青藏铁路多年冻土区桥梁桩基施工若干技术研究

'三峡大学工程硕士专业学位论文内容摘要青藏铁路的建设是党中央、国务院作出的重大战略决策，是几代中央领导关心和全体中国人民共同努力的结晶，是西部开发的标志性工程，举世瞩目，意义重大。青藏高原具有独特的高原自然环境和气象条件，由于青藏铁路格尔木至拉萨段需要横穿青藏高原550km的多年冻土地带，故而其在修建过程中面临着多年冻土、高寒缺氧、环境保护三大难题。据此为基点，论文以青藏铁路19标段为工程依托，通过一系列研究探讨，旨在从一定程度上解决上述三大难题。首先，论文结合高原冻土区地质条件与环境气候特征，深入分析了桥梁桩基旋挖钻机开挖成孔、冲击钻机开挖成孔和人工开挖成孔三种施工工艺，并将此三种方法进行有机结合与调整，提出了青藏铁路19标段相异承载力冻土区桥梁桩基开挖最合理有效的施工手段，从而解决了冻土区桥梁桩基施工质量与进度控制的关键问题，合理配置了施工与自然资源。其次，论文根据多年冻土区桩基灌注过程中的特殊要求，研究了高原冻土区混凝土性能、强度、灌注温度、时间及养护等问题，提出了高原冻土区桥梁桩基的具体灌注方案，确保了桩基的成桩质量。另外，论文通过探讨高寒缺氧与环境保护问题，总结归纳出青藏铁路修建工程中适宜的施工安全与环境保护机制及相应的高原保健防范措施。本论文的研究工作在一定程度上确保了青藏铁路桥梁桩基的施工质量和施工进度，有力地推动了青藏铁路修筑的建设步伐，也为今后青藏铁路运营的安全与稳定打下坚实的基础。同时，本论文的研究成果亦对高原多年冻土区路桥梁桩基施工技术理论作出了有益的完善与补充，可为日后国内外类似工程施工提供重要的理论指导和借鉴，意义较为显著。关键词：青藏铁路桥梁桩基多年冻土II 三峡大学工程硕士专业学位论文AbstractQinghai-TibetrailwayisanimportantandstrategicdecisionmadebythepartycentralcommitteeandtheStateCouncil.Atthesametime,itisthecrystaloftheseveralgenerationsofthecollectiveleadershipofthePartyCentralCommitteeandalltheChinesepeople.Asthesymbolofthewesterndevelopmentproject,ithasattractedworldwideattentionwiththegreatsignificance.TheQinghai-TibetrailwayprojectbetweenGolmudandLhasaextends550kmandliesinTibetanPlateau,whichhasthedistinctivenaturalenvironmentandweatherconditions,sothattherailwaybuildersalwaysmeetwithpermafrost,severelycoldandoxygendeficiencyproblemsandenvironmentalprotectioninQinghai-Tibetrailwayconstruction.Basedonthe-19-benchofQinghai-Tibetrailway,thepaperaimstosolveaboveproblemstoacertaindegree.Atfirst,accordingtoplateauclimateandgeographicconditions,thepaperanalyzesthehole-markingtechnologiesofpercussivedriller,helicoidsdrillerandmanpower,andcomeupwiththemosteffectivemeansofbridgepilefoundationinQinghai-Tibetrailwayconstructionthoughcombiningthemtogether.Asaresult,thekeyproblemofqualitycontrolandprogresscontrolaboutbridgepilefoundationinpermafrostregionissettled,andthedistributionofresourcesisrationalizedtoo.Secondly,intermsofspecialrequirementsintheprocessofbridgepilefoundationpotting,thepaperstudiestheproperty,intensity,temperature,timeandmaintenanceofconcreteinpermafrostregion,andthedetailedschemeofperfusionisworkedouttoensurethequalityofbridgepilefoundation.Inaddition,thepapersummarizesthesuitablesafetymeasures,environmentalcontrolsandplateau’smeasuresforhealthprotectioninQinghai-Tibetrailwayconstruction.Theseresearchresultsmakesurethequalitycontrolandprogresscontrolofbridgepilefoundation,andforciblyspeedupQinghai-Tibetrailway.Meanwhile,theyalsolayasolidfoundationforsecurityandstabilityinQinghai-Tibetrailwayoperating.Andwhat’smore,theywillalsoimprovetechnologiesofbridgepilefoundationinpermafrostregion,andprovideasignificanttheorydirectforthesameproject.Keywords:Qinghai-TibetrailwaybridgepilefoundationIIIpermafrost 三峡大学工程硕士专业学位论文三峡大学学位论文独立完成与诚信声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担.学位论文作者签名：I日期：2009年5月 三峡大学工程硕士专业学位论文选题的依据与意义青藏铁路跨越青藏高原，纵穿青海、西藏两省，是中国21世纪初“四大工程”之一的标志性建筑，举世瞩目。全线建成后，将填补我部西部铁路网的空白，形成北京--兰州—西宁—拉萨运输通道的贯通。这对促进西藏与青海两省的经济发展、资源开发，加强两省与内地的联系起重要作用，同时亦对增进民族团结、维护社会稳定、巩固我国边陲具有极其重要的意义。作为世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，青藏铁路多年冻土区段长达546公里，途径之处地质复杂，多桥梁桩基。多年冻土作为一种特殊的地质体，其地质特点及土壤特性一直深受众多国家和地区的普遍关注，这方面的研究成果也比较多，但针对此环境下桥梁桩基开挖与灌注施工技术的研究尚欠深入，报道亦比较粗浅。本论文结合青藏高原冻土区地质特征与19标段铁路施工实况，对此区桥梁桩基的施工进行了较为系统的研究，其研究成果对青藏铁路桥梁桩基施工质量和进度控制具有重要的理论指导意义，同时也可为今后青藏铁路运营的安全与稳定打下坚实的基础。1 三峡大学工程硕士专业学位论文国内外文献资料综述冻土工程是冻土学的一部分，研究冻土、土的冻结和融化、冻土地质过程和现象的形成、发育和分布规律及其在自然或人为影响下的变化和控制的科学统称冻土学[1]。冻土学是在冻土区经济开发的实践中产生和发展起来的。经济发展的需要，使冻土学首先在俄罗斯发展成为独立的科学。早在16世纪，文献中已出现有关西伯利亚和北美存在冻土的报道。著名的谢尔金探井(116m深度内)的冻土温度资料在1925年测得[2-3]。从19世纪后半期，应西伯利亚大铁路建设.的需要，俄国地理协会制定并出版了《西伯利亚冻土研究指南》(1895年)，亚切夫斯基提出了《论西伯利亚的永久冻土》报告(1889年)、沃耶伊科夫完成了西伯利亚铁路沿线冻土的第一篇综合报道(1889年)，并出版了鲍格达诺夫的《永久冻土与永久冻土的建筑物》(1912年)等书。1917年后，冻土研究进入有计划有目的的发展时期，成立了冻土研究的科学机构。《普通冻土学))(1940)、《冻土学原理》(1959)、《苏联冻土学》(1988)等一系列专著，显示出冻土学在原苏联的发展达到较高的深度和广度。冻土学在其形成初期，即分为普通冻土学和工程冻土学两个分支。普通冻土学研究冻土带的形成、发展历史和分布规律，冻土层的成分、土质、组成和结构，冷生过程和现象，以及冻土带的温度动态和厚度等。工程冻土学研究在人类经济活动下冻土的行为、性质及其控制。工程冻土学以普通冻上学为基础，二者在实验室研究和现场试验研究的基础上结合起来[4]。我国冻土研究者根据决定多年冻土发育的主导条件，即纬度地带性和高度地带性，于20世纪50年代将我国多年冻土明确划分为东北地区高维度多年冻土和西部高海拔多年冻土两种类型，其中后者又有高山多年冻土与高原多年冻土之分[5]。针对青藏公路的高原冻土问题，中科院冰川所、交通部第一公路勘察设计院及青海省公路设计院等单位从60年代起就进行了一系列的研究。70年代初，开始了青藏公路的砂石路面改为黑色沥青路面的改建工程建设，对青藏公路沿线的多年冻土开展了试验研究，进行了路基、路面、桥涵及房建等与冻土之间相互作用的研究，特别是水热和力学过程、各类工程建筑物基础的稳定性和各种适应高原寒冷环境条件的路面、路基结构等的研究更加深入。