冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响研究

师高鹏

摘 要：随着科技的迅速发展，人们对交通的需求也与日俱增。从第一条铁路的建设通行，到铁路网线四通八达，曾经的“劝君更尽一杯酒，西出阳关无故人”在今天看了已经是无需担心的事情。然而，我国国土广阔，虽然铁路的发展已经取得了一定的成绩，但是对于一些地质特殊的冻土地区（如西部青藏地区），这些地区的铁路修建仍是一个值得研究的问题。文章首先根据冻土地区铁路事业的发展现状，然后分析冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响，最后对冻土地区涵洞开挖的注意事项加以讨论并提出相应的措施、建议。

关键词：冻土涵洞；铁路施工；地基土温

文章以青藏铁路为例，分析冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响，然后对冻土地区涵洞开挖的注意事项加以讨论并提出相应的措施、建议。有“世界屋脊”之称的青藏高原地处我国第一级阶梯，西起帕米尔高原，并向东延伸至川西、滇北的横断山脉；北起昆仑山，南到喜马拉雅山，总跨度可达200多万平方千米，跨越了将近10个纬度之多，其平均海拔可达4500米之高。青藏铁路全长一共有1000多座涵洞，由于其独特的地理位置，所以当地常年寒冷干燥，气候多变，经常会发生冰雹、雷暴、霜冻、寒潮等大气现象；春秋季节短暂、四季不明，植被稀疏，个别地段有严重的沙化现象。由此，对于青藏铁路涵洞设计与国内其他地区的铁路完全不同，必须给予高度重视。由于施工地的地质及水文条件不尽相同，冻土的地温特征也有很大的差异，所以涵洞设计时应该重点考虑涵址处冻土地温及其变化，并以此为依据进行设计与施工。

1 冻土地区铁路发展现状

1.1 国外关于冻土铁路的发展情况

自1892年第一条冻土区铁路的兴建，其至今己运营了一百多年。目前俄罗斯共通过多年冻土区的铁路长达15000千米；而在加拿大，自南向北也有三条铁路干线穿越了冻土带，其总产度长度大概有2000千米；此外，在美国阿拉斯加的多年冻土区上也修建了阿拉斯加铁路，其全长是750千米。这些在高纬度冻土区修筑的铁路，在推动了人们对冻土铁路施工问题的研究的同时，也加深了各界对冻土区土质性质的认识。

1.2 我国冻土地区的铁路发展

我国幅员辽阔，所以冻土分布也相对较为分散。

青藏高原多年冻土面积为150万平方千米，占全国总冻土面积的84.75%之多，而其他冻土面积只有27万平方千米。由此，青藏高原的冻土问题，倍受重视。1960年，我国铁道部专门为此成立了青藏高原铁路科学技术研究所，从此对冻土铁路工程技术开展了全面、系统的研究。经过相关科研部门努力，对于青藏冻土铁路问题上取得了一定的研究成果。

2 冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响

从1960年开始，中科院冰川所以及铁道部高原所对青藏多年冻土区的自然环境和冻土特征进行了全面考察。建立了冻土定位观测站，为进行冻土工程的研究打下了深厚的基础。通过对高原气象、多年冻土地温场、冻土热力学等冻土基本性质以及参数的试验和研究，在冻土铁路涵洞施工方面取得了一定的成果。为分析涵洞对该类冻土地基的适应性提供有力的依据。

2.1 由于青藏高原的特殊施工环境，适合采用冬季的现场施工工艺。因为冬季施工可以减小对涵洞明挖基础的冻土热扰动，减少了基底冻土回冻时间，从而满足了减少对多年冻土的扰动。

2.2 在施工的影响下，离地表近的土层在建涵的初期，其涵内浅层地温上升趋势明显；随着时间的延长，上升幅度将会变小，最终地温逐渐趋于稳定；此外，多年冻土层在施工的影响下，将会有部分的融化现象，且在随后的2～3年内这种冻融交替的现象会时常发生。故由于施工给冻土环境造成的影响在两年的时间里不能完全消散。

2.3 在夏季，涵洞内的地基土地温要比洞口低。这种差异距离地表越近，其表现越明显；虽然涵内浅层负温波动幅度比洞口大，但是其总的波动幅度却比洞口要小。所以表明路堤和涵洞具有保温、隔热的效果，气温对洞口地温的影响比对洞内的大。

2.4 通过对涵洞不同部位、不同深度的多年冻土人为上限的试验，得出结论，之所以洞口处的冻土人为上限通常情况下要比洞身中部的冻土上限影响大，是因为洞身受大气的影响要比洞口处明显。

3 冻土地区涵洞开挖注意事项及措施

从多年冻土地区的气候条件来看，青藏铁路一年当中分暖季与寒季。从保护冻土的观点考虑，冻土地区涵洞开挖的施工季节，最好选择在寒季；但是，如果考虑到施工的人员与机具，在暖季是更好的选择。由此，要根据涵洞地基土不同的地质条件，选择合理的施工季节。对于地表干燥、地基良好的冻土区，可在暖季（6～9月份）施工；然而那些地表相对松软、湿润、地基土含冰量大的冻土区，还应尽量在暖、寒季交替时期（4～6月或9～10月）进行施工。以上无论哪种施工方法，都要尽量避免基坑的长时间暴露（最好是在15天以内），此外，还要注意日晒与积雪的影响。涵洞的整体施工时间尽可能缩短在50天以内。合理安排涵洞基础的施工季节对提高施工质量，减少涵洞病害，提高工程质量有很大关系。

冻土地区涵洞开挖要注意，为了减少人为对涵基多年冻土的水热干扰，施工人员的生活区，尽量设置在远离施工现场的地方；在涵洞的施工现场，应派有经验的技术人员进行同步监督，按照规定严格控制施工进度，以保证工程的质量强度。

提升高原冻土区公路涵洞开挖效果的施工措施有：第一、做好高原冻土地区公路涵洞开挖施工准备；第二、加大高原冻土区涵洞混凝土浇筑质量管理；第三、提升高原冻土区公路涵洞涵身施工质量；最后、做好高原冻土区公路涵洞涵背的回填。

4 结束语

青藏铁路独特的地理位置、恶劣自然条件以及脆弱的生态环境，这些问题是铁路建设过程中所面临的严峻挑战。高原冻土地区公路施工的过程中，涵洞作为施工的主要内容，加大对公路涵洞开挖施工的研究，能够促进高原冻土地区涵洞施工的质量。经过对多年冻土与融区过渡段的涵洞的施工过程中以及建成后沿涵洞轴向的地温和冻土人为上限的变化情况分析，从而得出结论。因为高原冻土地区涵洞施工的难度大、条件复杂。所以在施工的过程中，除了要加大对涵洞开挖施工工艺的使用，还应该提升对涵洞开挖规范施工的管理力度，从而使高原冻土地区涵洞施工的质量得到保证。

参考文献

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[2]张旭芝，王星华.冻土铁路涵洞施工对地基土地温的影响[J].中国铁道科学，2007.

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