楊曉明，熊治文,趙相卿，唐彩梅

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000；2.青海省凍土與環(huán)境工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，青海格爾木 816000)

青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害機(jī)理分析

楊曉明1，2，熊治文1，2,趙相卿1，2，唐彩梅1，2

(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000；2.青海省凍土與環(huán)境工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，青海格爾木 816000)

為了防治青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害，通過(guò)對(duì)4座涵洞的現(xiàn)場(chǎng)變形以及溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)，利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，查明涵洞病害形成的7種不同原因。結(jié)果表明：青藏鐵路的施工以及水熱侵蝕引起地基多年凍土升溫融化下沉以及凍土蠕變下沉是造成青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害的主要原因?？赏ㄟ^(guò)減少和杜絕涵洞地基周?chē)乃疅崆治g以及采取埋設(shè)熱棒等工程措施進(jìn)而達(dá)到防治涵洞病害的目的。

青藏鐵路；多年凍土；涵洞; 病害；機(jī)理

青藏鐵路沿線(xiàn)經(jīng)過(guò)的多年凍土區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，不良凍土現(xiàn)象發(fā)育，至青藏鐵路2001年修建時(shí)，穿越多年凍土區(qū)546.4 km，其中高溫極不穩(wěn)定區(qū)和高溫不穩(wěn)定區(qū)長(zhǎng)274.25 km，低溫基本穩(wěn)定區(qū)和低溫穩(wěn)定區(qū)長(zhǎng)170.48 km，融區(qū)長(zhǎng)101.68 km。涵洞作為線(xiàn)路工程中必不可少的結(jié)構(gòu)物，對(duì)線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)起著重要作用。僅青藏鐵路沿線(xiàn)涵洞的數(shù)量就高達(dá)621座。

自20世紀(jì)六七十年代以后，隨著中小橋涵的普遍應(yīng)用，在寒冷地區(qū)，尤其是青藏高原以及東北大小興安嶺地區(qū)的中小橋涵發(fā)生嚴(yán)重凍脹現(xiàn)象，對(duì)此，相繼開(kāi)展了橋涵地基土凍脹性研究，由此對(duì)涵洞基礎(chǔ)凍脹問(wèn)題有了初步認(rèn)識(shí)；20世紀(jì)80年代至90年代相繼開(kāi)展了涵洞基礎(chǔ)埋設(shè)深度問(wèn)題的研究探討；90年代后期，對(duì)人工構(gòu)造物下多年凍土退化進(jìn)行相關(guān)研究等。這些研究取得了一定的成果，有的已被納入規(guī)范，但是這些研究限于當(dāng)時(shí)的研究手段、條件等原因，難以滿(mǎn)足該地區(qū)涵洞構(gòu)造物的實(shí)際需要。

為了查明涵洞病害的形成原因，對(duì)涵洞病害給出了定義：把在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上涵洞在使用過(guò)程中結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降變形而影響涵洞使用功能的現(xiàn)象稱(chēng)為涵洞病害。

由于青藏鐵路所處地區(qū)海拔高、年平均氣溫低，季節(jié)活動(dòng)層厚度大，凍結(jié)深度大，凍脹作用強(qiáng)烈，青藏鐵路現(xiàn)有的部分涵洞已出現(xiàn)了不同程度的病害問(wèn)題，如涵洞內(nèi)積水(冰)、涵洞基礎(chǔ)沉降變形等問(wèn)題已頻有發(fā)生。青藏鐵路在2006年交付運(yùn)營(yíng)后，涵洞凍、融病害時(shí)有發(fā)生，并有逐年增加的趨勢(shì)。

經(jīng)過(guò)近幾年的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)青藏鐵路多年凍土區(qū)部分涵洞出現(xiàn)了不同程度的病害，已經(jīng)影響到涵洞工程的穩(wěn)定。涵洞地基土的凍脹融沉已經(jīng)引起涵洞沉降嚴(yán)重、涵節(jié)錯(cuò)位、八字墻破壞、涵洞頂部滲水、涵洞洞內(nèi)積水及寒季積冰等問(wèn)題，導(dǎo)致部分涵洞瀕臨失效(圖1～圖4)。

