铁路路基病害与防治论文

铁路路基病害与防治论文石家庄铁道大学四方学院毕业论文RoadbedDiseasesResearchofFrozenEarthRailway冻土铁路路基病害防治技术研究2016届土木工程系专业土木工程学号20125394学生姓名马平指导教师李琳完成日期2016年6月8H目录第1章绪i仑11.1国内外冻土区铁路的建没11.1.1国内多年冻土区铁路建iS11.1.2国外多年冻土区铁路建i殳1 1.2多年冻土区铁路研宄的意第2章冻土基本概念及多年冻土成S32.1冻土基本概念32.2冻土的结构和构it32.2.1冻土的结构32.2.2冻土的构42.3多年冻土的工程分类52.4多年冻土成H62.5多年冻土的形72.5.1多年冻土的形成条72.5.2多年冻土的形成要 <7第3章冻土区路基病害和整治措 3.1冻土区路基病3.1.1融83.1.2冻93.1.3融冻泥流和热融滑塌103.1.4冰锥、冻胀Jr103.1.5热融沉陷与热融湖塘113.1.6冻土沼译123.1.7厚层地下123.2路基病害问题整治措133.2.1路基融沉病害防治措133.2.2路基冻胀防护措 3.2.3融冻泥流和滑塌防护措143.2.4冻胀丘、冰锥处理措施14I3.2.5热融湖塘地段路堤处S153.2.6冻土沼泽地段路堤处J1153.2.7厚层地下冰的处3S153.3路基病害问题的启示16第4章温度对冻土的影响及防治措施174.1温度对冻土的影@174.2防治措施174.2.1热棒路基设 4.2.3通风管路基设i十204.2.4片石气冷路基结214.2.5遮阳棚路基和遮阳板护坡路S22第5章多年冻土地区的铁路施工、运营与环境保J户235.1多年冻土区环境保护的重要235.2多年冻土区的铁路施工原贝U235.2.1冻土路基施工注意事I页235.2.2遵循的原贝IJ235.2.3路堤施ZE24 5.2.4路堑施5.3铁路运营期的环境保护26第6章青藏铁路第七标段多年冻土路基施工技276.1工程概%276.2多年冻土路基的设计及施工原K0276.2.1冻土的强度276.2.2冻土的融化沉降与压286.2.3以保护冻土为原则的冻土路基设i十286.3高含冰量路堤保温施工技7^286.3.1片石通风路胃29 6.3.2通风管路 6.4高含冰量冻土路堑幵挖与保温防护措31第7章总32II参考文献..…34翻错误！未定义书签。附录A英文文献错误！未定义书签。附录B中文翻译错误！未定义书签。III石家庄铁道大学四方学院毕业论文第1章绪论1.1国内外冻土区铁路的建设1.1.1国内多年冻土区铁路建设我国多年冻土区的铁路建设始丁•1950年代。自1952年以来，在东北大、小兴安岭先后建成牙林线、嫩林线、伊加线和朝乌线等多年冻土区铁 路，总长度大约1500km。1956年，铁道部第一设计院的勘察设计人员进 入青藏高原多年冻土区，开始青藏高原的勘测设计工作。1960年，在青海格尔木成立铁道部高原研究所，并将我国首座多年冻土定位观测站在海拔4750m的风火山北麓建立，建造了50m碎石路基，拉开了青藏铁路多年冻土区筑路技术研究的序幕。1961年，铁道部科学研究院西北研宄所成立于兰州。1962年，高原冻土铁路修筑的研究正式列入铁道部十年科技发展规划，并交给西北研宄所组织实施。1965年，铁道部第三勘察设计院在东北多年冻土地区铁路工程进行研宂。至此，铁路多年冻土研究进入一个全面发展时期。1984年，穿越天山多年冻土区的南疆铁路吐鲁番至库尔勤段建成通车，标志着我国多年冻土区铁路建设进入了一个全新的发展阶段。半个世纪以来，第一勘察设计院、齐齐哈尔铁路局、第三勘察设计院、西北研宄所等单位的冻土工程技术人员，在多年冻土区铁路建设的技术方面，做出了很多研究工作，取得了一些研宂成果。如:块石路基、热棒路基、通风管路基、遮阳棚（板）路基等特殊路基；房屋架空通风基础；隧道防、排水工程中的泄水隧洞；铁路防冻给水管路与防冻储水池等。这些成果均己纳入我国多年冻土区铁路勘察、设计和施工的有关规程中，成为了我国多年冻土区己有铁路维修、养护和新线设计、施工的依据。1.1.2国外多年冻土区铁路建设多年冻土区的铁路建设始于19世纪晚期，俄罗斯是最早在把铁路建设在多年冻土区的国家。1982年俄罗斯就开始修建第一条西伯利亚大铁路，它是世界上最长的连贯铁路，全长9446km。从莫斯科到符拉迪沃斯托克，此线跨越多年冻土区2200km 以上，1902年建成通车。20世纪70年代开始修建的新西伯利亚铁路则通过多年冻土地区2500km以上。加拿大于二战期间开始修建多年冻土区铁路，目前加拿大在冻土地区修建的铁路一共有五条。美国在1904年开始修建阿拉斯加铁路，通过多年冻土地区的铁路长度约350km。石家庄铁道大学四方学院毕业论文其他国家在多年冻土区的铁路建设就相对较少了。