在90年代主要对路基下多年冻土的融化深度、顶板埋深、高含冰量冻土、厚层地下冰在垂直与水平方向的分布规律、冻土岛与融区的准确分布界限、路基下的温度场分布以及其变化趋势、不同冻土类型与路基之间的相互作用以及适应性等进行了研究，在广度、深度和精度上均比以前有较大的提高。青藏铁路冻土的科研工作从1960年开始，由中科院冰川所、铁道部高原所和路内有关高等院校联合对昆仑山至唐古拉山青藏公路沿线多年冻土区的自然环境和冻2 三峡大学工程硕士专业学位论文土特征进行了全面考察，并由铁道部高原所在风火山地区建立了冻土定位观测站，为开展冻土工程系统深入的研究打下了基础。在1963年至1972年的10年间，铁道部科学研究西北研究所、铁道部第一勘测设汁院和中科院冰川冻土所紧密合作，开展了高原气象、多年冻土地温场、冻土热学、冻土力学等冻土基本性质和参数的试验研究。在风火山大东沟坡地修建了试验路堑、地下冰地段自埋式挡墙等试验工程，联合开展了冻土地区路基、桥涵、房屋基础、隧道、给排水等工程项目研究，取得了一定的成果[6-8]。随着青藏铁路的修建与运行，近几年国内相继出版了一些专著和文献资料，这些文献资料针对高原缺氧的气候条件对人体、机械效率和材料性能等方面的影响，以及多年冻土的保护与利用进行了总结与阐述。总体来说，国内对冻土工程学问题的研究，可分为以下三个阶段：（1）1978年以前是我国冻土学科的奠基阶段。在此期间，主要是围绕冻土工程进行冻土普查工作，积累了大量的资料。早在20世纪40年代，一些地理学家就曾经报到过我国西部高山地区有多年冻土存在。1958年右铁路部第三勘察设计院出版的《多年冻土的工程地质和铁路建设》一书中反映了东北冻土区由于经济建设的需要对冻土科学的研究及铁路建筑的经验。1960年，中国科学院在兰州成立了冰川积雪冻土研究所筹备委员会和冻土研究组开展冻土科学的研究工作。同年，铁道部高原铁路科研所在兰州成立。中国科学院冰川冻土研究所和铁道部高原铁路科研所会同一些高校于1960-1962年间，卓有成效地开展了青藏公路沿线冻土综合考察工作[9]。与此同时，铁道兵在青藏高原修建了铁路试验工程。1963年，周幼吾、杜榕恒发表了《青藏高原冻土初步勘察》一文，首次向国内外报道了青藏高原多年冻土的分布特征、温度状况、厚度、组构、地下冰及冻土地质地貌现象等情况。1965年，《青藏公路沿线冻土考察论文集》(中国科学院地理研究所冰川冻土研究室)出版，在以往冻土考察研究基础上，就高原冻土分布及分区特征、冰缘地貌、冻土区地下水、冰的结构和化学以及植被等专题，进行了系统总结[10]，标.志着我国冻土研究成长起来了。1966~1977年间，中国科学院兰州冰川冻土研究所、铁道部西北科研所会同一些科研单位结合工程建设项目，在冻土工程地质条件评价、冻土物理力学性质及冻土地基基础稳定性等方面，进行了大量的现场调查和室内外试验、观测、研究工作，并积累了许多科学资料[11]。1972年，西北科研所和中国科学院兰州冰川冻土研究所共同主编了《青藏铁路多年冻土地区铁路勘测设计细则》，集中反映了青藏高原多年冻土区铁路修建过程中的工程技术问题的研究成果。1975年，《冻土》一书出版，通俗而系统地介绍了冻土知识和我国以往冻土的研究成果，并编制了我国第一张小比例尺的3 三峡大学工程硕士专业学位论文中国冻土分布图圈。（2）1978年到上个世纪末，是我国冻土研究迅猛发展的阶段。在此期间，冻土.学研究出现了一批系统的研究成果，并且研究领域越来越广，研究层次越来越深，研究方向越来越细，研究手段越来越先进。在青藏高原冻土研究中，对区域冻土特征及其影响因素进行了系统总结，《青藏高原冻土图》的出版是一个集大成的具有里程碑意义的综合性研究成果，具有重要的参考价值[12]。1990年，郭东信编写出版了《中国的冻土》一书，提出了中国多年冻土平面区划指标与比例尺为l:400的编制原则和方法，对中国冻土分布规律进行了进一步的总结，明确划分出季节冻土和瞬时冻土的分布界线，反映出我国区域冻土30多年来的研究成果。2000年，出版了周幼吾等人编写的《中国冻土》一书，书中系统总结了新中国建立50年来冻土学研究方面的重要成果，以及以多年冻土为主包括季节冻土的考察和研究成就，具有重要的科学价值。（3）2001年之后是我国冻土研究的深化阶段。围绕着青藏铁路建设，多年冻土区铁路路基实验段全面展开，各种保护路基冻土的工程措施相继实施，大量的监测工作相继开展。2001年，青藏铁路工程格尔木-拉萨段正式开工，随之，各种主动降温工程措施的路基实验段全面展开。一些冻土稳定性的评价模型初步建立。同时，工程冻土的研究方法和试验手段也大为改进。由于计算机技术和数值模拟理论的发展，工程冻土研究由定性研究向定量研究深入，考虑路基下地层水分场、温度场、应力场等三场相互作用的模型建立起来，并且模拟实际的温度场等变化规律。随着许多铁路路基实验段上监测工作的全面展开，得到的更多实测数据将使各种计算模型得到修正和检验。近几年来，随着研究的推进和深入，各种主动降温路基的工程措施的研究已经取得了不少科研成果。李宁等对青藏铁路片石气冷路基工程效果进行的试验研究结果表明，片石气冷路堤体内地温寒季明显低于普通路堤段，利于积存冷量，其最大融化深度抬升幅度较大[13];赖远明等对青藏铁路抛石路基的温度特性进行研究，得出抛石路基通过对流换热，有对其下面的冻上提供冷能的制冷作用，可以保证冻土路基的稳定，在路基工程中使用热棒保护冻土和增强路基热稳定性是成功有效的。冯文杰等发表的《青藏铁路遮阳板措施应用效果观测研究》一文证实，遮阳板措施对于保护路基冻土效果较其它主动保护冻土措施更快、更明显，应是多年冻土区工程建设中主动保护冻土措施的首选措施之一[14-15]。2002年，盛煌发表的《保温处理措施在多年冻土区道路工程中的应用》一文，对保温措施的作用原理、效果做了详细的阐述;2003年，马巍在《多年冻土地区主动冷却地基方法研究》一文中，对通过抬高路基和铺设保温层方法来保护多年冻土的作用效果进行了总结，并对各种主动降温工程措施从原理上做了介绍。桩基础是深基础中一种重要的基础结构型式，和其它的基础结构相比，桩基4 三峡大学工程硕士专业学位论文础具有承载力高、沉降小、用料较省、机械化程度高而且适用于各类地层条件的突出优点。因此，桩基础在各类土建工程中得到了极为广泛的应用，特别是当上部结构的荷载复杂而巨大，而浅部土层状态不佳时，桩基础更成为设计师的首要考虑对象。桩基础在漫长的历史进程中，经历了比较大的变化。在早期，人类取用天然材料如木材和石头来修筑桩基础，由于对桩基础的认识极其有限，而且经验不足，这个时期桩的特点是桩身短，桩径小，一般采用简单的人工锤打沉桩。在19世纪20年代，人们开始使用铸铁板桩修筑围堰和码头。到20世纪初，随着冶金业的进步，美国和欧洲开始使用各种形式的型钢制作桩基础，特别是H型的钢桩受到营造商的重视。这个时期钢筋混凝土预制构件问世，出现了厂制和现场预制钢筋混凝土桩。我国在20世纪50年代开始生产钢筋混凝土预制桩，预制桩主要包括钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩和钢桩等。我国的铁路部门则于20世纪50年代末开始生产使用预应力钢筋混凝土桩[16]。预制桩一般采用捶击和振动下沉法施工，噪音大，污染环境。现在很多地方在设备和环境条件许可的情况下采用静压法施工。预制静压桩具有噪音低、无污染、对桩身无冲击力、施工速度快和质量相对容易保证等优点，得到日益广泛的应用。我国沿海地区(包括山东、天津、上海、江苏、浙江、福建、广东等地)及部分内陆城市(武汉、南京等地)，广泛分布着深厚软粘土沉积层，而很多铁路、公路又不得不建造在这类软土地基上，因而深基础便成为了主要的基础型式。桥梁深基础的形式有沉井和桩基，我国普通铁路深厚软弱地基上的桥梁基础大多采用了桩基础。随着我国高速铁路的兴起，人们对高速下桥梁结构的动力反应越来越关心，由于速度大幅度提高，高速列车对桥梁结构的动力作用大于普通铁路桥梁，桥梁桩基础也将承受更大的动力作用[17]。在我国拟建高速铁路试验段的桥梁桩基础采用了预应力混凝土静压管桩，有关人员对预制静压桩的压桩机理和承载力等方面的性能进行了很多试验研究和理论研究，然而对预应力高强混凝土管桩(简称PHC管桩)的荷载传递过程、受力机理等特性尚未进行系统的研究，相关报道也不多见，而在软土地区，对交通荷载作用下桥梁桩基础的静、动载现场试验桩承受的动力荷载可分为轴向和横向两种情况。青藏铁路地处青藏高原多年冻土地区，所处的冻土区属西部高海拔多年冻土类，它是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路。国际上在多年冻土区修筑铁路己经有了一百多年的发展史，世界上第一条横贯西伯利亚冻土区的铁路，自1892年开始兴建，至今己运营了近百年。目前俄罗斯共有15000km铁路通过多年冻土区。在加拿大也有三条铁路干线自南向北穿越冻土带，其中通过冻土区的长度约2000km，已经开通运营二十多年。在美国的阿拉斯加南部的苏厄德至中部的费尔班克斯多年冻土区，也修建了全长750km的阿拉斯加铁路[18-20]。这些在高纬度冻土区修筑的铁路有成功的经验，5 三峡大学工程硕士专业学位论文也有失败的教训。青藏铁路二期工程格拉段沿线海拔4000米以上的区段960公里，最高点5072米（位于唐古拉山山脉），多年冻土区段546公里，条件极其恶劣，地质复杂，布设有多处桥梁桩基。高海拔多年冻土区桥梁桩基施工方法的研究是现在桩基技术的一个特殊问题，也是当前桩基技术研究的热点之一。但从已有文献来看，高海拔多年冻土区桩基施工和检测方法研究还未形成一个较完整独立的体系，多数文献也只是涉及到此课题的部分内容。6 三峡大学工程硕士专业学位论文1绪论1.1青藏铁路工程1.1.1项目简介青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原，地理位置独特，自然环境恶劣，地质条件复杂，素有“世界屋脊”和“地球第三极”之称。青藏铁路格拉段北起青海省格尔木市，南至西藏自治区首府拉萨，全长1100多公里，近百分之九十的区段均在海拔4000m以上。