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自从进场之后,舒城便对高原冻土的解决方案,进行了一系列的学习研究,想知道铁路建设中,是如何解决高原冻土问题的。
和林小勇经过一个星期的讨论,终于明白了高原冻土的解决方案。
而今天,舒城开这个会议,就是为大家普及一下,高原冻土的处理办法。
听到舒城的话,林小勇顿了顿开口道:“高原冻土,这个名字,想必大家不会陌生,其实高原冻土,就指在高原上持续冻结状态两年或两年以上的含冰的土壤,土壤中含的都是冰渣。在冬天,它会产生冻膨,导致土壤隆起,而夏天却会出现热融,就是土面下沉,周而复始,使地面变得凹凸不平。”
其实说白了,就是土壤受冷就结冰,一旦结冰,参杂在土壤中的水分成冰,体积增大,便会膨胀,导致土壤隆起。
一旦温度升高,冰便会融化,参杂在土壤中的冰化成了水,体积减小,土壤就下沉。
高原地区,随着温度的升高和降低,就不断的重复着两种状态。
如果在这种土壤上,修建铁路,是人都能想象的出。
一到冬天,土壤膨胀,铁路就鼓起,这一个包那一个包的,导致铁路不平,在这种铁路上,还敢跑火车?
再到夏天,冰融化成水,土壤便成了一个个坑,在其上面的铁路,也随之下沉。
一些严重地带,随着年度的增加,下部冻结的冰并不会融化,日积月累,导致冰层越来越厚,隆起及其剧烈。
铁路上,钢轨的坡度和两根钢轨的高差,是有规定的,一旦超过这个规定,很有可能就会发生出轨事故。
因此,在没有解决冻土问题之前,谁也不敢在这种土壤中修建铁路。
从外国在冻土上建设铁路就能看出,建成之后,就没跑过车的。
而施工技术活动,对冻土的影响,尤为剧烈,在多年冻土上修建铁路路基以后,改变了地表和大气的热交换条件,使多年冻土地温重新进行热平衡调整。
由于冻土的冷胀、融沉特性,冻土路基普遍存在严重病害。
“我国经过长达半个多世纪的努力,一位位老一辈,前仆后继,终于找到了几种解决冻土上修建铁路的办法。”林小勇继续道。
对于林小勇的讲话,众人都没有打搅,不止是技术人员,连项目部其他成员,都很好奇的望着林小勇,想知道冻土的解决办法。
“在现有的高原冻土解决方法里面,有三种比较通用的方法,可以解决高原冻土问题,而这三种解决高原冻土问题的方法,分别是根据冻土冻结的深度和严重性来划分的。”林小勇继续道:“对于一般的冻土层,冻土厚度不是特别深,冻土表面也没有水和沼泽,这样的冻土层,我们称之为第一种冻土,也属于轻微冻土。”
第一种冻土,就是冻结深度不太严重,这种冻土因为含水量稍微少一些,冬天和夏天对它的体积影响较小,但依然有影响,只是隆起和下沉量不是特别多而已。
即便这样,也得考虑地基下沉因素,毕竟天路线可以说是百年大计,党和国家领导人,都极其重视。
哪怕下沉一公分,又隆起一公分,造成铁路出现一个个三角坑,火车都可能倾翻。
因此,任何人都不敢大意。
“第二种,算是中度冻土,就是冻结的深度,比第一种要严重,冻结的深度更深,随着气温的变化,土壤上升和下降较为严重。”林小勇又道。
对于第二种冻土,就是在第一种冻土上,冻结的深一些。
从昆仑山到唐古拉山这段距离内,昆仑山地界开始,越往唐古拉山,冻土的厚度,会随之变化,呈现阶梯型。
而昆仑山开始地段,冻土并不是很严重,继续往唐古拉山地段,冻土逐渐变得严重起来,最后更是有永久冷冻层。
“最后一种,也是最复杂的冻土,也可以称之为重度冻土。这部分冻土,一般位于沼泽地带,而且冻土深度多的达几百米,在下面是永冻层,如何在这种冻土上建铁路,最为困难。”林小勇继续道:“因为随着温度的变化,沼泽就像泥潭,冻土板结,可以过车,夏天就深陷,对地基的影响及其严重!”
