路成败的关键。3.解决方法借鉴青藏公路所对采用保温热阻材料的

7、路基的经验，确 实可以减少其下地温的年变幅，起到延缓多年冻土融化的效 果，但不能改变因修筑路基而引起的吸热趋势，在气候转暖 的大趋势下，高温冻土区保温处理措施的长期效果不佳。因 此青藏铁路的设计思想应由“被动保温”转向“主动降温”， 米用冷却路基法来确保路基稳定。冷却路基法是利用（1）通过改变路堤的结构和材料以 调控辐射。增加路基表面的反射率可减少表面接收的太阳辐 射，降低地温。可考虑采用浅色或白色的道碴以减少表面的 吸热。（2）采用调控对流的措施。如使用块石路堤、抛石护 坡和块石护道是冷却路基的有效措施，增加了与空气的对流， 助于散热降温。（3）调控传导的措施。可以寻找冻结时的导 热系数远大于其融化时导热系数的“热半导体”材料。如果 这种材料的承重能力足够，可用于堤身；如果承重能力不足，则可用于坡面，以冷却路基。【3】植被对冻土的影响具有两种非常重要的功能，保温作用 和冷却作用9.夏季植被部分地阻挡了太阳直接和散射辐 射，使土体冷却.冬季则相反，植被是阻挡土壤散热的隔热 体，对土体起保温作用，这种作用应地区而异，作用有所不 同，因而对冻土发育的影响也不同.植被与多年冻土是平行 发育的，植被不仅可以作为指示冻土发育，而