其中，北起西大滩，南至安多，长约550km的铁路线均位于高原多年冻土地区，全区海拔4500m以上。其中，在唐古拉山越岭地段，线路最高海拔为5072m，为世界铁路之最。高原、冻土和环保问题是青藏铁路建设的三大难题，其特殊性和复杂性在世界铁路史上独一无二。除昆仑山北坡地势较险外，其余山系相对高差一般均小于300m[21-24]。青藏铁路由于地处高原的特定环境，高海拔是它的显著特点，使得与之相联系的高原地质地理、水文地质、大气物理等状况均有着其特殊的发生、发展及其变化过程，这些过程共同制约着这一高海拔的多年冻土地区[21]。沿着青藏高原主要山系的走向发育着规模巨大的断裂带，高原构造活动强烈，呈现山地、断陷盆地及谷地交互分布的地貌.青藏铁路多年冻土区段穿越了青藏高原昆仑山系、唐古拉山系等主要山系，即从西大滩开始，翻越昆仑山娅口，通过楚玛尔河高平原、可可西山区、秀水河和北麓河盆地、风火山山地、乌丽山地、沱沱河盆地、开心岭山地、温泉断陷谷地、最后翻越唐古拉山娅口、经头二九山至安多。其间既有河漫滩地、高平原、也有山地、断陷盆地及谷地，地形地貌千姿百态[21]。在青藏高原多年冻土地区建设铁路毕竟是从未实践过的新的技术领域，随着几十年来自然条件和气候的变化、科学技术的飞速发展、科研成果和工程实践经验的积累，我们对自然和冻土的认识也在不断的加深，七十年代以前我们认为高原冻土是发育的，而目前现状是随着全球气温升高，高原冻土呈退缩趋势；七十年代以前研究重点侧重于冻土腹部地带的高含冰量冻土，但青藏公路整治的情况表明，冻土区边缘地带即高温冻土地带各类工程病害多于低温冻土地带；过去确定一个路基临界高度来涵盖全线，现在看来必须按不同地温分区和土质及气候条件来考虑路基合理高度：现代科学技术水平的发展及新材料、新工艺的不断出现，为防治各类工程冻害提供了新的手段，有必要对其进行应用研究。所以青藏铁路格拉段的修建仍带有很强的探索性、科研性；为了将青藏铁路格拉段建成“快速、高质量、高可靠、世界一流的高原铁路”，尽快取得高原多年冻土区铁路设计、施工经验，先行试验段的建设具有不可替代的重要意义。青藏铁路作为中国21世纪初“四大工程”之一，纵贯西部青海、西藏两省区，7 三峡大学工程硕士专业学位论文跨越青藏高原，是一条具有重要战略意义的铁路。这一特殊的寒区环境和工程冻土地质条件给该地区铁路路基的设计和施工增加了很大的难度，同时高海拔条件对运营期间路基的养护维修也将提出极大的挑战，及时地对这些问题进行研究并提出对策是非常必要的。1.1.2项目由来西藏自治区和青海省是我国藏族同胞的主要聚居地。解放五十年、改革开放二十年来，占全国国土面积八分之一的西藏自治区尚无铁路，西藏各族人民殷切盼望将铁路修到拉萨，修建进藏铁路也是党中央、国务院和全国人民十分关切的问题。青藏铁路格拉段自北向南，纵贯青、藏两省区，跨越青藏高原。“唐蕃古道”十几个世纪以来就是内地进出藏的主要通道，是沟通西藏与内地联系的重要交通要道，因此不失时机地修建青藏铁路，对完善综合运输体系、强化进藏通道具有极其重要的政治、军事、经济及路网意义。建设青藏铁路一直是新中国成立以来中国铁路建设的重要事情，也是三代领导人一直十分关注的工程。新中国成立不久,党和国家就开始研究青藏铁路建设的相关适宜.在毛主席、周总理、邓小平等老一辈无产阶级革命者和领导人的亲切关怀下，青藏铁路一期工程西格段（西宁-格尔木）于1958年就开始动工兴建。历经周折，1979年，该段铺通建成，1984年正式开始交付使用。然而，由于当时的多年冻土等筑路技术难题尚未解决，同时，限于当时经济实力等原因，格尔木至拉萨段被迫停工，但是，对青藏铁路的工程试验和人们的修建愿望一直没有停止。1994年7月，江泽民同志在中央第三次援藏工作座谈会上就明确要求做好青藏铁路建设的相关研究工作。铁道部在大面积的选线和多方案的论证比较基础上，补充做了大量的技术工作。多次提出了建设青藏铁路格尔木至拉萨的建议。2000年11月，江泽民主席做出了重要批示，指出修建青藏铁路格尔木至拉萨是十分必要的，应该下决心尽快修建。2001年2月，国务院批准青藏铁路格拉段立项建设。2001年6月20日，总理办公会议审查批准了青藏铁路格拉段的可行性研究报告，同意开工建设。2001年6月29日，青藏铁路在格尔木和拉萨举行了盛大的开工典礼，标志着请藏铁路格拉段正式进入了实质性建设阶段。青藏铁路作为党中央、国务院的重大战略决策，是西部大开发的标志性工程，举世瞩目。全线建成后，将填补我部西部铁路网的大空白，形成北京--兰州—西宁—拉萨的运输大通道。这对促进西藏青海两省区的经济发展、资源开发、加强两省区与内地的联系，特别是西藏与内地、沿海地区的联系起重要作用，同时，对增进民族团结，维护社会稳定，巩固我国边陲，也具有极其重要的意义。8 三峡大学工程硕士专业学位论文1.1.3建设标准[25]青藏铁路设计为I、II级混合标准单线铁路，输送能力客车8对，货流密度500万吨。计划建设工期6年，总投资330亿元。1.1.3.1设计年度和运量（1）设计年度近期：2010年，远期：2015年（2）预测运量近期2010年：客车3对，区段货流密度上行120万T，下行210万T；远期2015年：客车4对，区段货流密度上行180万T，下行280万T；（3）设计单线最大输送能力客车8对，货流密度500万T。1.1.3.2主要技术标准铁路等级：I、II级混合标准铁路；正线数目：单线；路段旅客列车行车速度与最小曲线半径：100km/h路段，困难地段最小曲线半径600m；根据路段不同情况，尽量采用较大的曲线半径；最大坡度：20‰；牵引种类：内燃，预留电化条件；机车类型：近期DF8B型，远期双6轴10000HP内燃机车；牵引质量：近期2000T，远期3000T；到发线有效长度：650m，另加70m，预留850m；闭塞方式：自动站间闭塞；机车交路：客货机车交路均采用格尔木、拉萨两机务段机车套跑的特长交路，格尔木至那曲的区段列车采用格尔木至那曲立即折返的特长交路。1.1.4沿线自然特征1.1.4.1地形地貌[25-30]青藏线格拉段线路通过地段除格尔木至南山口位于柴达木盆地南缘，其余地段均处于青藏高原。青藏高原西起帕米尔高原，向东延伸到川西、滇北的横断山，北起昆仑山，南至喜马拉雅山，方圆约200万km2，南北跨越近10个纬度，平均海拔高程4500m以上，构成我国地势上最高的一级台阶，被被为“世界屋脊”‘“地球第三极”。线路通过地区除北端南山口至昆仑山，南端羊八岭至拉萨属坡降较大的河谷区，中间地段风火山、开心岭、九子纳越岭段坡降较大外，其余地段宏观上均属高平原地貌，地形平坦开阔。9 三峡大学工程硕士专业学位论文沿线经过的主要山系均呈东西走向，自北向南主要有昆仑山、可可西里山、风火山、乌丽山、开心岭、唐古拉山、头二九山，念青唐古拉山系的桑雄岭、九子纳、羊八岭。其中昆仑山是柴达木内陆河水系与长江水系的分水岭；唐古拉山是长江水系与扎加藏布内河水系的分水岭；头二九山是扎加藏布内河水系与怒江水系的分水岭。其间的其它山脉是各源头较大支流的次一级分水岭。这些山系中，昆仑山北坡及羊八井峡谷地势较险峻，相对高差大于700～1000m；其余山系多呈穹形起伏，相对高差一般小于300m，宏观地形相当开阔，山岭浑圆而坡度平缓，山体窄，而沟谷宽，呈现“远看是山近看平川”的高原景色。线路自北向南通过的较大河流能柴达木内陆河水系的格尔木河、昆仑河；长江水系的楚玛尔河、沱沱河、通天河、布曲河；扎加藏布河水系的扎加藏布、日阿纳藏布；怒江水系的拉日曲、北桑曲、联通河、那曲、母各曲；雅鲁藏布江水系的桑曲、堆龙曲、拉萨河。这些河流主要由冰川融水和大气降水补给，水温较低，流量随季节变化较大。由此，高原上自北向南山系和河流的交替出现形成了青藏线格拉段河谷线和越岭线交织的线路状况，一般二个分水岭间夹一段长50～200km的高平原，分水岭地区地势低缓线路通过长度短，河谷地区线路通过段落长。1.1.4.2气侯条件[25-30]青藏高原具有独特的冰缘干寒气候，寒冷干旱，气候多变，四季不明，有“一日四季”的气候特征。年冰冻结期长达9个月（每年9月至次年5月），风向以西北风为主，大风（八级）多集中于十月至次年四月，蒸发量大于降水量，冻土区多年平均为-2℃～-6.9℃，七月气温最高，平均6.5℃～8.1℃，一月气温最低（有时十二月份）平均为-14.5℃～-17.4℃年平均气温差15～26℃，极端温差不超过50℃，年内平均较差10～19℃，极端日较差35℃，大气透明良好，云量少，太阳辐射强，总辐射量大，日照时间较长，一般为2600～3000小时/年。铁路穿过的高原地区气候寒冷，绝对最高气温23℃左右，绝对最低气温在-34℃～-41℃，年平均气温在-20～-7℃之间，结冰期一年内长达七八个月；气压低，约为560～600毫巴；多年冻土年平均地温大部分在-1～-5℃左右。降水以固体为主，多集中在6、7、8月，年总降水量一般在400mm左右。由南向北逐渐减少.全区内多年冻土异常发育(最大厚度可达200m左右)。区内厚层地下冰广泛分布，冰锥、冰丘、沼泽化湿地、热融滑坍和热融湖(塘)等不良冻土现象大量存在。除地表水发育的少数地区外，植被分布稀疏，呈荒漠草原景观。高山寒冻风化作用明显，对工程的冻害和融沉破坏程度，非一般季节冻土地区所及。青藏铁路19标段工程施工区的高海拔，导致施工区内高寒缺氧，气候对施工人员与施工机械的影响非常巨大。10 三峡大学工程硕士专业学位论文1.2青藏铁路19标段桩基的地质分类1.2.1青藏铁路19标段桥梁工程特点由武警水电部队承建的19标段，位于青藏高原腹地无人区，地处唐古拉山南麓平原的扎加藏布河谷与安多谷地内，是青藏高原多年冻土的最南端,三跨扎加藏布河，全长25.8km。线路所经地段83%为多年冻土区，17%的地段为冻融区。根据多年冻土的温度分区，19标段多年冻土主要为高温极不稳定多年冻土、高温不稳定多年冻土、少数为低温基本稳定多年冻土和低温稳定冻土。按照含水量划分，19标段多年冻土有：少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土及含土冰层[31]。