圖5 青藏鐵路格拉段監(jiān)測(cè)涵洞分布

圖1 青藏鐵路K1067+412涵節(jié)開(kāi)裂

圖2 青藏鐵路K1112+412涵節(jié)開(kāi)裂漏土

圖3 青藏鐵路K1087+379涵節(jié)底部過(guò)水

圖4 青藏鐵路K1123+372八字墻開(kāi)裂

通過(guò)對(duì)青藏鐵路多年凍土區(qū)沿線(xiàn)的多次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，上述提及的涵洞病害問(wèn)題呈逐年嚴(yán)重的發(fā)展趨勢(shì)，如未及時(shí)處理，甚至可能會(huì)危及青藏鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。隨著青藏鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，為了保障青藏鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，徹底地解決青藏鐵路涵洞工程病害問(wèn)題，對(duì)青藏鐵路涵洞進(jìn)行深入的調(diào)查研究是十分必要的，通過(guò)對(duì)青藏鐵路涵洞病害的成因分析，提出相應(yīng)防治措施，保證青藏鐵路安全運(yùn)營(yíng)等方面，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 涵洞沉降變形監(jiān)測(cè)與分析

為了研究青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞的變形特征及規(guī)律，結(jié)合青藏鐵路涵洞的問(wèn)題，在青藏鐵路沿線(xiàn)選擇了4處具有代表意義的涵洞開(kāi)展變形、溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)。由于青藏鐵路沿線(xiàn)涵洞大部分為1.0 m×1.5 m矩涵，所以選擇的4座代表性涵洞均為1.0 m×1.5 m矩涵。4個(gè)涵洞里程分別為：K1087+380、K1099+119、K1154+590和K1265+119。如圖5所示。

在青藏鐵路多年凍土區(qū)4個(gè)監(jiān)測(cè)涵洞的進(jìn)出口八字墻和第一涵節(jié)設(shè)置了沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)。2007年6月開(kāi)始觀(guān)測(cè)至2012年12月總變形量見(jiàn)表1。

表1 多年凍土區(qū)涵洞累計(jì)變形量統(tǒng)計(jì)

注：涵洞變形觀(guān)測(cè)點(diǎn)的排序是沿拉薩方向，涵洞左側(cè)格爾木端八字墻測(cè)點(diǎn)為左側(cè)1號(hào)，第一涵節(jié)測(cè)點(diǎn)為左側(cè)2號(hào)，拉薩端第一涵節(jié)測(cè)點(diǎn)為左側(cè)3號(hào)，八字墻測(cè)點(diǎn)為左側(cè)4號(hào)；涵洞右側(cè)格爾木端第一涵節(jié)測(cè)點(diǎn)為右側(cè)5號(hào)，八字墻測(cè)點(diǎn)為右側(cè)6號(hào)，拉薩端八字墻測(cè)點(diǎn)為右側(cè)7號(hào)，第一涵節(jié)測(cè)點(diǎn)為右側(cè)8號(hào)。

對(duì)表1數(shù)據(jù)分析討論可得如下結(jié)論。

(1)在所監(jiān)測(cè)的4座涵洞中，進(jìn)、出口第一涵節(jié)最大變形量-112 mm(K1154+590涵)。

(2)在所監(jiān)測(cè)的4座涵洞中，涵洞基礎(chǔ)1個(gè)表現(xiàn)為凍脹(K1099+119)，凍脹量最大25 mm；3個(gè)表現(xiàn)為沉降(K1087+380、K1154+590、K1265+636)沉降量分別為67mm、112 mm和83 mm。

(3)K1087+380整個(gè)涵洞兩側(cè)呈現(xiàn)總體沉降的趨勢(shì)，左側(cè)沉降大于右側(cè)，從2007年至2012年年底，左側(cè)2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大沉降超過(guò)了60 mm。而右側(cè)最大沉降量的8號(hào)測(cè)點(diǎn)沉降量接近40 mm。

