【博士】青藏鐵路唐古拉山區(qū)越嶺方案比選和評價(jià)研究【2006】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：自然地理學(xué)　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所　　學(xué)位年度： 2006年本文主要結(jié)合青藏鐵路唐古拉山區(qū)越嶺方案比選和方案評價(jià)工作，比較和分析鐵路埡口DK方案和公路埡口ICK方案的凍土工程地質(zhì)條件和凍土工程復(fù)雜性的差異，給出了DK方案和ICK方案的優(yōu)劣．同時(shí)針對鐵路埡口的DK方案凍土工程地質(zhì)條件、鐵路工程對生態(tài)環(huán)境的影響和鐵路建設(shè)后凍土工程長期監(jiān)測資料開展了唐古拉山越嶺DK方案評價(jià)研究，得到了研究結(jié)論。　　1．綜合根據(jù)唐古拉山區(qū)越嶺DK和ICK方案的線路技術(shù)指標(biāo)、凍土工程地質(zhì)條件分析、工程技術(shù)條件和鐵路工程對生態(tài)環(huán)境影響的分析，DK方案線路技術(shù)指標(biāo)、凍土工程條件和工程技術(shù)條件均比ICK方案優(yōu)越。DK方案唯一缺點(diǎn)是遠(yuǎn)離公路，施工條件較差，未來的運(yùn)營和維護(hù)條件較差，對生態(tài)環(huán)境的影響較大．但唐古拉山越嶺DK方案綜合投資比ICK方案節(jié)省3．5億元，且各種工程技術(shù)措施技術(shù)上充分可行。因而推薦采用鐵路埡口DK方案穿越唐古拉山區(qū)?！　?．多年凍土區(qū)工程復(fù)雜性可以用多年凍土區(qū)工程地質(zhì)條件重要的組成要素的地質(zhì)場來表征，本文提出了用多年凍土特征、生態(tài)環(huán)境和氣候變化三個(gè)對工程穩(wěn)定性的影響最大的組成要素來描述唐古拉山越嶺DK方案的工程復(fù)雜性，通過層次分析法建立凍土工程復(fù)雜性評價(jià)模型，給出了凍土工程復(fù)雜性系數(shù)分布圖。結(jié)果表明了唐古拉山區(qū)越嶺DK方案凍土工程復(fù)雜性要比ICK方案相對簡單，ICK方案的工程復(fù)雜性較高的路段約比DK方案多18％左右，從工程復(fù)雜性來看，DK方案明顯比ICK方案要優(yōu)越。多年凍土區(qū)工程復(fù)雜性可以較好的用來定量比較多年凍土區(qū)線路方案的優(yōu)劣，為多年凍土區(qū)鐵路選線和方案比選提供了定量研究的方法。3．唐古拉山越嶺DK方案的高溫多年凍土路段長度約為77．59kin，約占線路全長的56．5％；低溫多年凍土長度為21．66kin，約占線路長度的15．8％；高含冰量凍土路段長約53．37km，約占線路長度的38．8％；高溫高含冰量凍土路段為44．99km，約占線路長度的32．8％。氣候變化將會(huì)對DK方案沿線的多年凍土長生較大的影響?！　?．本文提出了采用工程她質(zhì)勘測前和設(shè)計(jì)后工程地質(zhì)條件的變化綜合的工程地質(zhì)評價(jià)方法，針對性地對唐古拉山越嶺DK方案的凍土工程地質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行了區(qū)段劃分和評價(jià)，初步給出了唐古拉山越嶺DK方案潛在病害路段．唐古拉山中高山區(qū)出現(xiàn)潛在病害可能性較大的路段占本段長度的10．2％左右，扎加藏布曲盆地出現(xiàn)潛在病害可能性較大的路段約占本段長度的15％，頭兒久山區(qū)出現(xiàn)潛在病害可能性較大的路段約占本段長度的25％。　　5．唐古拉山越嶺DK方案沿線生態(tài)環(huán)境較為脆弱，對工程擾動(dòng)的敏感性強(qiáng)。