19标段包含大小桥梁累计35座,最长为DK1458+320大桥,全长492米,最短的桥只有8米。累计有桩基736根。桩径1.0米～1.2米。所有桥梁的基本情况如下表1.1。表1.119标段桥梁基本情况表11序号中心桩号长度(m)跨数桩基地质情况1K1438+061.8125.921圆砾土、泥岩2K1438+944.8143.91粉、细砂、圆砾土3K1439+349.811104中、粗、砂砾，圆砾土4K1439+785.8117.521中、粗、砂砾，圆砾土5K1440+013.81241.17粉细砂，圆砾土，石灰岩6K1440+618.81502.3315中、粗、砂砾7K1441+106.81307.389中、粗、砂砾8K1441+606.8178.482中、粗、砂砾9K1441+841.8135.91卵石土、圆砾土10K1442+143.8174.75卵石土11K1442+461.81109.933卵石土、多年冻土层12K1442+710.81111.263卵石土、多年冻土层13K1443+246.81184.227粉细砂，砾岩，泥灰岩14K1444+061.8160.583粉细砂，卵石土，泥灰岩15K1444+941.8157.043粉细砂，卵石土16K1446+450.81111.83粉细砂，卵石土，石灰岩，富冻土层17K1446+786.8136.681中粗砂砾，石灰岩，活断层FDS-218K1447+165.81404.3112粉细砂，卵石土，石灰岩，富冻土饱冰冻土和含土冰层19K1448+309.8125.921粉细砂，多年冻土层 三峡大学工程硕士专业学位论文1.2.2多年冻土区桥梁桩基开挖地质分类根据多年冻土的强度、桩基的其他地质特征等，确定多年冻土区桩基的地质类型。整体来说，多年冻土区可分成石方开挖和土方开挖两大类（表1.2）。表1.2多年冻土区开挖地质情况分类表其中，石方主要为石灰岩开挖，土方开挖包含了少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层的开挖。各类冻土的主要指标见表1.3[12]。1220K1449+491.8120.521圆砾土，粉细砂，多年冻土层21K1449+567.8120.521圆砾土，多年冻土层22K1450+051.8137.921多年冻土层，粉质粘土23K1450+430.8136.681卵石土，多年富冰冻土层24K1451+067.81203.156细砂、砾砂、圆砾土，融陷，富冰冻土25K1451+366.8148.961圆砾土，多年冻土层，富冰冻土26K1451+870.81273.778粉质粘土，含土冰层，页岩27K1453+512.81162.636多年冻土层，细砂，砂岩28K1453+781.8161.952多年冻土层，圆砾土，页岩，砂岩29K1455+045.7258.5610圆砾土，页岩，多年冻土层30K1456+865.81149.514圆砾土，页岩，多年冻土层31K1457+381.8119.521圆砾土，页岩，石灰岩，多年冻土以下：全风化层32K1458+473.8124.281圆砾土，泥灰岩，富冰冻土，多年冻上限以下：全风化，强风化层33K1458+733.8121.781圆砾土，泥灰岩，多年冻土层34K1459+657.8121.781细砂，圆砾土，冻土层35K1461+738.8125.921圆砾土，富冰多年冻土层大类小类石方开挖强风化岩体开挖、弱风化岩体开挖、微风化岩体开挖、新鲜岩体开挖（包括多年冻土区和融区）土方开挖季节性冻融层土体开挖、多年冻土土体开挖、不冻夹层开挖 三峡大学工程硕士专业学位论文表1.3以含水量为主要指标的多年冻土工程分类1.3本文研究的工作内容和技术路线1.3.1研究的工作内容本论文针对高原多年冻土区地质环境特征，着重研究了青藏铁路19标段高海拔缺氧气候条件下多年冻土区的桥梁桩基开挖施工技术、混凝土施工技术及桩基灌注施工技术，同时亦对高海拔多年冻土地区质量控制技术、施工安全技术、环保施工技术、高原保健与职业健康等方面进行了有益的探讨。具体来说，其主要工作包括以下几个方面:（1）针对青藏铁路19标段沿线地质环境特征，分析总结了高原冻土区桥梁桩基开挖施工工艺和方法；（2）根据青藏铁路19标段桩基混凝土施工的特殊情况，深入探讨了高原冻土区桩基混凝土施工方法及各种常见问题；（3）结合相关科研课题和工程项目,深入探讨高原冻土区桩基施工质量保证措施；（4）以青藏铁路19标段为依托，对高原冻土区的施工安全管理进行了分析与总结；（5）在分析青藏高原生态环境脆弱性的基础上，结合青藏铁路19标段的施工的实际情况，探讨了高原冻土区施工的环保措施和方法；（6）针对高寒缺氧地区的气候条件对人体的影响程度，研究其具体的防范措施。13多年冻土工程分类IIIIIIIVV冻土总含水量W（%）WWp+15冻土类别少冰冻土多冰冻土富冰冻土饱冰冻土含土冰层构造类别整体状微层、网状层状斑状基底状融沉评价等级不融沉弱融沉中融沉强融沉融沉融沉系数（δ0）δ0<11≤δ0<33≤δ0<1010≤δ0<25δ0≥25冻胀评价等级不冻胀wq弱冻胀中冻胀强冻胀特强冻胀冻胀系数（η）η<11≤η<3.53.5≤η<66≤η<12η≥12强度评价等级中高高中低低相对强度值0.8-1.01.01.00.8-0.4<0.4 三峡大学工程硕士专业学位论文1.3.2研究思路和技术路线本课题的研究思路是以青藏铁路19标段为例，在分析前人大量资料的基础上，对铁路沿线不同地质类型的多年冻土进行分析和研究，找出多年冻土的地质和工程特征。针对不同的多年冻土，在施工过程，选择不同的开挖施工工艺，研究桩基灌注施工技术，并且加强过程监控和事后检测，确保桩基的成桩质量，确保桥梁工程的施工进度、质量和效益，保证今后铁路的运行安全和可靠性。具体的技术路线如图1.1。资料收集分析现场踏勘信息处理桩基地质特点确定桩基开挖方案桩基工程地质分类旋挖钻机开挖冲击钻开挖浇筑成桩技术检测处理技术图1.1研究技术路线图14人工开挖 三峡大学工程硕士专业学位论文2桩基开挖施工技术2.1开挖方法选择的依据和特点开挖施工应遵循以下依据和特点：（1）应针对不同多年冻土，采用不同的施工技术和方法，针对性较强。（2）应用了先进的设备与人工结合的技术。（3）施工快速，对工期提供有力的保证。（4）环保，对环境影响小。（5）应有利于多年冻土的保护。在多年冻土区，减少对多年冻土的扰动和影响，特别是降低其暴露时间，防止热量进入多年冻土层。2.2工艺原理主要按照“分类处理，逐步开挖，快速进行”的施工思路。（1）对于强度小于500KPa的多年冻土，且旋挖钻机有施工平台的地方，最好选用旋挖钻机进行开挖施工。对于岩石强度大于500KPa，或者旋挖钻机不容易有施工平台的地方，可以选用人工挖孔。（2）对于易塌孔或其他情况，可以少量的采取冲击钻开挖成孔的方式进行开挖。冲击钻孔主要适用于碳酸盐岩石区的地下溶洞或小暗河等的开挖，采用片石或粘土回填再进行冲击钻孔。2.3施工工艺流程及操作要点结合青藏高原19标段开挖成孔施工的实际情况，主要介绍旋挖钻机开挖成孔、冲击钻机开挖成孔和人工开挖成孔施工工艺。2.3.1旋挖钻机开挖2.3.1.1工艺流程旋挖钻机钻孔施工流程流如图2.1。2.3.1.2操作要点（1）准备工作首先做好各项施工前准备工作，包括人、机、料、技术方案、环境保护措施的准备工作等,准备一定要充分。（2）桩位的测量放样根据导线点和三角控制点（导线点和控制点全部采用外径为♀100mm，内径为♀80mm的钢管埋入天然上限以下至少0.5m的深处），利用徕卡TC1102全站仪测定墩台桩位置，严格控制测量精度。15 三峡大学工程硕士专业学位论文施工准备人员配置施工方案材料准备钻机就位环境措施测量放样第一次钻孔护筒埋设继续钻孔清孔结束图2.1旋挖钻机施工工艺流程图（3）护筒埋设根据设计图纸，对于不同桩基础直径，采取不同桩径的钢护筒制埋。根据实际情况，设计要求护筒埋设深度冻土上限以下不少于0.5m，采用5mm厚的钢板卷制。桩基施工完成后，护筒不取出，以减少桩基回冻等膨胀力对桩基产生的不良影响。（4）钻孔钻孔设备可以选用北京经纬巨力公司生产的ZY-140型和意大利生产的R622HD型等类型的旋挖钻机钻孔，钻机工作中要求工作平台密实平整，以防钻机在工作中失稳，影响钻杆的垂直度[32]。在钻进过程中，根据地质情况选用不同的钻头和速度，每班要注意检查钻头直径，使钻头直径不小于设计孔径。注重环境保护，及时清理孔口周围积土，用自卸汽车及时装运挖出的土渣至指定弃土场集中处理。（5）清孔用旋挖钻机螺旋钻头清除孔底虚土很方便，当钻至设计孔底标高后，要及时16图2.2旋挖钻机施工示意图 三峡大学工程硕士专业学位论文清孔，不得用加深孔深来代替清孔。施工示意图如图2.2。2.3.2冲击钻开挖2.3.2.1工艺流程冲击钻成孔施工流程流如图2.3。施工准备人员配置施工方案材料准备钻机就位环境措施测量放样做围堰钻孔如塌孔，加片石粘土图2.3黏土等护壁抽浆清孔结束冲击钻机施工工艺流程图2.3.2.2操作要点（1）准备工作首先做好各项施工前准备工作，包括人、机、料、技术方案、环境保护措施的准备工作等,准备一定要充分。特别是融区和石灰岩地区要准备一定的黏土和片石。（2）桩位的测量放样根据导线点和三角控制点（导线点和控制点全部采用外径为♀100mm，内径为♀80mm的钢管埋入天然上限以下至少0.5m的深处），利用徕卡TC1102全站仪测定墩台桩位置，严格控制测量精度。（3）作围堰与护筒埋设根据设计图纸，对于不同桩基础直径，采取不同桩径的钢护筒制埋，采用5mm厚的钢板卷制[33]。同时做一到两道围堰，防止泥浆的污染。桩基施工完成后，护筒不取出，以减少桩基回冻等膨胀力对桩产生的不良影响。（4）钻孔17 三峡大学工程硕士专业学位论文钻孔设备可以普通的冲击钻即可，钻机工作中要求工作平台密实平整，以防钻机在工作中失稳。在钻进过程中，根据地质情况选用不同的钻头和速度，每班要注意检查钻头直径，使钻头直径不小于设计孔径。注重环境保护，及时清理孔口泥浆。