【博士】青藏铁路唐古拉山区越岭方案比选和评价研究【2006】

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内容简介

　　学科专业：自然地理学　　授予学位：博士　　学位授予单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所　　学位年度： 2006年本文主要结合青藏铁路唐古拉山区越岭方案比选和方案评价工作，比较和分析铁路垭口DK方案和公路垭口ICK方案的冻土工程地质条件和冻土工程复杂性的差异，给出了DK方案和ICK方案的优劣．同时针对铁路垭口的DK方案冻土工程地质条件、铁路工程对生态环境的影响和铁路建设后冻土工程长期监测资料开展了唐古拉山越岭DK方案评价研究，得到了研究结论。　　1．综合根据唐古拉山区越岭DK和ICK方案的线路技术指标、冻土工程地质条件分析、工程技术条件和铁路工程对生态环境影响的分析，DK方案线路技术指标、冻土工程条件和工程技术条件均比ICK方案优越。DK方案唯一缺点是远离公路，施工条件较差，未来的运营和维护条件较差，对生态环境的影响较大．但唐古拉山越岭DK方案综合投资比ICK方案节省3．5亿元，且各种工程技术措施技术上充分可行。因而推荐采用铁路垭口DK方案穿越唐古拉山区。　　2．多年冻土区工程复杂性可以用多年冻土区工程地质条件重要的组成要素的地质场来表征，本文提出了用多年冻土特征、生态环境和气候变化三个对工程稳定性的影响最大的组成要素来描述唐古拉山越岭DK方案的工程复杂性，通过层次分析法建立冻土工程复杂性评价模型，给出了冻土工程复杂性系数分布图。结果表明了唐古拉山区越岭DK方案冻土工程复杂性要比ICK方案相对简单，ICK方案的工程复杂性较高的路段约比DK方案多18％左右，从工程复杂性来看，DK方案明显比ICK方案要优越。多年冻土区工程复杂性可以较好的用来定量比较多年冻土区线路方案的优劣，为多年冻土区铁路选线和方案比选提供了定量研究的方法。3．唐古拉山越岭DK方案的高温多年冻土路段长度约为77．59kin，约占线路全长的56．5％；低温多年冻土长度为21．66kin，约占线路长度的15．8％；高含冰量冻土路段长约53．37km，约占线路长度的38．8％；高温高含冰量冻土路段为44．99km，约占线路长度的32．8％。气候变化将会对DK方案沿线的多年冻土长生较大的影响。　　4．本文提出了采用工程她质勘测前和设计后工程地质条件的变化综合的工程地质评价方法，针对性地对唐古拉山越岭DK方案的冻土工程地质性质进行了区段划分和评价，初步给出了唐古拉山越岭DK方案潜在病害路段．唐古拉山中高山区出现潜在病害可能性较大的路段占本段长度的10．2％左右，扎加藏布曲盆地出现潜在病害可能性较大的路段约占本段长度的15％，头儿久山区出现潜在病害可能性较大的路段约占本段长度的25％。　　5．唐古拉山越岭DK方案沿线生态环境较为脆弱，对工程扰动的敏感性强。高寒沼泽化草甸和高寒草甸生态系统是强度脆弱的生态系统，对工程扰动的敏感性极高，与冻土环境变化戚戚相关。工程建设将必然对冻土区生态环境和冻土环境产生极大影响，进而引起工程环境变化．因此，青藏铁路唐古拉山越岭DK方案的设计和施工过程中，重点保护目标是冻土环境，以保护地表植被、防止生态功能退化为重点，避免路基工程对地表径流影响，保护湿地水资源以防止湿地萎缩，保护冻土环境稳定以防止工程环境恶化．　　6唐古拉山越岭DK方案沿线冻土监测结果表明，天然条件下多年冻土上限是稳定的，多年冻土上限温度变化较为稳定。但由于气候条件、地形、土质以及植被条件等因素的影响，多年冻土上限深度存在较大的差异。年平均地温低于．1．0℃的多年冻土，其上限深度较小；年平均地温高于．1．O℃多年冻土，且上限深度较大。对于强烈退化型多年冻土来说，在活动层底板和多年冻土顶板之间存在右融化夹层，其多年冻土温度梯度基本是接近零梯度的。　　7．多年冻土区融区修筑路基后，普通路基下部左路肩冻结深度可达5．2m，但尚不能形成冻土隔年层，而处于阴坡的右路肩，冻结深度可达7．2m，已具有初步形成冻土隔年层的趋势。多年冻士区修筑普通路基后，左路肩下多年冻土上限未得到抬升，右路肩下多年冻土上限抬升了约20cm；右路肩下部人为多年冻土上限附近温度有极少量的“冷量”积累，这有利于人为多年冻土上限稳定；左路肩下部人为多年冻土上限附近温度有升高趋势，似乎不利于多年冻土上限稳定性．　　8．路基铺设块石护道后，2003—2004年问路基中心下部人为多年冻土上限小幅度抬升，但到2005年时人为多年冻士上限下降，比原天然上限还低40cm左右。主要是由于路基高度较大，路基中心以下人为多年冻土上限附近土体冬季并未获得足够的能量降低土体温度，左右路肩下部多年冻土顶板和冻结底板之间存在融化夹层，块石护道对路基下部土体并没有起到降温作用。块石路基结构下人为多年冻土上限都得到了较大幅度抬升。高温多年冻土人为上限附近温度维持在O℃左右，人为多年冻土上限附近土体与大气间的热交换过程非常微弱。低温多年冻土人为上限附近温度随外部气温条件变化而变化，上限附近土体与大气间形成了较强的热交换过程，对形成稳定的人为冻土上限是极为有利的。　　9．根据路基工程下部多年冻土监测，对于低温多年冻土区来说，路基下部多年冻土变化趋势有利于路基工程稳定性，即使是零断面路堤，目前多年冻土变化趋势也是有利于路基工程稳定性。对于高温多年冻土来说，块石路基下部人为多年冻土上限得到了有效地抬升，但其人为冻土上限附近温度极高，且上限附近土体与大气间热交换过程较弱，这对路基工程稳定性产生较大的影响。采取了块石护道工程措施，本监测断面前两年上限抬升后，第三年路基下部人为上限又发生了下降，这对路基稳定性有较大影响，这一结果可能预示着高温多年冻土区仍然会发生较多的病害。　　

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