青藏铁路在设计和施工中克服了哪些世界难题? 网友投票 yangli
2006-07-08 21:48:45
“多年冻土、生态脆弱、高寒缺氧”三大世界级难题的突破直接决定着青藏线建设的成败，也成为社会各届关注的焦点。
所谓冻土，一般来讲，就是具有零度及以下温度并含有冰的土类和岩石的总称。按照冻结状态持续的时间，又可以把冬季冻结、夏季全部融化的叫做季节性冻土；而把冻结状态持续二年或二年以上的叫作多年冻土。多年冻土约占地球陆地总面积的，我国多年冻土的面积约215万平方公里，占陆地面积的22%，居世界第三。
冻土的形成、演化、作用机理起来非常复杂，但其实并不难理解。简单地，冻土就像是冰棍，冬天的时候它会冻得硬梆梆的，但夏天融化时，会变成稀软的一堆。实际上冻土在冻结的时候其硬度甚至超过岩石，在这样的冻土上面无论是建筑房屋，还是修筑铁路，都没有任何障碍，但问题是一到夏天或者因为各种扰动造成冻土的温度升高，它就会开始融化，原先坚硬的结构就会变得非常软弱，造成承载力下降甚至消失，这时别是铁路，就是一般的房屋都会变形；另一方面，到冬天冻土再度冻结又会产生膨胀变形，同样会工程造成严重破坏。寒季冻结膨胀、暖季融化沉降，一年年周而复始，这样的冻土就是多年冻土，或者叫不稳定冻土，青藏铁路要解决的首要问题就是它。
中国铁道建筑总公司所属铁道第一勘察设计院，在勘察设计中为解决“三大”难题提供了科学的依据，有效推动了“三大难题”的解决。特别是“多年冻土”的问题的解决。
一般地来讲，冻土是一个地质的问题，也可以是一个涉及到环境地质学的问题。但是，仅仅从地质工作的角度来认识和理解冻土问题还不够全面。从生态系统的角度来看，青藏高原的冻土是高原独特生物圈中十分重要的组成部分。成功地解决冻土问题，不仅是确保青藏铁路建设质量的内在需要，同时也是保护高原独特生态环境的内在需要。因此，解决好冻土施工难题本身也是在解决青藏铁路环境保护这一重大课题。
一、冻土问题的解决
冻土问题是青藏铁路建设的难题之最。世界范围内冻土工程病害率一般为左右。青藏铁路经过的550公里多年连续冻土区多数为高温冻土，是工程病害的高发区，除普遍存在的融沉和冻胀问题之外，还广泛分布着各种不良冻土现象，如果在设计和施工中处理不当，会工程稳定性造成严重的影响。
如何主动保护冻土，减少工程冻土的影响，是勘察设计中形成技术路线的主要出发点。有基于此，铁道第一勘察设计院形成了科学先进、具有生态环保理念的技术路线，即以“冷却地基”这一根本技术路线为指导，实现了设计思想的三大转变，即“从静态设计理念向动态设计理念转变，从采用被动保温措施向主动降温措施转变，从单一的工程措施向综合处理措施转变”，制定了主动保护措施为主、被动保护措施为辅的综合性解决方案，广泛采用了以片石路基、热棒和碎石护坡等主动降温为主，铺设保温材料等被动防护为辅的综合工程措施。其中，片石路基结合碎石护坡措施，片石护道结合碎石护坡措施在青藏线的应用地最为广泛，较好地保护了冻土环境。冻土工程的勘察、设计、科技攻关与实践的效果如下
一是制定青藏铁路高原多年冻土区工程勘察、设计、施工、验收暂行规定等技术标准，为青藏铁路的建设提供了依据。
二是完成了详细地质勘察和不良地质现象的调研工作，基本查明了全线多年冻土区融沉类和冻胀类不良冻土现象的分布和发育特征，为因地制宜地采取工程措施提供科学的依据。
三是冻土试验工程科研取得了大量阶段性成果。立项科研项目38个，共有来自科研、院校、施工等20余个单位联合参加了科研攻关。在青藏铁路建设初期，设计中根据不同的地温分区、不同含冰量、不同地质条件与水文条件，选定了5个试验段，进行了大规模的现场试验与科学研究工作，研究内容涉及路基、桥梁、隧道和环保等专业，通过现场测试和科学研究，动态地指导设计和施工工作。目前，已经确认了设计采用的片石通风路基，片石、碎石护坡，热棒冷却地基等主动降温措施，铺设保温材料等被动保护措施，桥梁钻孔灌注桩基础、拼装式涵洞在多年冻土区应用的适应性及合理性。
四是大量事实已初步证明了青藏线冻土工程措施的有效性。三年来的工程建设实践表明，设计方案青藏铁路全线不良冻土现象的分布范围、特征、表现形式及其工程的影响，认识上是准确的。全线土建工程结构在经过两个冻融循环周期的检验后，安全稳定，状态良好，达到了预期的目标，证实了设计所采取的工程措施是有效的。
二、保护生态环境难题的解决
青藏铁路是铁路建设项目中所遇到的环境问题最多、环境敏感程度和受关注程度最高的项目。铁道第一勘察设计院以国家环保总局等部委确立的“预防为主，保护优先”为原则，在大量前期工作基础上，集中科学院等国内一流研究队伍的优势，编制了环境评价、水保方案等文件，以全新的环保理念设计方案进行比选和优化，针生态环境脆弱这一难题，野生动物通道、植被恢复与再造、湿地冻土保护等，开展了一系列研究并取得了阶段性成果，为建设世界一流高原生态铁路奠定了基础。设计施工中主要采取的措施有7个方面