如遇到石灰岩溶区有地下暗河或者通道时，多加黏土或者片石封堵，重新钻孔即可。（5）清孔当钻至设计孔底标高后，要及时量测，采用泥浆泵清理孔内的泥浆，并将泥浆运送至指定的弃渣场。成孔示意图如图2.4。图2.4冲击钻成孔示意图2.3.3人工开挖2.3.2.1工艺流程人工成孔施工流程流如图2.5。（1)测量放样根据导线点和三角控制点（导线点和控制点全部采用外径为♀100mm，内径为♀80mm的钢管埋入天然上限以下至少0.5m的深处），选择先进测量设备,因为在海拔4900米的地区,给设备的运行提出了很多更加苛刻的要求,例如国产的某些电脑品牌在海拔3000米以上就运行不起来，所以设备的选型很重要，我们选择徕卡TC1102全站仪测定墩台桩位置，严格控制测量精度，满足施工技术要求。（2）护口施工在空口做厚度不小于20cm，高度不低于20cm、强度不低于C15的混凝土护口，防止在开挖工程中物体坠入桩基内，打伤施工人员。孔口周围不能有杂物，对石渣必须经常清理。18 三峡大学工程硕士专业学位论文施工准备人员配置材料准备小设备准备测量放线环保工作氧气准备护口钻孔爆破清碴护壁是否到达设计高程否图2.5是结束人工开挖施工流程图（3)钻孔土质桩基直接采用人工开挖或风镐开挖,风化严重或较严重的岩石一般采用风镐开挖,弱风化至新鲜岩石采用手风钻钻孔，钻孔间距、孔深等根据岩石质量级别设计。（4)爆破钻孔完成孔，装药连线爆破。（5)清渣采用人工清渣。施工时，提升机具要牢固可靠，防止提升时掉渣。（6)护壁19 三峡大学工程硕士专业学位论文每开挖1.5米的深度用C20混凝土进行护壁支护，岩体质量差时，打锚杆或钢护筒进行支护。（7)循环开挖与护壁循环开挖与护壁至桩基设计高程,彻底清孔.成孔示意图如图2.6。图2.62.4资源配置2.4.1旋挖钻机开挖资源配置旋挖钻机开挖资源配置如表2.1。人工挖孔示意图表2.1旋挖钻机开挖每个工作面资源配置2.4.2人工开挖资源配置旋挖钻机开挖资源配置如表2.2。表2.2人工开挖每个工作面资源配置2.4.3冲击钻开挖资源配置冲击钻开挖资源配置如表2.3。20爆破机具人员材料备注细目徕卡TC1102全站仪1台、空压机机1台、手风钻4-5台，其他小型工具若干。爆破工1-2人，钻工3人，测量人员4-5人，安全员1-2人、环保员1-2人、普工3-4人。钢材若干，柴油若干，砂石骨料若干。爆破器材若干。水泥若干。氧气袋或者氧气瓶若干材料数量按照设计方案定。资源机具人员材料备注细目徕卡TC1102全站仪1台、旋挖钻机1台、电焊机1台，发电机1台，其他小型工具若干。电焊工1-2人，钻机操作手2人，测量人员4-5人，安全员1-2人、环保员1-2人、普工3-4人。钢材若干，柴油若干，枕木4-6根。焊条若干。材料数量按照设计方案定。 三峡大学工程硕士专业学位论文表2.3冲击钻开挖每个工作面资源配置21资源机具人员材料备注细目徕卡TC1102全站仪1台、冲击钻机1台、电焊机1台，发电机1台，其他小型工具若干。钻机操作手2人，测量人员4-5人，安全员1-2人、环保员1-2人、普工3-4人。粘土若干，片石若干枕木4-6根。焊条若干。材料数量按照设计方案定。 三峡大学工程硕士专业学位论文3桩基灌注施工技术3.1施工准备工作由于青藏铁路19标段位于海拔4900m左右的高寒缺氧地区，昼夜温差大，白天正温，晚上往往是负温，混凝土灌注前的准备工作十分重要，是保证混凝土施工正常进行和混凝土施工质量的重要措施。具体要做以下方面的准备工作。（1)技术准备是混凝土灌注准备重要的基础性工作，是整个混凝土灌注能否成功实施的关键性因素之一。包括混凝土浇筑时段的选择，混凝土分层、分块的计算和选择，混凝土热工计算、混凝土保温措施的选择和经济性比较，砂石骨料的储备量计算，原材料。特别是混凝土热工计算，确保不要破坏多年冻土。另外，唐古拉山地区必须使用低温耐久性混凝土[34-36]，所以，对混凝土的控制指标，除常规的几项指标外，我们采用了特殊的8项指标进行控制，因此，试验准备工作十分重要。（2)生产准备必须按技术准备阶段所提出的技术要求和措施逐一落实，包括混凝土仓面保温材料的准备、混凝土拌和设备的保温、砂石料的储备、热水拌和设备的准备、水源的保温措施落实等。3.2混凝土灌注温控措施混凝土灌注温度的控制措施主要是水源选择及水管保温措施。在施工组织阶段应结合工程总体施工进度安排，确定合理施工的施工水源、取水方式及水管的布设方式。经试验，扎加藏布河河水可以满足施工用水的技术指标，但是洪水时要经过两级沉淀池沉淀处理，并且每月要做水质检测分析。由于混凝土拌和站均选择在扎加藏布河边，取水管线距离短，采用明管的布置方式，利于维修。对拌和系统和仓面附近的明管要进行保温，以保证混凝土施工用水温度得到控制。唐古拉山昼夜温差大、保温材料易损坏、对取水管线保温一般要进行两层包裹，如晚上施工暂停，就放空水管，特别是6、7、8月份以外的月份，严防水管冻裂。3.3拌和站的保温19标段设置两个拌和站，根据施工计算，每个站的拌和能力为40m3/h混凝土的拌和楼，选型以体积小，操作灵活、效率高为原则进行设备配置，但一般拌和系统自身没有保温设施。为了使混凝土在拌和站的温度不致损失过大，并考虑给施工人员创造较好的施工环境，对拌和楼采取了一定的保温措施。具体方法是，将拌和楼置放于半永久性的房屋中，然后在皮带机架上焊接钢骨架，使输料皮带布置在搭设的防护棚中。此外，拌和楼房内适当设置了电热器，以提高房内温度。另外，也偿试了用竹胶版和蓬布以及钢管搭设防护棚，加固牢靠用来挡风。3.4料场、料仓的保温22 三峡大学工程硕士专业学位论文根据混凝土热工计算，除冬季施工外，一般可不考虑加热骨料。但需对骨料输送系统进行封闭。在输料皮带机架上，焊接骨架，间隔装1000kW的碘钨灯，在骨料输送中起到一定的保温和预热作用。唐古拉山一般风沙较大，采用篷布对骨料仓进行覆盖后，即可以起到一定的保温效果，又可以有效的防止粉尘等对骨料的二次污染，同时及时清除了表面的积雪，平时要加强使用管理，防止积雪和水进入料仓(堆内)，卸料时将篷布掀开，不用时将篷布盖上。3.5混凝土运输设备的保温混凝土运输尽可能采用封闭式运输车辆，外裹保温被进行保温。保温被所用材料是黑心棉棉被，保温被覆盖在混凝土罐车上后固定，保温效果较好。针对唐古拉山地区气温过低的特点，对低温季节混凝土的运输提出了以下措施：（1）尽量减少混凝土的倒运次数；（2）混凝土在浇注时按照规范规定时间尽量缩短；（3）混凝土入仓前的时间不能过长，同时，也不宜过快，加长多年冻土的回冻时间；（4）开仓装运混凝土前应用热水冲洗运输设备，对设备起到一定的预热作用。3.6混凝土仓面保温低温季节施工时，仓面保温采用暖棚法。暖棚法结构设计除考虑正常的荷载外需进行风荷载验算。搭设暖棚用保温材料，保温层用帆布和棉帐篷，用苫布做隔层，防止稻草保温、受潮和稻草散落仓内。活动下料口采用麻袋片包稻草，保温棚内安设电热器进行采暖。采用现场绑扎式暖棚，暖棚的支柱采用钢管架，层高4～5m，顶盖采用杉杆或杂木杆，用铅丝绑扎。3.7拌和用水加热措施唐古拉山地区常年处于低温状态，拌和水加热一般情况下需要加温，一般采用煤热锅炉，主要是唐古拉山地区属于藏北无人区，没有网电等，煤可以从格尔木运输至工地。混凝土拌和用水水温和煤锅炉的出水量需经热工计算和混凝土施工强度确定。以1号拌和站为例，在拌和站处设一台煤热锅炉每天可提供60℃热水40t左右，可满足桥梁混凝土施工用水的需要量。低温季节电热锅炉一直保证提供蒸气，水在保温桶和热水池中加热(水温不宜超过65℃)。热水通过高温型管道由增压泵直接送入拌和楼内，热水管道采用石棉包裹进行保温。在气温为0℃时，拌和水温60℃，拌和楼出机口处的混凝土温度可达7.38℃。根据现场有关资料提供的结果，拌和过程中可使混凝土温度增加5℃左右。3.8水泥的防护保温23 三峡大学工程硕士专业学位论文低温季节将水泥库房窗密封好，门上挂棉帘，使水泥的温度高于室外气温(不低于5℃)。螺旋提升机应用石棉布包裹保温。3.9混凝土在出机口和运输过程中的温度控制混凝土的出机口温度，应满足规范规定的最低浇筑温度和混凝土运输、浇筑过程中温度损失之和，并应尽量保持温度的均匀。方法是通过改变拌合用水的温度来控制，温度高将增加不必要造价；温度低使入仓温度不能满足规范的要求，保证不了混凝土的浇筑质量。根据羊湖地区的施工经验，提出以下具体温度要求：（1）运输距离远且施工仓号未采取保温加热措施的几座桥梁混凝土浇筑施工，混凝土出机温度控制在7～10℃之间；（2）混凝土因洞外运输距离较短且温度一般稳定在8℃左右，混凝土运输后，温度会有一定损失，混凝土入仓温度控制在0～6℃之间。3.10混凝土配合比的选择根据多年冻土区桩基的地质特征与高原的气候特点,为了使混凝土结构物与高原特殊环境相适应，确保混凝土功能满足环境和使用年限的要求，本次低温耐久性混凝土的控制指标一共是8个，即抗冻融循环性能、抗渗性、耐腐蚀性、抗Cl-渗透性，护筋性、抗碱骨料反应、抗裂性、耐磨性、抗氯离子腐蚀。（1）凝土的抗冻融性能提出混凝土的抗冻融循环次数（快冻）应达300次以上的依据为：普通铁路桥涵、轨枕混凝土的抗冻融循环次数要求达到200次，俄罗斯要求多年冻土地区混凝土的抗冻融循环次数为300～500次[37-41]。青藏铁路19标段沿线多年冻土地区环境条件比普通线路恶劣得多，在沿线特殊的环境条件下，要想混凝土结构的使用寿命达到普通地区混凝土的水平，混凝土的抗冻融循环次数至少应达到300次以上。因此,19标段沿线主体结构物不同混凝土的抗冻融循环次数须达到300次及以上。（2）混凝土的抗渗性青藏铁路19标段查曲河中存在一定数量的SO42-、Mg2+、Cl-等的侵蚀。根据《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001），混凝土必须具备较强的抗渗能力。混凝土的抗渗等级应不小于S12。（3）混凝土的耐腐蚀性19标段的部分地段的地表水或岩土中不同程度地存在有害离子侵蚀时，以防止侵蚀性离子对混凝土等结构物与构筑物的破坏，混凝土受有害离子侵蚀的浓度允许值应符合表3.1的规定[42]。