(4)K1099+119涵洞兩側(cè)呈現(xiàn)凍脹的趨勢(shì)，右側(cè)凍脹量大于左側(cè)，但總的凍脹量不大，從2007年到2012年底5年時(shí)間最大的凍脹量不足30 mm。

(5)K1154+590涵洞呈現(xiàn)沉降的趨勢(shì)，最大沉降量達(dá)到110 mm。這個(gè)涵洞也是監(jiān)測(cè)的4座涵洞中沉降量最大的涵洞。

(6)K1265+636涵洞兩側(cè)呈現(xiàn)沉降的趨勢(shì)，左側(cè)沉降量遠(yuǎn)大于右側(cè)，5年時(shí)間中，右側(cè)8號(hào)測(cè)點(diǎn)最大沉降量不足20 mm，其余5、6、7測(cè)點(diǎn)均在15 mm左右，而左側(cè)2號(hào)測(cè)點(diǎn)最大沉降量接近80 mm，其余1、3、4測(cè)點(diǎn)均在60 mm以上，左側(cè)沉降主要發(fā)生在2011年7月和2012年9月份以后。

從以上變形特點(diǎn)中可總結(jié)出涵洞變形主要有以下特征和規(guī)律。

(1)從布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形可得出，涵洞進(jìn)出口第一涵節(jié)變形大于八字墻變形。

(2)涵洞陰面和陽(yáng)面由于受太陽(yáng)輻射不同而導(dǎo)致涵洞基礎(chǔ)下凍土融化程度亦不同，陰面融化深度較小，而陽(yáng)面融化深度較大(這與地溫測(cè)試的結(jié)果相符)，因而陽(yáng)面發(fā)生較大融沉，而陰面融沉很小。

(3)涵洞沉降變形總體上越來(lái)越緩慢，逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

涵洞病害的發(fā)展規(guī)律是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，它受到人為上限變化、水流變化、地基土溫度變化等因素的相互影響，青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害由于凍土環(huán)境因素影響較多，有常流水、高含冰量?jī)鐾?、凍土層上水飽和、有泉水出露以及地?shì)低洼匯集成較大水塘等。

涵洞沉降原因分析如下。

(1)涵洞工程為過(guò)水建筑，容易受到地表水以及附近水域的水熱侵蝕，加之開(kāi)挖涵洞基坑，致使地基多年凍土融化，涵洞工程荷載較小，允許變形較大，且由于路堤的隔熱效果，對(duì)地基凍土能起到一定的保護(hù)作用，但施工活動(dòng)破壞了地基水熱平衡，路堤和涵洞結(jié)構(gòu)改變了地基的水熱交換條件，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間回凍形成了新的凍土上限。所以地基多年凍土融化導(dǎo)致多年凍土人為上限下移是造成涵洞沉降的一個(gè)重要原因。

(2)如果采用的涵洞結(jié)構(gòu)形式不盡合理或基礎(chǔ)埋置深度不足，就會(huì)在土的凍脹應(yīng)力的作用下使涵洞產(chǎn)生不均勻變形，造成涵洞管身脫節(jié)、錯(cuò)位、端翼墻開(kāi)裂、外傾等，形成涵洞病害。

2 涵洞地溫場(chǎng)監(jiān)測(cè)及分析

圖6為K1087+380涵2012年左側(cè)進(jìn)口測(cè)溫孔年平均地溫曲線(xiàn)，在7.7 m處地溫為-1.3 ℃，地溫較低，表明涵洞基礎(chǔ)下的多年凍土的穩(wěn)定性仍然較好。

圖6 K1087+380涵洞斷面年平均地溫曲線(xiàn)

K1099+119涵洞斷面位于可可西里山區(qū)，該段線(xiàn)路走向南偏西75°，涵洞左側(cè)為陽(yáng)側(cè)，受線(xiàn)路陰陽(yáng)面的影響，左側(cè)地溫高于右側(cè)地溫。涵洞進(jìn)出口地基下2 m處平均地溫相差0.5 ℃(圖7)，雖然左側(cè)地溫曲線(xiàn)形態(tài)呈吸熱型，但兩側(cè)1 m以下的平均地溫均在-1.0 ℃以下，說(shuō)明涵洞基礎(chǔ)下的多年凍土是穩(wěn)定的。