在北极圈内，挪威有铁路约180km;瑞典有铁路约300km;芬兰有铁路约420km。在南美洲秘鲁、智利和波利维亚三国交界的安第斯高原上，有三条高原铁路，即：秘鲁的中央铁路；智利的堪拉浩雪铁路；波利维亚的波托两支线铁路。其中，堪拉浩雪铁路最高点海拔4825.2m，但由于该处纬度在南纬20°附近，多年冻土的分布下界应在5000m以上。故三条铁路都没有通过多年冻土区。铁路在多年冻土区的建设己经有了将近100多年的历史。在这100多年的铁路设计、施工和运营中，积累总结了不少成功的经验，使今天铁路在多年冻土区的建设得以蓬勃发展。但由于多年冻土 环境的复杂性以及当今全球气候变暖的趋势，在多年冻土开始严重衰退的条件下，如何维持多年冻土区铁路工程的长期稳定，仍然是一个值得关注和探讨的问题。1.2多年冻土区铁路研究的意义100多年来，尽管冻土工程师们，在多年冻土区铁路选线、建筑结构与地基基础设计、施工等方面，做了大量的研究，采取了很多新的结构与热防护措施，但多年冻土区铁路路基工程的病害发生率仍维持在20%〜40%。据1996年俄罗斯铁路部门对后贝加尔铁路多年冻土地区路基冻融病害的调查，其病害率竟达到了40.5%;据1994年调查，贝阿铁路路基的病害率，亦达到26.7%;我国大兴安岭地区铁路线路的病害率也在30%以上。多年冻土区筑路将遇到以下主要冻土工程地质问题：(1)地基多年冻土的衰退和融化对铁路工程的危害；(2)地基活动层土体冻结、融化过程对铁路工程稳定性的影响；(3)不良冻土现象对铁路工程的危害。 这就充分说明了，认识多年冻土区环境的特殊性，加强对铁路工程和多年冻土环境相互影响的研究，与多年冻土区铁路工程建设是多么重要。本毕业论文基于以上认识对多年冻土产生的原因进行研究，并在此基础上对冻土路基病害类型与防治、多年冻土区的冻土保护以及多年冻土区路基施工注意事项进行研宄。石家庄铁道大学四方学院毕业论文第2章冻土基本概念及多年冻土成因2.1冻土基本概念通常把温度在零下，并含有冰的各种土，称为冻土。冻土的温度状态与该地区的现有条件的差异而进行变化。它主要取决于海拔高度、地形、大气温度、水文地质和地质及植被等条件。除此之外，人类的工程建筑活动与周围环境条件的改变也会直接影响到其所在地区的冻土温度状态。冻土是复杂的多成分体系。冰、未冻水、矿物颗粒和气体是冻土的基本组成成分。即冻土是由黏塑性冰（胶结冰、冰夹层、冰包裹体）、未冻水（强结合水和未冻弱结合水）、固体矿物颗粒（包括有机矿物颗粒）和气体（空气和蒸汽）组成的四相体系。这几种基本成分决定了冻土结构属性，物理和力学性能和热物理性能，冻结和融化过程特点。冻土在冻结时有较大的冻胀力，表现为冻胀性； 融化时则表现为融陷性。若建筑物地基为冻土，当外部环境（温度变化、荷载作用等）变化时，地基土的冻胀和融陷将引起基础和上部结构开裂破坏，影响结构的使用寿命及正常使用。冻土按其土体处于冻结状态持续时间的长短可分为多年冻土、季节冻土和瞬时冻土三类。冻结状态持续三年以上的冻土为多年冻土。每年冬季冻结，夏季全部融化，冻结状态持续时间大于一个月，每年周期性冻结的冻土为季节性冻土，这种冻土的冻结深度为数厘米至数米。瞬时冻土是指冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的冻土，其冻结深度为数厘米至数毫米。2.2冻土的结构和构造2.2.1冻土的结构冻土的结构是指冻土中矿物颗粒及团粒的尺寸、形状及冰晶、冰包裹体的大小和形状以及矿物颗粒和冰的相互排列和连结特征。根据土颗粒与胶结冰之间的关系，冻土结构可分以下三种：(1)接触胶结结构：冰仅在矿物颗粒的接触处存在；(2＞薄膜胶结结构：冰已完全包裹矿物颗粒，但尚未充满大部分孔隙；(3＞基底胶结结构：冰已完全充满土的孔隙。 3石家庄铁道大学四方学院毕业论文胶结冰在冻土中仅起胶黏连结作用，决定着冻土的结构特征。但胶结冰不改变土体的原生结构特征，也不改变土体骨架组成部分的人小和形状。2.2.2冻土的构造冻土的构造是指冻土屮矿物层和冰晶、冰包裹体的分布特征，即各种固体组分间的相对空间排列特征。冻土的构造取决于形成构造的冰包裹体的形状、大小及土骨架之间的相互位置。形成构造的冰包裹体有透镜状、斑点状、壳状、细脉状、层状和带状等。根据冻土中冰体的形状、大小和分布，冻土可划分为如下三种基木构造（图2-1）。a—整体构造b一层状构造图2-1冻土冷生构造的基本类型2.2.2.1整体构造冻土中没有肉眼可见的冰体（透镜体、冰夹层等），叫作整体构造（图2-la）o冰仅以粒状冰晶形式均匀分布于土的孔隙中。这种构造是含水率小的土冻结时，或任何含水率的土体快速冻结时，都可以形成这种构造。由于冻结速度快，水分来不及迁移而在原地冻结，仅仅形成胶结冰和细小的冰晶。整体构造冻土强度最大，融化时下沉最小。 2.2