1、优化线路方案。为保护自然保护区，线路选择绕避方案；在山体较陡或河流转弯的凹岸地带，为避免大量挖方造成水土流失，设计中采取了以顺河桥代替路基的新方案；在横跨湿地和经过冻土斜坡湿地地段，设计中均采取了以桥代路方案。
2、植被、景观保护方案。不符合景观要求、植被保护要求、或与当地的区域发展规划和草场保护有冲突的取弃土场予以取消或改移位置。还各类施工场地、施工便道和施工营地进行了统一规划，划定了用地范围，明确了用地数量，尽可能地缩小施工范围并减少其以外区域的生态环境造成的影响。
3、表土保存和草皮移植方案。由建设单位统一部署，各施工单位路基基底、取土场、施工便道等工程表土和植被均采取了异地移植和保存。
4、设计野生动物迁徙通道。在青藏线工程中设置野生动物通道33处，通道形式有桥梁下方、隧道上方及缓坡平交三种形式。实践证明效果比较明显。
5、高寒植被恢复与再造。积极开展植被恢复试验取得成功，施工中铲除的原地表草皮的移植利用进行了实验研究和设计，将路堤基底和取土场处铲除的草皮在适当地点进行养生，待施工完成后再移植至路堤边坡或取土场，以最大限度地保护和恢复自然植被。
6、建立环保管理体系，加强环保工作监察力度。构筑了由建设单位统一组织、施工单位具体落实并承担责任、工程监理单位负责施工过程环保工作的日常监理、环保监察部门实施全面监控的“四位一体”的环保管理体系，实施了环保目标责任制，将环保责任落实到项目部、工程队以至个人。
在铁路建设史上首次引入环保监理，推行环保监理和环保检查、工作记录、措施审查、工程核优化及奖惩等一整套较为完善的环保管理制度体系，优质样板工程实行环保一票否决制。
7、青藏铁路的站房设计体现了建筑与高原景观相融和的特点。在青藏铁路的站房建筑设计中，坚持人性化、特色化、文化性、景观性四项原则，每个车站建筑至少做出三个不同的设计方案，全线不同类型的17个站房均进行了优化、比选设计，使站房设计在考虑实用性的基础上，更体现出建筑与景观、藏域文化和谐呼应的人文特色。同时，设计中还考虑广泛运用太阳能等清洁能源。
这些措施被实际证明十分有效，得到了广泛的好评。国家环保总局于2003年8月9日～14日，会同国家青藏铁路建设领导小组办公室、铁道部、交通部、水利部、国土资源部、国家林业局,邀请青藏两省区有关部门和部分生态、动物和植物专家组成检查组，青藏铁路施工期环境保护工作进行检查后认为青藏铁路建设中的环保工作在国内重点工程建设项目中居于领先水平，具有示范作用。
三、高寒缺氧难题的解决
青藏铁路格拉段平均海拔高程4440米，含氧量仅为海平面的左右，自然条件十分恶劣。根据高原特点，坚持“以人为本”的设计理念，在勘测、施工和运营中大量采用了机械化作业，建立健全覆盖全线的三级医疗保障体系，建立生活供应基地，克服和减轻现场人员的高原反应，确保其生命安全。主要措施有以下几个方面
1、设计中提高了线路标准。目的是确保列车安全快速通过高原，尽可能地减少高原缺氧旅客的影响。适度提高设计标准，适速加大曲线半径。全线设计路段最小曲线半径为1200米的路段长达850公里，超过线路全长的，全线设计时速都超过100公里，最高时速可达140公里。
2、施工阶段的保障措施。施工机械设备的选择以“选用大型设备，少用小型设备；选用带增压设备的、先进的掘进、钻孔、开挖及运载机械”。
（1）选择高原适应性强、功率大的施工机械，尽量降低施工人员的劳动强度，提高工作效率。
（2）在隧道施工中，采取弥漫式供氧等措施，加强洞内通风，确保在高原缺氧及不良生存条件下施工人员能正常、安全工作。
（3）房屋结构采用轻型拼装式模块化设计，减轻了施工人员的劳动强度，加快了建设进度。
2、运营阶段的保障措施。
（1）在满足运输能力的前提下，近远结合考虑车站分布，最大限度的少设车站，以利减少现场设施、人员并节省工程投资及维护费用。
（2）采用先进的大功率内燃机车作为列车牵引动力，且机车交路采用1140Km长交路，减少了乘务定员和沿线机务布点，相应降低了运营成本。
（3）应用国内外先进的信息化技术，作为世界一流高原铁路的示范性工程，全线铺设一条60芯通信干线光缆，并架设一条35KV电力贯通线路，采用具有国际先进水平的GSM-R系统，作为青藏铁路无线数字移动通信技术制式，并与GPS卫星定位技术相结合，构成信息化工程的基础平台，形成远程调度指挥及相连的列车控制（信号）RBS系统，从而减少了车站地面信号设施及定员。在信息化技术得到广泛应用的前提下，全线34个车站中除办理商务作业的车站外，其余车站均实行无人化管理。
（4）建立新的维修管理机制。充分利用格尔木既有专业段，不再新设车务、工务、电务、水电、房建段。线路维修和大修采用大型养路机械进行作业。由于采用了高标准的可靠的设施及免维修、少维修的设备，因此其它设施或设备维修委外完成，以便减少定员。
（5）采用新型高原专用客车，给旅客提供更舒适的乘车环境。
