冻土区铁路路基热状况对工程扰动及气候变化的响应

【摘要】本文以青藏铁路为例，对冻土区铁路路基热状况对工程扰动及气候变化特征響应进行了简要的分析，研究内容具体涵盖了青藏铁路沿线路基浅层地表温度分布、路基内多年冻土上限变化以及路基热变化对气候的响应等几方面内容，经过分析得出了相应的结论，希望后期相关研究工作有所帮助。

【关键词】冻土区；铁路路基；工程扰动；响应；气候

一、铁路路基热状况对工程扰动的响应分析

其中，浅层地表温度的变化受到了地、气热交换过程中影响和控制，而这一热交换过程由于受到存在的包括地形与朝向、缓冲层植被积雪或有机层覆盖以及浅层地表物理性质等多项内容在内的局地因素的影响而变得更为复杂，其中各局地因素之间的相互关系如上图1（b）所示。

对于青藏高原来说，由于该地区冬季比较干燥而且降雪较少等原因，铁路路基也很少会出现被积雪覆盖的状况，同时该地表区域也不存在有机覆盖层，所以该地区缓冲层中的有机覆盖层和积雪覆盖层对于浅层地温的影响不是很大，甚至可以忽略。同青藏高原地区不同，在极地冻土区尤其是一些不连续的多年冻土区域中，缓冲层中的有机覆盖层和积雪覆盖层对于地温以及活动层厚度的影响却尤为显著。所以，铁路路基的修筑以及对于浅层地温的热扰动等也主要是由路基填筑和边坡朝向的改变、浅层土体物理性质的改变以及植被移除等多项因素所造成。

另外，通过对高平原以及两道沟断面的分析研究表明，路基阴阳皮面在接受太阳辐射方面的差异，即路基边坡效益，造成了路基浅层地温分布不均匀以及天然场地和铁路路基浅层地温的显著差异。路基边坡热效应，能够使边坡阴阳面出现高达1.2摄氏度的温度差，在冬季该温度差异更为显著，可达2.5摄氏度。上述温度差异的季节性变化也是由太阳高度角的季节性变化所造成。

二、铁路路基多年冻土上限变化分析

从铁路路基多年冻土的热状况来看，路基填筑工作就是相当于在其原有的基础上又加设了一层热阻，而热阻的保暖和保冷作用的强弱之比，也将对铁路路基的下部冻土地温以及内部多年冻土上限的变化产生直接的影响；另外，由于天然场地浅层地温同路基地温相差比较大，而且在内部含水量方面天然场地活动层要明显高于路基，所以在冻土上限埋深方面，路基要明显高于天然层（表1），在低温多年冻土区域，路基上限埋深和天然活动层上限埋深平均值和差值分别为1.78米和0.93米，而在高温多年冻土区该差异更为明显，平均值和差值分别为3.68米和1.76米。除此之外，不管是普通路基还是块石路基，其右路肩下冻土埋深要明显小于左路肩下冻土埋深；路基多年冻土埋深的不对称分布也正是路基边坡效应的最直接反映。

三、路基热状况对其后变化的响应分析

（一）天然状态下多年冻土地温变化

现阶段，青藏铁路沿线的地温冻土区多年冻土对于气候变化的主要相应也都是体现在了冻土升温方面，其中多年冻土厚度变化不是很大，而多年冻土上限下降速度较小。而在高温冻土区，多年冻土上限的快速下降，是对该区域冻土对气候变化响应的集中体现，其中多年冻土厚度比较小，而且冻土地温上升缓慢。总之就是，对于不同地温分布区域的多年冻土温度上升也会有所不同。

（二）普通路基下的多年冻土地温变化

对于普通路基而言，由于受到工程施工的扰动以及多年冻土上限提升等多方面因素的影响，使得路基浅层冻土地温相比天然活动层地温要高，同时又由于路基边坡效应的存在也导致了路基左、右路肩温度分布的不对称。气候变化对于普通路基下的冻土地温变化产生了直接的影响。

（三）块石路基下的多年冻土地温变化

目前，路基下深度冻土低温主要受到了块石路基的冷却降温效果的控制，同时由于路基边坡效应的影响，直接导致路基在阴阳坡面地温的出现了显著差异。路基下部多年冻土对于气候变化的响应，块石路基的降温效果发出了一定的调整性作用。低温多年冻土区，由于块石路基的显著降温效果使得气候变化对地温的影响得到了有效地降低；而对于高温多年冻土区而言，由于浅层多年冻土的降温以及块石路基多年冻土上限的不断上升，消耗了大量的路基下部深层冻土低温储冷量，由此也导致气候变化对于多年冻土地温的影响更加明显。

四、结论

针对路基下部多年冻土地温分布的不对称问题，要给予充分的关注。在块石路基修筑完成后，其下部多年冻土上限得到了明显的抬升而且相比于阳坡路肩，阴坡路肩的抬升幅度更为明显；而普通路基修筑完成后，当年平均气温低于0.6摄氏度时，地区下部多年冻土上限均会得到一定程度的抬升，而当年平均气温高于0.6摄氏度时，该地区的冻土上限则呈现出了一定的下降趋势，其中阳坡路肩表现更为显著。其次，低温冻土区多年冻土对于气候变化的相应主要集中体现在了冻土的升温过程中，而高温冻土区冻土对于气候变化的响应则主要体现在了冻土上限的下降方面。

参考文献

[1]马巍，穆彦虎，李国玉，吴青柏，刘永智，孙志忠.多年冻土区铁路路基热状况对工程扰动及气候变化的响应[J].中国科学：地球科学，2013，03：478-489.

作者简介

张万虎，男，1973-9，甘肃省武威市人，学历：本科，职称：高级工程师，研究方向：路基工程。