圖7 K1099+119涵洞斷面年平均地溫曲線(xiàn)

K1154+590涵洞斷面位于風(fēng)火山山區(qū)，該段線(xiàn)路走向南偏西55°，涵洞左側(cè)為陽(yáng)側(cè)。從涵洞進(jìn)出口測(cè)溫孔年平均地溫曲線(xiàn)(圖8)可以看出，左側(cè)地溫高于右側(cè)地溫，由于線(xiàn)路陰陽(yáng)面的影響，涵洞左側(cè)(涵洞出口)地基下3 m處平均地溫接近于0.0 ℃，與右側(cè)同深度地溫相差1.5 ℃。左側(cè)地溫曲線(xiàn)形態(tài)在3 m以下呈吸熱型。從總的地溫曲線(xiàn)變化分析，涵洞右側(cè)(進(jìn)口)基礎(chǔ)下的多年凍土是穩(wěn)定的。涵洞左側(cè)(出口)基礎(chǔ)下的多年凍土受地形的影響吸熱較大，處于退化狀態(tài)。

圖8 K1154+590涵洞斷面年平均地溫曲線(xiàn)

K1265+636涵洞斷面位于通天河盆地，該段線(xiàn)路走向南偏東13°，涵洞右側(cè)為陽(yáng)側(cè)。從涵洞進(jìn)出口測(cè)溫孔年平均地溫曲線(xiàn)(圖9)可以看出，涵洞左右側(cè)的地溫都比較高，8 m處的地溫約-0.7 ℃。該涵洞左側(cè)(進(jìn)水口)雖然是陰側(cè)，但地溫仍然高于右側(cè)，主要原因是該涵洞左側(cè)地形低洼，經(jīng)常積水所致。從地溫沿深度的變化曲線(xiàn)分析，該涵洞基礎(chǔ)下的多年凍土屬高溫不穩(wěn)定多年凍土，需以后多加關(guān)注。

圖9 K1265+636涵洞斷面年平均地溫曲線(xiàn)

從以上涵洞地溫場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可總結(jié)出涵洞地溫場(chǎng)主要有以下特點(diǎn)：

(1)涵洞受陰陽(yáng)坡的影響，陽(yáng)側(cè)溫度高于陰側(cè)溫度；

(2)當(dāng)涵洞某一側(cè)地基受到附近水域的水熱侵蝕時(shí)，該側(cè)地溫明顯高于另一側(cè)且影響地溫的深度也遠(yuǎn)大于陰陽(yáng)坡的影響，也就是說(shuō)水熱侵蝕對(duì)涵洞地溫的影響遠(yuǎn)大于太陽(yáng)輻射的影響，同時(shí)說(shuō)明水熱侵蝕是涵洞地溫場(chǎng)的最主要影響因素。

3 人為上限

位于多年凍土的這4個(gè)斷面2007年和2012年人為上限的差值見(jiàn)表2。

表2 2007年和2012年人為上限及其變化

注：人為上限差值正值表示人為上限上升，負(fù)值表示人為上限下降。

從表2可看出，在2007年至2012年期間，所監(jiān)測(cè)的4座涵洞中，除K1154+590涵和K1265+636涵的個(gè)別位置涵洞人為上限略有下降外，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)均呈上升狀態(tài)。說(shuō)明涵洞基礎(chǔ)在修建初期受到凍土開(kāi)挖以及水熱侵蝕等因素影響時(shí)造成人為上限下降后，隨時(shí)間的推移，人為上限呈上升趨勢(shì)。

4 涵洞病害成因分析

4.1 地表和地下水與溫度的相互作用因素

較為常見(jiàn)的有涵底混凝土麻面破壞，由于涵洞過(guò)水不暢，通過(guò)涵洞的水在泥沙、雜物等的保水作用下，滯留在洞中，通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土表面，伴隨著凍融循環(huán)，混凝土形成麻面，混凝土被層層侵蝕，直至完全破壞。