24 三峡大学工程硕士专业学位论文表3.1不同使用环境中混凝土受有害离子侵蚀的浓度允许值（4）混凝土的抗Cl-渗透性能由于查曲河等河流中不同程度地存在Cl-的侵蚀。根据ASTMC1202—94对混凝土抗氯离子渗透能力的等级划分[32]（表3.2），当混凝土的氯离子渗透值小于1000库仑时，其抗氯离子的渗透性能较好。为了保证铁路混凝土中钢筋不至锈蚀，混凝土的氯离子的渗透值应达到比较低的水平。因此，19标段沿线用混凝土的氯离子渗透值不得大于1000库仑。表3.2混凝土抗氯离子渗透能力的等级划分(5)混凝土的碱—骨料反应性能19标段沿线河流中的砂石具有较强的碱活性。为了保证混凝土不至发生碱—骨料反应膨胀破坏，应对骨料的砂浆棒膨胀率提出最大限值要求。根据国内外多年科研成果和工程实践经验，19标段混凝土工程骨料的砂浆棒膨胀率（按TB/T2922.5-2002检验）不得大于0.20%。(6)混凝土的抗风蚀性能一般来说，混凝土的表面属于其相对薄弱的环节。青藏高原地区的最大风速为30m/s，大风引起的风沙将对混凝土表面造成严重磨蚀。为了保证混凝土表面的完整性及其美观，应对暴露于大气中的混凝土的表面耐风蚀性能予以加强。参照道路水泥耐磨性的平均要求[43]，19标段沿线用混凝土砂浆的磨耗率不得大于0.5kg/m2。25侵蚀类型使用环境中有害离子浓度，mg/1侵蚀程度浓度允许值，mg/L硫酸盐侵蚀2-SO41000～2000弱侵蚀20002001～4000中侵蚀4000>4000强侵蚀10000镁盐侵蚀2+Mg1000～3000弱侵蚀30003001～7500中侵蚀7500>7500强侵蚀15000通过电量Q（库仑）氯离子渗透的能力>4000渗透能力强2000~4000渗透能力中等1000~2000渗透能力低100~1000渗透能力很低<100不渗透 三峡大学工程硕士专业学位论文(7)混凝土护筋性能[44-47]保证混凝土砂浆中的钢筋不得锈蚀，保持钢筋的完好性能，提高钢筋混凝土的结构的稳定性。(8)混凝土抗裂性能由于唐古拉山南麓干湿交替快，温差大，混凝土表面容易产生裂纹，混凝土的表面非受力裂缝平均宽度不得大于0.20mm。根据上述指标和混凝土的常规三项指标，选择合格的水泥、骨料和外加剂，确定和优化配合比。3.11灌注过程的特殊要求钻孔桩混凝土为低温早强耐久性混凝土，设计强度为C25，灌注混凝土时，应严格控制其灌注温度在2～10C°之内，以减少混凝土散热对多年冻土的热扰动，每根桩灌注时间控制在8h以内，以防止顶层混凝土失去流动性，提升导管困难，增加事故的可能性，灌注过程中注意及时测量孔内混凝土高度，正确及时指导导管的提升和拆除，导管在混凝土内的埋置深度一般控制2～4m，拆除导管要快，拆除下来的管节要立即清洗干净（为防污染环境，清洗时应在沉淀池清洗），在两端丝口处抹润滑油，按编号顺序堆放整齐。为确保桩顶质量，在设计桩顶标高的基础上加灌0.5～1.0ｍ。根据唐古拉山气候特点，采用草垫或麻袋装珍珠岩及时养护。关于混凝土其他灌注情况，包括每盘搅拌时间、灌注时间、混凝土含气量、坍塌度、泌水率、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除以及发生异常现象等，指定专人负责记录。26 三峡大学工程硕士专业学位论文4施工质量控制与安全管理4.1质量控制以ISO9001质量管理体系为标准，建立并保持质量管理体系的有效运行为基础，按行规干，做到“四个到位”为重点，用好一个“有效的激励机制”这个辅助手段，确保质量管理工作的有序开展，即“一四一”质量工作思路和做法。4.1.1坚持“建立并保持质量管理体系的有效运行”为基础为了积极适应建筑市场的需要，必须实施ISO9000系列质量管理体系标准，形成了一整套“符合部队特色、满足顾客要求”的质量管理体系文件，并按照相应的要求并结合项目实际建立整合型管理体，从项目组织机构、人员职责、资源配置、内部程序、施工过程控制等进行了全面的策划，为保持管理体系的有效运行。以管理体系的正常有效运行确保了各项工作规范化、标准化、管理经常化，以工作质量确保工程质量。每年年终岁末，我们应该组织一次全员全面的学习，让管理体系标准和管理体系文件的思想深入人心，使人人懂标准，人人会标准，用标准和体系文件的程序来规范自己的质量管理行为，促进了各项质量管理活动的正常、全面、有效和开展，工程质量得到了有效保证。坚持ISO9001质量管理体系标准，主要是要坚持它的八大质量管理原则，坚持它的PDCA循环，坚持它的相关质量管理基本程序，关注顾客、满足顾客要求，达到顾客与企业共赢的局面。4.1.2按行规干中国安能建设公司是一个具有水利水电施工特级总承包资质单位。但是，我们也承担铁路、交通、航运等工程的施工，隔行如隔山。因此，学习其他行业的行规是十分必要的。通过学习，我们的主要施工技术与管理人员逐步熟悉了行业的施工技术与知识，掌握了工程施工的一些规律，为落实按行规干打下了基础，为后来的施工起了非常好的指导作用。4.1.3做到“四个到位”“四个到位”是我们抓质量的途径和具体做法，也是ISO9000质量管理体系标准和按行规干在质量工作中的具体体现和实现形式。（1）准备到位工程施工的准备过程是落实质量计划的第一步，就是要全面从资源配置和技术准备等方面切实做到位。资源配置包括人员的质量与数量、机械设备的质量与数量、材料的质量与数量是否与工程进展匹配和合理，是否满足工程要求，在施工中不断对资27 三峡大学工程硕士专业学位论文源进行优化。在技术准备方面，每项工作开工前在技术培训、技术方案、技术交底等方面进行充分的准备和酝酿，同时做好图纸核对优化工作。另外，作业人员、技术人员和管理人员配备充分合理，保证各层次的人员满足施工需要。严格把好开工准备关，真正做到了施工准备到位，打有准备之战，是杜绝盲目开工和由于开工准备不足而影响质量的现象出现的基石。准备到位是抓好质量的前提和基础，充分的准备是成功的一半，反之，工程质量就成了无源之水、无本之木。（2）工序到位工序到位包含两层含义，就是在施工过程中，一方面每一个工序都不能省略，都必须做；另一方面就是每一个工序均要按照技术要求做好，做到位。工序是我们现实实体质量的单位步骤，工序到位是抓好质量的重点，是保证实体质量的关键所在。（3）检测到位检测到位就是我们严格按照质量检测的程序、阶段，对实体质量进行检查或检测。对于检测或检查符合要求的工序、原材料、单元工程、分部工程、单位工程等实行放行，对于检查或检测不符合施工技术规范的，不予以放行，坚决实行返工或其他处理，直至检查或检测符合要为止。检测到位要分层次进行，我们特别注意单元工程和重要工序、原材料和关键部位的检测。对于单元工程，保证项目和基本项目必须100%合格，允许偏差项目必须保证70%以上的合格率。只有满足上述检测要求的工程，才能进入下步施工。检测到位是防止了质量盲区发生的必由之路。检测到位是我们验证质量是否合格的重要手段，是质量控制的依据。（4）资料到位资料到位就是要对工程质量的记录严格要求，各种资料必须齐全、真实可信、具有良好保存性。青藏铁路19标段工程，从开工前的开工申请手续资料、施工组织设计、技术交底、施工过程的质量记录、检测记录，质量验收资料、施工后的监测记录等资料基本做了到位。施工过程中，内业资料的到位，为我们今后的竣工资料的整理、完善和移交打下良好的基础。资料事关我们的质量行为，是我们抓质量成果的最终体现，也是工程竣工后档案的基础。对于桥梁桩基施工质量，质量控制主要是桩位、孔倾斜度以及控制孔底虚渣的厚度，具体允许偏差见表4.1[49]。28 三峡大学工程硕士专业学位论文表4.1孔桩允许偏差对于混凝土的质量，按照8项耐久性指标和三项常规检测指标，从原材料严格控制，优化配合比，加强施工拌合、运输、浇筑、养护等的过程管控。确保桩基混凝土浇筑质量。4.2施工安全管理（1）认真落实《安全生产法》、国家地方的相关规定、条例、行业的安全管理规定。健全安全组织机构，落实责任制，明确各级人员的职责，落实问责制，确保安全生产。（2）采取切实有效的措施，夯实安全生产的基础，影响安全生产的因素包括人、机、物、环境等诸多方面，但最关键的还是人。是建立安全生产长效机制，实现长治久安的关键。（3）加强爆破器材管理和爆破作业安全管理，严格按照《工程爆破器械管理规定》和国家爆破安全法规进行爆破器材管理，加强现场的静态和动态管控，派有责任心的专职干部和战士全程进行监控，确保爆破器材万无一失。针对高原雷电多的特点，爆破器材库四周安装避雷针和相关消防设施,避雷针一般为内地的2倍。（4）防止物体打击和机械伤人。设置安全员，在人工挖孔过程中，一定要加强防护，井口设置高度不低于地面30cm高、厚度不小于20cm的混凝土护口，并设置相关的维护网，防止石渣掉落打击孔下人员，提升设备安全可靠性，经常检查。旋挖钻机等设备施工时，在机械旋转区域内设定禁止人进入的区域，防止机械伤人。（5）临时用电要符合《施工现场临时用电安全技术规范》，供电设备与用电设备、供电线路按照国家相关规定执行。常检查，常维护。（6）氧气瓶与乙炔瓶严格存放，严格确保氧气瓶不沾任何油污，乙炔瓶有回火安全保护装置，不卧放。（7）及时检查，控制危险源，排除各类安全隐患。（8）加强高原病的防治，保证施工人员的职业健康。29项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1桩位（mm）50用测量设备检查2孔倾斜度1%开挖后检测3虚渣厚度（mm）不大于图纸规定值开挖后清孔检查 三峡大学工程硕士专业学位论文5施工环保技术青藏高原是我国和南亚主要河流的发源地，由于幅员辽阔、环境复杂形成了独特而典型的高原自然生态类型，保村相对完整。但因海拔高、空气稀薄、低温严寒、气候干燥变化异常，沿线动植物种类少，生长期短、生物量低、生物链简单，生态系统中物质循环和能量的转换过程缓慢，致使生态环境十分脆弱，稍有人为干预都可能打破其生态平衡[8]。并且这种平衡一旦破坏，就很难恢复，而且会加速冻土热融，引起地沙化和水土流失，导致自然环境的恶化，这里自然环境的变化必然影响到相关区域，引起下游地区生态环境的变化。