一直以来,如何在冻土沼泽上修建铁路,才是铁路科研人员最为关注的事情,在这方面的研究,长达半个多世纪。
为何将冻土分成三种,又使用三种不同的解决办法,主要原因,还是考虑到预算投资等事情。
区分完三种冻土之后,林小勇继续道:“对于解决冻土的办法,设计院给出的答案是:尽量不扰动原有地层,通过某种办法,让冻土的温度,保持在一个范围内。让冻土不会因为温度的变化,而出现隆起和下沉情况,如此一来,保证线路的稳定性,确保行车安全。”
说白了,就是控制冻土的温度,一旦冻土的温度控制在某个很小的范围内,不会受外界气温的影响,就不会有下沉和隆起情况出现。
这种办法,就是以‘冷却路基’为手段的积极的保护冻土原则。
可如何达到这个目的,才是关键所在。
像青藏公路等工程的建设,也存在冻土区域,前期施工地段,却不是这样考虑的。
当时修建青藏公路的时候,遇到冻土区段,常用的办法都是增加热阻力为手段,来保护冻土原则。
这种办法,就是采取不开挖,多填路基的原则,可当温度变化较大时,冻结和融化厚度不一致时,依然会出现下沉剧烈等情况,最终导致路面破坏严重。
“对于第一种轻微冻土,设计院给出的办法叫片石砌冷路基,也叫抛石路基,抛石路基又分为两种,一种叫抛石护坡路基,另外一种叫抛石气冷路基。”林小勇介绍道。
其实在提出这种抛石路基之前,科研工作者们先做了另外一个试验,还有另外一种办法,也能解决高原冻土问题。
这种办法,叫着通风管路基。
通风管路基,顾名思义,就是在路基下面,并排着埋设一根根混凝土管,就像我们见过的,从路下面埋设一根水管一样,只是通风管路基,是埋设一大排的管道。
冬天的时候,空气有较大密度,在自重和风的作用下产生对流,带走管内的温度,并不断的将周围土体的热量带走,降低基底地温,达到保护冻土的目的。
说白了,就是到了冬天的时候,冷空气从管子里穿过,带走管子里和周围土壤的温度,冻土的温度便不会因为在上面铺设了路基,而导致热量传输不出去的情况出现。
但是,通风管路基有一定的局限性,它受管径、风向、管内积雪、积沙等因素影响。
比如管径不够大,夏季的时候,管内的温度对流时没法将热量带出去,对冻土就会产生影响。
还有风向,高原上,风的方向不可能正好和你的路基通风管一致,风正好可以从通风管穿过,一旦风没法从通风管通过,里面的热量便带不走,对冻土也有影响。
另外,管内积雪、积沙就更加不用说,空气对流不通,热量就没法带出去。
除此之外,还有另外一个最为关键的原因,通风管路基,造价太高,如果天路线都使用这种形态的路基,天路线的预算,搞不好要多好几成。
因为通风管路基的局限性,让铁路科研工作者们沉思,是否有其他办法,来代替通风管呢?
经过长时间的研究,铁路方面的领军人物,在一次偶然的机会,发现了一个奇怪的现象。
他们发现,在堆积石头的地面,这块土地周围的温度,普遍较低,于是便对石头,展开了研究。
经过研究发现,石头堆积在一起,在没有其他杂物的情况下,具有二极管热传导作用。
也就是说,堆积在一起的石头,可以产生空气的对流,从而带走土壤中的温度,降低土壤的温度。
“抛石护坡路基,就是在路基斜坡上,增设抛石层;抛石气冷路基,就是在路基垫层之上,设置一定厚度和孔隙度的抛石层。由于抛石层的孔隙性大,空气可以在里面自由的流通。当夏季表面受热后,热空气上升,抛石中气体处于热传导状态,带走热量,且仍能维持较低温度,防止热量往下传播。”林小勇道。
在舒城看来,抛石路基,目的就是一个,夏天,通过空气对流,带走土壤中是温度,同时,抛石还能遮挡阳光,阻止温度传入冻土层,让冻土保持一个相对稳定的状态,不至于融化下沉。
冬天,冷空气可以通过抛石下渗,抛石中的抛石依旧处于热对流状态,较多的冷空气传入地基,冻土更加板结,稳定路基。
这种‘冷却路基’的办法,也是天路线,使用的最为广泛的一种办法,加上这种路基的造价并不是很高,利于推广应用。
唯一需要注意的是,对抛石的粒径大小的选择,有一定的规定,还有就是抛石之间,不能有杂物,以防影响空气对流效果。
当林小勇介绍完第一种高原冻土解决办法,便开始为大家介绍第二种解决办法。未完待续。
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