4.2 地基活動(dòng)層的凍脹與融沉作用因素

涵洞結(jié)構(gòu)凍脹、融沉變形，在多年凍土地區(qū)的涵洞工程中是普遍存在的。在多年凍土地區(qū)，涵洞地基活動(dòng)層土體，每年都要經(jīng)受一次凍融循環(huán)。在此過(guò)程中，地基土的凍結(jié)和融化，都將引起涵洞基礎(chǔ)的凍脹變形和融化下沉變形。由于地基活動(dòng)層土體的結(jié)構(gòu)、組成成分、含水條件和凍結(jié)邊界條件等都是動(dòng)態(tài)變化的，故涵洞基礎(chǔ)的凍脹、融沉變形也是動(dòng)態(tài)變化的。當(dāng)這種變形超過(guò)涵洞結(jié)構(gòu)的允許值時(shí)，便造成涵洞工程的破壞。

涵洞結(jié)構(gòu)的凍脹、融沉變形的大小，主要取決于地基土體類(lèi)型、水分條件、基礎(chǔ)埋深、凍結(jié)邊界條件以及涵洞基礎(chǔ)防凍脹措施的有效性等。由于涵洞基礎(chǔ)的埋深一般較淺，不少涵洞的基礎(chǔ)甚至埋在活動(dòng)層中，氣溫和地表?xiàng)l件的變化，都直接影響涵洞的穩(wěn)定。在基礎(chǔ)埋深合適(基礎(chǔ)下地基土無(wú)凍融循環(huán))，涵洞人為上限相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，涵洞結(jié)構(gòu)一般無(wú)凍脹、融沉變形。但是，在某些特殊情況下，涵洞人為上限波動(dòng)值超過(guò)設(shè)計(jì)安全界限，地基活動(dòng)層深入基礎(chǔ)底面以下時(shí)，仍有可能使涵洞的不均勻凍脹和融沉變形值超過(guò)涵洞結(jié)構(gòu)的允許值。在這種情況下，涵洞結(jié)構(gòu)的變形破壞還是可能發(fā)生的。

4.3 地基多年凍土的衰退和融化

地基多年凍土的衰退和融化引起的涵洞變形，是多年凍土地區(qū)涵洞結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。

在鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，路基維修、養(yǎng)護(hù)施工引起的路基系統(tǒng)多年凍土環(huán)境變化(如植被覆蓋度的變化、地表吸收率的變化、涵洞進(jìn)出口積水等)，使多年凍土的溫度狀況發(fā)生了變化，而地表溫度場(chǎng)的變化，使融化層有逐漸發(fā)展加厚的趨勢(shì)，使多年凍土的上限下降，危害涵洞結(jié)構(gòu)。同時(shí)基坑開(kāi)挖使地基內(nèi)部分多年凍土融化，并且在建筑物荷載和土體自重壓力的作用下凍土內(nèi)部融化孔隙水會(huì)流失，孔隙會(huì)劇烈減少，造成土體的較大變形和基礎(chǔ)沉降，這種變形可能是不均勻的，因?yàn)橥饨鐚?duì)凍土地基溫度的影響是不均勻的，所以造成的融沉也是不相等的。

因此，凍土環(huán)境的改變是地基多年凍土產(chǎn)生衰退和融化的主要原因。而涵底鋪砌損壞，地表水下滲，形成地下滲流的熱侵蝕，則是地基多年凍土出現(xiàn)衰退和融化的另一重要原因。

地基多年凍土溫度升高時(shí)，基礎(chǔ)的蠕變下沉將增大。而地基多年凍土融化產(chǎn)生的融化下沉和壓密下沉，會(huì)使涵洞基礎(chǔ)出現(xiàn)大量下沉變形。因此，地基多年凍土的衰退和融化，也是多年凍土地區(qū)涵洞產(chǎn)生變形破壞的主要原因。

