青藏铁路主动冷却路基工程效果.pdfVIP

中国科学 E 辑: 技术科学 2009 年 第 39 卷 第 1 期 : 16~ 22 SCIENCE IN CHINA PRESS 青藏铁路主动冷却路基的工程效果 * 程国栋 , 吴青柏, 马巍 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 冻土工程国家重点实验室, 兰州 730000 * E-mail: gdcheng@ 收稿日期: 2007-12-13; 接受日期: 2008-06-20 中国科学院知识创新工程重大项目(批准号: KZCX1-SW-04)和国家杰出青年基金(批准号:资助项目 摘要 在全球变暖的背景下, 高温冻土区的建筑必须改变单纯依靠热阻(增加路堤高度、采 关键词 用保温材料) 的消极“保”温方法, 而采用“冷却路基”的积极“ 降”温措施. 通过局地因素对多年冻 高温冻土 土分布影响的分析得到如下启示: 可以通过改变路基的结构和填料调控传热, 以达到冷却路基 全球转暖 的目的. 青藏铁路的实践表明: 通过遮阳板调控辐射, 通过块石层、通风管、热管调控对流, 通 青藏铁路 冷却路基 过“热半导体”材料调控传导, 通过这些调控方式的组合, 均可有效地降低路基下多年冻土的地 温, 保证路基的稳定. 冷却路基方法是高温冻土区工程建筑应对全球转暖的有效措施. 青藏铁路全长 1142 km, 穿越 632 km 的多年冻 遮挡太阳辐射能有效地降低地温[7]. 对青藏高原风火 土. 其中高温冻土(0~ −1℃)段长 275 km, 高含冰量 山设置的遮阳棚内和遮阳棚外 14:00 时地表温度的观 (20%)冻土段长 221 km, 高温且高含冰量冻土段长 测表明, 一年中棚内地表温度比棚外地表温度低 [1] [8] 134 km . 在考虑全球转暖的情况下, 如何修建这条 8~15℃, 最大差值达 24 ℃ . 由于高原多大风, 不适 铁路, 面临着十分严峻的挑战[2]. 对青藏公路的调查 合使用遮阳棚, 因此, 在北麓河路堤边坡上设置了遮 研究发现: 公路在改建沥青路面后, 60%的路段形成 阳板试验. 观测表明: 遮阳板下的坡面平均温度比遮 融化夹层, 这些路段大多位于高温冻土区; 青藏公路 阳板外的坡面低3.2℃, 最大可以相差4.2 ℃( 图1), 比 路基病害的 85%是由融化下沉造成的[1]. 青藏公路及 天然地表低 1.5℃[9]. 同时, 路基填土在反复冻融作用 : 冻土区其它工程建筑的实践表明 青藏铁路的设计 下会变得疏松. 遮阳板既挡风, 又挡雨, 能有效地减 思想必须由单纯依靠增加热阻(增加路堤高度、采用 少路堤坡面的风蚀和水蚀. 保温材料) 的消极“保”温思路, 改变为“冷却路基” 的 积极“ 降”温思路, 特别在高温冻土区, 非如此难以确 2 调控对流 保路基的稳定[3,4]. 通过局地因素对多年冻土分布影 青藏铁路使用了块石层、热管和通风管等措施调 响的分析得到如下启示: 可以通过改变路基的结构 控对流, 如图 2 所示. 和填料来调控辐射、调控对流、调控传导, 以达到冷 却路基的目的[5,6]. 2.1 块石层