因此青藏铁路环境保护至关重要，环境保护的基本内容有两项:一是做好污染的防治，二是搞好生态保护。污染防治主要包括水污染、垃圾污染和大气污染的防治，环境保护的重点应放在生态保护尤其是野生动物、植被、湿地系统、水源、自然保护区和自然景观的保护上。青藏铁路建设环境保护的总目标为:做到环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产，确保多年冻土环境得到有效保护，江河水质不受污染，野生动物迁徒不受影响，铁路两侧自然景观不受破坏努力建设具有高原特色生态环保型铁路。青藏铁路19标段施工期间主要采取以下措施对环境进行保护。5.1管理措施（1）制定环保方针，坚持“预防为主，保护优先，开发与保护并重”的原则。针对施工现场的环境特征以及施工特点，制定了相应的环保措施，主要控制施工过程，以及施工人员和施工机械的行为规范。最大限度的减小影响区域，减小破坏程度。控制水土流失等。设立环卫科或环保部专职负责环保工作，并在施工现场设专职环保员，对施工现场不符合环保要求的施工行为给予纠正。（2）建立、健全环保管理制度。包括岗前及岗中参建职工的环保知识培训，学习国家和地方环境保护的规定和条例，制定环保施工手册和奖惩办法，同建设单位签订《环境保护责任书》等。（3）设置醒目的标示牌，严格控制运输车辆行驶路线以及施工人员的活动范围，以免破坏自然环境。加强对施工人员的关于“爱护环境，保护动物”的宣传，并限制施工人员在施工现场以外的活动范围，禁止接近、哄赶、捕杀野生施工区域内的野生动物以及破坏植被。（4）对生活垃圾、建筑垃圾等固体弃物，生活和施工污水集中收集，集中处理，严禁随意抛撒、排放。（5）环保监控。认真落实《青藏铁路(西藏段)工程环境保护备案登记表》要求并上报地方环保局;接受第三方监理环保监理的监督和检查，并在生产中加大自检力30 三峡大学工程硕士专业学位论文度，对施工中所造成的环境影响进行全过程控制。5.2施工措施5.2.1植被保护（1）取土场选址时，严禁进入保护区的缓冲区、严禁侵占河道及湿地等环境敏感地带，取土场设置在无植被或植被稀少地带，并遵循集中取土的原则，最大限度减少取土场数量:取土场以及路堑地段开挖取土前，将地表植被和表土分段铲除，并选择地点进行有效保存和养护:完工后将表土及植被回铺到场地中，促进植被恢复。（2）在施工现场对施工便道进行优化，结合工程结构位置，以及植被生长情况，尽量减少便道数量，把便道取短。便道基本上不设纵向便道，利用路基及青藏公路作为路基工程填料的运输，以减少便道占地面积。横向便道的宽度严格按设计要求控制，同时选在无植被或植被稀疏处，并结合工程结构物位置尽量把便道缩短;施工便道直接在原地面填筑，完工后再掘除填料至原地面，以保存表层土壤，为便道的植被恢复提供基础。(3)砂石料场选择在基岩裸露地带和无植被的河滩地。(4)生活营地、生产场地等场址选在荒地、植被稀少地带，或者在公路现有废弃的道班、施工场地、取土场中。(5)涵洞的施工不设临时营房等，以减少因征用土地而对植被造成的影响或破坏。对桥涵施工场地、生活营地以及施工便道等的界线进行围护，防止人员、机械活动对周围原生植被及土壤造成破坏。(6)挡水捻施工时，在挡水捻和路基之间铺设隔垫物，以减轻埋设防水卷材开挖出的土方的临时堆置对植被的占压;挡水捻填料运输时，车辆尽量倒行，减少车辆在施工处的掉头而对植被造成的破坏;迎水面的硷挡块在挡水捻填筑50om高时运输进去，防止挡水捻成型后运输车辆对植被造成破坏。(7)水沟施工前，先将水沟与路基间草皮假植、养护，完工后再将草皮移植回来，减轻水沟施工对植被的影响和破坏。(8)对材料运输线路进行专门规定，对沟槽开挖出的草皮进行移植保护。同时，材料尽量集中堆放，采用人工搬运至施工地点的方法，以减少机械运输对场地植被的破坏。(9)及时清运骨架护坡施工产生的余土，防止弃土因在路基坡脚堆置时间过长而影响植被正常的生长与发育。5.2.2湿地保护(l)为了防止施工对湿地的影响，首先界定施工范围，减少人员、机械活动对湿地的破坏。31 三峡大学工程硕士专业学位论文(2)桥涵等排水工程施工时，设置临时排水设施，如埋设硅排水管或建造盲沟，保证河道畅通或地表径流，防止下游湿地的萎缩或退化。(3)采取以桥代路的方案，减少对湿地的占用。5.2.3冻土保护（1）合理安排施工时间，制订施工措施，最大限度的减小对冻土环境的热融侵蚀破坏。（2）灌注时，合理选择灌注时间和水化热低的水泥，防止对多年冻土的回冻产生不利影响。（3）根据路段冻土上限不等，采用不同的路基形式，或普通路基，或片石通风路基，或热棒导热，以控制地表温度;同时，通过控制路基填土高度，使之达到在设计年限内能维持基底多年冻土不下降的最小高度要求。（4）在有草皮的地段填筑路基时，不同于荒漠地带将草皮先起挖运走进行异地“假植”或栽植的方法，而是保留地表植被，将填料直接填筑在草皮上，以保留冻土的天然保温层。(5)选择寒季进行路堑开挖，避免过大面积一次性开挖，并尽量缩短开挖面暴露时间，以防止引起热融滑塌或导致冻胀丘、冰锥;(6)涵洞基坑开挖后，及时采取保温措施，并进行遮挡以降低光照强度，同时缩短冻土层的暴露时间，防止产生融冻泥流;桥涵施工场地的设置也是以填代挖，以减少对原地表地基土的热干扰。(7)施工场地基本上设在青藏公路两侧多年冻土区中的融区或少冻土区，对高含冰量冻土区的生活营地，采用架空通风的房基础、大于最小设计高度的填土厚度，以减少对地表植被的破坏或基底多年冻土的热扰动;(8)挡水捻沟槽分段开挖，并及时回填，以防止基坑暴露时间过长对冻土造成影响。(9)在路肩埋设冻土沉降观测桩，随时掌握路堤施工对冻土层的影响。5.2.4野生动物保护(l)重视对野生动物生存环境的保护，不在野生动物栖息地及通道附近取、弃土，大力保护通道及两侧50m范围内的植被，破坏的要及时采取措施进行恢复，避免因地形、地貌改变而引起动物识别错误。施工营地、材料场、机械停放场地及临时用地等距离野生动物通道不小于1公里，避免.惊扰、影响动物觅食、交配、迁徙等活动。(2)施工前加强对施工人员的教育，坚决禁止偷猎、恐吓、袭击野生动物，同时在动物通道起讫位置设置宣传牌，加大对野生动物保护的宣传。(3)根据所迁徙的野生动物的种类、习性及迁徙线路、季节的不同，在不同位置32 三峡大学工程硕士专业学位论文设置不同形式的动物通道。(4)合理安排动物通道地段的施工，加快施工速度，缩短施工周期，尽可能避开野生动物迁徙时期和繁殖期，特别是繁殖交配和产仔期。5.2.5水流源头水质(l)尽量选用先进的设备、机械，以有效地减少跑、冒、滴、漏的数量及维修次数，从而减少含油污水的产生量。(2)砂石料场的洗砂废水，通过2～3级沉淀后再排放。(3)生活污水及生产污水都设沉淀池，池底做防渗层，污水经静置沉淀后，用于场地降尘、绿化。(4)垃圾进行分类处理，可降解垃圾集中收集后运至远离水源的取土坑掩埋;不可降解垃圾及含石油类固体废弃物按设计规定或要求，运送至指定地点处理。33 三峡大学工程硕士专业学位论文6桩基施工高原保健与职业健康6.1高海拔地区自然环境的实际情况唐古拉山地区的自然条件有如下特点：（1）海拔在4800～5000m，气压低，氧分压低，海平面氧分压为21Kpa,而唐古拉山只有11Kpa，降低近一半。（2）寒冷、温差大，由于该地区空气稀薄，大气温度易于散失，而且受不到海洋季风的影响，故气温偏低，根据通常的测试，海拔升高100m，气温下降0.6℃,所以唐古拉山地区日平均在0℃以下的时间长达320天左右,最低气温-41℃,大地吸热快,散热也快,一天之内的昼夜温差可达15～30℃。（3）多风干燥，该地区常常午后起大风，强风不仅进一步降低了气温，而且也加速了地表和物体水分的蒸发，本来降雨量少，空气中的所含水蒸气相对很少，年平均相对湿度只有内地的50%左右，空气很干燥。（4）日光辐射强、紫外线强：空气稀薄，透明度大，太阳辐射和紫外线很容易达到地面，一般海拔升高100m，紫外线辐射强度就增加1.3%，唐古拉山地区紫外线为海平面辐射强度2～3倍。（5）多雷暴：青藏高原地区往往是雨季均有雷暴伴随，雷暴出现常伴有冰雹。一般集中在每年4～9月份。雷暴大多沿山移动，多为梳状雷暴，唐古拉山地区尤为突出。6.2高海拔地区自然环境对人体的影响6.2.1缺氧对人体的影响氧是人体新陈代谢的基本元素，空气的氧气经过肺进入血液，与红细胞中的血红蛋白结合，在经过血液循环把氧输送到全身的各个器官。在高海拔地区，由于氧分压的减低，人呼吸进入肺的氧气减少，以至于不能满足人体的需要，造成器官缺氧，导致肌体代谢增强及代尝功能。严重缺氧时，可能对人体的敏感器官损害或者影响，出现头晕、头痛、气促、心慌、记忆力减退，全身乏力，人心神烦躁等。另外，缺氧导致血粘稠度增高，微血管通透性。6.2.2寒冷对身体的影响在高寒的环境下，一方面可引起皮肤血管收缩，影响血液循环，造成营养障碍可形成冻伤。另一方面，寒冷会促使心跳加速，血压升高，加重心脏负担，同时，容易导致感冒，高原上感冒是导致高原肺水肿的重要诱因。6.2.3高原强紫外线对人的影响唐古拉山空气清新，透明度高，长期积雪反射紫外线，引起紫外线容易被人体皮34 三峡大学工程硕士专业学位论文肤吸收，可以造成光照性皮炎，产生脱皮和水泡等，也可以使眼角上皮损伤而导致雪盲或者视力下降。6.2.4高原干燥对对人体的影响干燥导致通过人体呼吸使人体水分排出增加，出现嘴唇干裂、鼻出血等。失水严重时，还可以使血液变稠，诱发血栓形成。6.3施工人员的高原医疗保健高原环境的主要特点是气候条件恶劣和自然环境严酷，一是缺氧，二是寒冷，三是大气中的杂质和水汽含量少，透明度大，紫外线强;四是荒无人烟，交通不便，医疗条件极差，施工保障困难。由于高原缺氧，致使人的机体供氧不足、呼吸困难、循环系统发生一系列生理反应，会出现头痛、胸闷、乏力、呼吸困难等症，人体的消化系统失调，抗病能力减弱，易发生流行疾病。此外，还易造成心理上的变化，在精神上发生抑郁不安，意志减弱等。我部对参加青藏铁路19标段建设的人员采取以下医疗保健措施：首先，进入高原的人年龄宜在45岁以下，身体健康。单位组织学习高原卫生知识，使入藏人员了解高原气候，高原反应、高原病的类型、症状以及预防措施。