高寒沼澤化草甸和高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)是強(qiáng)度脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，對工程擾動(dòng)的敏感性極高，與凍土環(huán)境變化戚戚相關(guān)。工程建設(shè)將必然對凍土區(qū)生態(tài)環(huán)境和凍土環(huán)境產(chǎn)生極大影響，進(jìn)而引起工程環(huán)境變化．因此，青藏鐵路唐古拉山越嶺DK方案的設(shè)計(jì)和施工過程中，重點(diǎn)保護(hù)目標(biāo)是凍土環(huán)境，以保護(hù)地表植被、防止生態(tài)功能退化為重點(diǎn)，避免路基工程對地表徑流影響，保護(hù)濕地水資源以防止?jié)竦匚s，保護(hù)凍土環(huán)境穩(wěn)定以防止工程環(huán)境惡化．　　6唐古拉山越嶺DK方案沿線凍土監(jiān)測結(jié)果表明，天然條件下多年凍土上限是穩(wěn)定的，多年凍土上限溫度變化較為穩(wěn)定。但由于氣候條件、地形、土質(zhì)以及植被條件等因素的影響，多年凍土上限深度存在較大的差異。年平均地溫低于．1．0℃的多年凍土，其上限深度較??；年平均地溫高于．1．O℃多年凍土，且上限深度較大。對于強(qiáng)烈退化型多年凍土來說，在活動(dòng)層底板和多年凍土頂板之間存在右融化夾層，其多年凍土溫度梯度基本是接近零梯度的?！　?．多年凍土區(qū)融區(qū)修筑路基后，普通路基下部左路肩凍結(jié)深度可達(dá)5．2m，但尚不能形成凍土隔年層，而處于陰坡的右路肩，凍結(jié)深度可達(dá)7．2m，已具有初步形成凍土隔年層的趨勢。多年凍士區(qū)修筑普通路基后，左路肩下多年凍土上限未得到抬升，右路肩下多年凍土上限抬升了約20cm；右路肩下部人為多年凍土上限附近溫度有極少量的“冷量”積累，這有利于人為多年凍土上限穩(wěn)定；左路肩下部人為多年凍土上限附近溫度有升高趨勢，似乎不利于多年凍土上限穩(wěn)定性．　　8．路基鋪設(shè)塊石護(hù)道后，2003—2004年問路基中心下部人為多年凍土上限小幅度抬升，但到2005年時(shí)人為多年凍士上限下降，比原天然上限還低40cm左右。主要是由于路基高度較大，路基中心以下人為多年凍土上限附近土體冬季并未獲得足夠的能量降低土體溫度，左右路肩下部多年凍土頂板和凍結(jié)底板之間存在融化夾層，塊石護(hù)道對路基下部土體并沒有起到降溫作用。塊石路基結(jié)構(gòu)下人為多年凍土上限都得到了較大幅度抬升。高溫多年凍土人為上限附近溫度維持在O℃左右，人為多年凍土上限附近土體與大氣間的熱交換過程非常微弱。低溫多年凍土人為上限附近溫度隨外部氣溫條件變化而變化，上限附近土體與大氣間形成了較強(qiáng)的熱交換過程，對形成穩(wěn)定的人為凍土上限是極為有利的?！　?．根據(jù)路基工程下部多年凍土監(jiān)測，對于低溫多年凍土區(qū)來說，路基下部多年凍土變化趨勢有利于路基工程穩(wěn)定性，即使是零斷面路堤，目前多年凍土變化趨勢也是有利于路基工程穩(wěn)定性。對于高溫多年凍土來說，塊石路基下部人為多年凍土上限得到了有效地抬升，但其人為凍土上限附近溫度極高，且上限附近土體與大氣間熱交換過程較弱，這對路基工程穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。采取了塊石護(hù)道工程措施，本監(jiān)測斷面前兩年上限抬升后，第三年路基下部人為上限又發(fā)生了下降，這對路基穩(wěn)定性有較大影響，這一結(jié)果可能預(yù)示著高溫多年凍土區(qū)仍然會(huì)發(fā)生較多的病害?！　?

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