入藏前认真进行身体检查。其次，在格尔木或者西宁等2000多m的地区进行有效的适应1周，充分作好进入唐古拉山的心理和身体准备；再次，进入唐古拉山地区的路途上，要备足水和氧气，注意保暖，防止感冒，行进速度不宜太快，有严重高原反应者下送，轻度高原反应者可以吸氧或服药，不能硬撑。最后，初进唐古拉山施工区时避免剧烈运动，注意营养和足够的休息，医务人员加强巡诊。施工过程中，严格按照规章制度操作，防止加班，一般每天工作6小时。注意穿衣、保暖、戴防护镜。同意强调饭菜的多样性，保证营养和热量，患病及时医治，不带病工作，不喝烈性白酒，作好夜间的查铺查哨，并作好登记。另外，特别施工期间要作好肺水肿和脑水肿的防止，唐古拉山属于高原鼠疫区，严禁扑杀和食用野生动物，防止鼠疫。35 三峡大学工程硕士专业学位论文7效益分析7.1开挖方法效益分析三种施工方法各有自身的适应范围，在施工速度、施工成本、施工优点和缺陷方面各有不同，如表7.1所示。表7.1三种施工方法施工技术参数上述三种方法，各有优缺点，在19标段的施工中，土质多年冻土区，一般情况下，土体的强度小于500KPa，优先采用旋挖钻机进行施工；但是，对于强度大于500KPa岩体，旋挖钻机的进尺速度仅为2～3m/d，不宜采用旋挖钻机进行施工。冲击钻适应于融区和地下水丰富的硬质岩体的施工。对于地下水不丰富的硬质岩体，我们可以采用人工挖孔加快速度。在19标段，83%的桥梁桩基为土质多年冻土，适合用旋挖钻机进行施工，部分岩质多年冻土或融区可以采用人工挖孔或冲击钻进行施工。从经济效应来说，三种方法结合使用，产生一定的效应，盈利在9%左右。7.2质量、安全职业健康、环保效益从质量控制来说，桩位、清孔、垂直度均符合施工要求，经青藏铁路总指挥部委派的铁道部科学研究院（第三方）采用声波进行的无损检测，我部桩基的I类桩约96.5%，没有III类桩出现。6座大桥被青藏铁路总指挥部评为优质样板工程，占桥梁总数的17%。从环境保护来看，没有发生环保事故，植被、动物、冻土保护等状况良好。从职业健康与安全来看，没有发生安全事故，有2人得了肺水肿，但是得到了有效的救治，没有发生高原病亡人事故。7.3施工技术应用效果青藏铁路穿越青藏高原，新建的格尔木至拉萨段全长1120公里，其中546公里36施工法平均施工速度施工成本施工优点施工缺陷旋挖钻50-60m/d1000-1200元/m钻孔速度快、机械化程度高、劳动效率高，适合硬度小于350KPa的岩性地质体设备移动不方便，成本稍偏高冲击钻3-4m/d900元/m机械化程度较高，适合于硬质岩体或地下水丰富易塌孔的地层速度较慢，使用的泥浆容易污染环境人工2-3m/d550元/m适合于硬质岩体且地下水不丰富的岩体，成本低速度慢，不太安全，孔深度大于17米缺氧大，需要供氧。 三峡大学工程硕士专业学位论文穿越多年冻土区。青藏铁路多年冻土是一种特殊的地质体，其物理特征、化学特征和工程特征与一般地质体有本质的区别，特别是多年冻土是一个感温易变体，当温度发生变化时，其工程特征变化显著，同时，多年冻土是一种冰质胶结体，因此在施工过程中，施工技术有着特殊的要求。由于多年冻土的存在，给施工带来一些困难，特别是多年冻土的开挖施工，必须在技术上和施工组织上进行必要的研究，在青藏高原多年冻土区内，为了确保多年稳定性，避免冻土暴露时间过长，减少施工对多年冻土的扰动，如何快速进行桩基的开挖，采用有效的开挖方式是必要的。青藏铁路19标段有大小桥梁35座，桩基的开挖过程中，我们因地制宜，采用不同方法对多年冻土区的桥梁桩基进行了开挖，其中旋挖钻机成孔586个，冲击钻成孔112，人工挖孔40个。从施工开挖进度来看，正是由于三种方法的相互配合，优势互补，我部在有效的6个时间内（2003年7月～9月，2004年4～6月）完成738根桥梁桩基的开挖，累计15365米。提前合同工期2个月完成节点工期。创造了较好的经济效益与社会效益。从质量安全管理来看，没有发生任何等级安全事故和质量事故。从环保角度，没有发生环保事故，青藏铁路被评价为重大工程环保示范性工程。没有发生高原职业健康事故，桩基施工仅发生了一人次肺水肿，并得到了有效控制。可以说，桩基施工系列技术在青藏铁路施工过程中是比较成功的，对类似工程具有参考价值和借鉴意义。37 三峡大学工程硕士专业学位论文8结语8.1本论文主要成果本论文结合青藏铁路19标段施工的实际情况，针对高原多年冻土区地质环境特征，先后探讨了高原冻土地区桥梁桩基的施工方法、质量控制、安全保证措施、环境保护方法及高原保健知识等内容，取得的主要成果如下：（1）通过深入分析高原冻土区不同的地质条件，研究了桥梁桩基旋挖钻机开挖成孔、冲击钻机开挖成孔和人工开挖成孔施工工艺，并按照“分类处理，逐步开挖，快速进行”的原则，对此三种开挖方法进行有机结合与调整，从而提出了青藏铁路19标段桥梁桩基开挖最合理有效的施工手段，使资源得到了合理配置。（2）通过对高原多年冻土区桥梁桩基开挖三种方法的分析和研究，对不同开挖方法提出了特殊地质和气候条件下成孔的关键技术：1）旋挖钻机成孔的技术主要是搭好钻机平台，根据地质情况选用不同的钻头和速度，值班人员要注意检查钻头直径，使钻头直径不小于设计孔径，并做好护筒，保护好多年冻土，保证钻孔的垂直度，到底之后彻底清理虚渣；2）冲击钻机主要是做好环境保护，如遇地下暗河或者塌孔，可以多加粘土或者片石护壁；3）人工成孔的技术要点是做好护壁，注意施工爆破与出渣安全，携带供养设备，防止缺氧。（3）对高原冻土区桥梁桩基混凝土性能、强度、灌注温度、时间及养护等问题进行了深入探讨，提出了高原冻土区桥梁桩基质量保证的具体方案及相应的实施措施。（4）以青藏铁路19标段的为依托，结合高原环境与气候条件，分析了高原冻土区的施工安全状况，总结出高原工程施工安全保证与管理措施。（5）针对青藏高原脆弱的生态环境，结合青藏铁路19标段的实际情况，提出了一系列高原冻土区施工的环保措施和方法（6）针对高寒缺氧地区的气候条件对人体的影响程度，提出了具体的防范措施。8.2建议目前，我国铁路已修建至西藏高原，跨越高海拔多年冻土无人区，在创造了世界奇迹的同时，也为西藏经济发展与自治区矿产资源的大力开发提供了更为宽广的运输通道。西藏在今后一个较长时期内，还将在高原冻土地区修建大量的运输铁路。为保护高原脆弱的生态环境，以桥代路将成为高原铁路设计的基本原则。因此，高原冻土区桥梁桩基施工方法的研究将成为我国桩基研究发展的一个重要分支。由于课题本身的复杂性及其时间关系，本人认为还有以下几个方面问题有待进一步研究解决:（1）在研究高原多年冻土区桥梁桩基施工技术的过程中，仅提出了解决冻土施38 三峡大学工程硕士专业学位论文工的具体技术措施，而未涉及工程施工对冻土路基稳定的影响，此方面内容需深入研究与探讨。（2）本文提出了三种高原冻土区桩基施工方法，但其设计和理论计算还有待进一步分析和完善。（3）多年冻土的回冻问题也是在多年冻土区进行工程建设需要考虑的重要课题之一，桩基施工完毕，冻土的回冻时间、回冻程度，以及对承力的影响目前尚未考虑，今后还应在这方面进行研究探讨。39 三峡大学工程硕士专业学位论文参考文献1.周幼吾,郭东信,邱国庆,等.中国冻土[M].北京:科学出版社,2000.53-66.2.OsterbergJO.TheOsterbergLoadTestMethodforDrilledShaftsandDrivenPiles-TheFirstTenYears[R].Colorado,1998.3.ReeseLC,HudsonWR,VijayvergiyaVN.Aninvestigationoftheinteractionbetweenboredpilesandsoil[A].Proceedingsof7thInternationalConferenceonSoilMechanicsandFoundationEngineering[C].1969,2:211～215.4.曲祥民.工程冻土概论[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2005.32-43.5.铁道部第三勘察设计院.冻土工程[M].北京:中国铁道出版社.1994,77-92.6.李东庆,马巍,李述训.修筑铁路路基对冻土条件变化的影响分析[A].青藏铁路学术研讨会论文集[C].兰州:兰州大学出版社,2001.22-24.7.赵占利,李永,等.青藏高原多年冻土地区路基及桥梁桩基施工技术[J].施工技术,2008(10):73-75.8.梁波,陈兴冲,等，青藏铁路的重要意义、技术难点及力学问题[A]，第十三届工程结构学术会议,2002（7）:139-149.9.中国铁道部.青藏铁路建设冻土工程研究[M].北京:中国铁道出版社,2007,28-30.10.曲祥民,张滨.季节冻土区水工建筑物抗冻技术[M].北京：中国水利水电出版社团社,2008,7-8.11.汪双杰.多年冻土地区公路修筑技术[M].北京:人民交通出版社,2008,56-57.12.吴云生，张增淮.青藏铁路多年冻土工程地质综合分类探讨[J].冰川冻土，2003,259(增刊l):1-3.13.李宁,魏庆朝,魏静.青藏铁路片石气冷路基工程试验研究[J].冰川冻土，2005,27(5):686-692..14.孙志忠,马巍,李东庆.多年冻土区块、碎石护坡冷却作用的对比研究[J].冰川冻土,2004,26(4):435-438.15.马巍,程国栋,吴青柏.多年冻土地区主动冷却地基方法研究[J].冰川冻土,2005,24(5):579-585.16.杨健武.路基-铁路工程施工技术手册[M].北京:中国铁道出版社,2004,207-288.17.李明华.铁路及公路工程施工组织与概(预)算[M].北京:中国铁道出版社,2006,28-35.18.Fuqiang.AppropriateStructureofRailwayRoadbedinPermafrostRegions40 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