4.4 涵洞換熱邊界條件的影響

涵洞和路涵過(guò)渡段的換熱邊界條件與一般路基不同。一般路基的傳熱可看作是二維的，而涵洞和路涵過(guò)渡段的換熱是三維的。這種換熱條件的差異，導(dǎo)致涵洞路基的凍結(jié)、融化深度增大(與涵洞影響范圍以外路堤相比)，因而，涵洞路基的凍脹、融沉變形增加，引起涵洞路基病害。

另外，涵洞遮斷了太陽(yáng)的直接輻射，洞中氣溫較低，易形成涵洞冰塞、結(jié)構(gòu)凍裂等病害。

4.5 冰劈作用

水凍結(jié)時(shí)體積膨脹產(chǎn)生的“冰劈”作用(或稱(chēng)“千斤頂效應(yīng)”)，是涵洞混凝土構(gòu)件和漿砌片石破壞的主要原因。

4.6 涵洞修建過(guò)程對(duì)原地層水熱條件的改變

在涵洞修筑過(guò)程中，伴隨著施工中熱量的介入，使地溫升高，基底凍土融化，人為上限下移，降低了地基的承載能力，發(fā)生了不均勻沉降，導(dǎo)致涵洞基礎(chǔ)、洞身、洞口開(kāi)裂及變形。

4.7 涵洞的通風(fēng)作用改變了多年凍土的水熱平衡條件

由于涵洞的通風(fēng)作用改變了多年凍土的水熱條件，致使涵洞中部多年凍土上限上升，而涵端和洞口多年凍土上限下降，導(dǎo)致涵洞中的凍脹融沉不均勻程度加劇，使涵洞兩端及洞身產(chǎn)生開(kāi)裂、下沉等病害，而產(chǎn)生開(kāi)裂和下沉等病害后，排入涵洞的水，部分滲漏于鋪砌層以下，水中的潛熱進(jìn)入了多年凍土層內(nèi)，又使多年凍土上限下移，季節(jié)活動(dòng)層增厚，凍脹、融沉再次加劇。當(dāng)涵洞難以抵擋這種反復(fù)凍脹、融沉作用時(shí)，就加劇產(chǎn)生了涵洞的不同類(lèi)型、不同程度的病害。

5 涵洞病害防治措施

對(duì)于多年凍土區(qū)涵洞的病害預(yù)防，首先在涵洞工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)設(shè)涵地段多年凍土的工程地質(zhì)條件、凍土環(huán)境特征、擬建涵洞結(jié)構(gòu)(力學(xué)和傳熱學(xué))特點(diǎn)，合理選擇凍土地基設(shè)計(jì)原則、合理的涵洞結(jié)構(gòu)類(lèi)型、通過(guò)熱工計(jì)算確定合理的涵洞基礎(chǔ)埋深等條件，使涵洞結(jié)構(gòu)與地基設(shè)計(jì)原則相統(tǒng)一，使涵洞工程與多年凍土環(huán)境最相容，實(shí)現(xiàn)涵洞工程地基基礎(chǔ)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

對(duì)于多年凍土區(qū)涵洞病害的整治應(yīng)采用防排水、保溫及改變地表?xiàng)l件等綜合措施，減緩涵洞的沉降變形。

(1)在地表水、凍結(jié)層上水發(fā)育地段采用順坡修復(fù)或重建排水溝、局部地段設(shè)置擋水保溫護(hù)道、加設(shè)豎向擋水板的方式減少水對(duì)多年凍土的熱侵蝕，進(jìn)而保護(hù)多年凍土的熱穩(wěn)定。

(2)采用注漿方法來(lái)處理涵洞下沉引起的道砟層厚度過(guò)大問(wèn)題，以減少降水沿路基縱向向臺(tái)后路基的流動(dòng)、補(bǔ)給。

(3)在涵洞左右兩側(cè)插入熱棒，用來(lái)抬升人為上限，降低多年凍土地溫，增加地基的承載力。

6 結(jié)論

(1)青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害的成因并不是單一的，而是由以上7種因素綜合作用形成，沉降、凍脹、填土壓力三者相互聯(lián)系。青藏鐵路的施工以及水熱侵蝕引起地基多年凍土升溫融化，多年凍土退化，人為上限下降，高含冰量地基多年凍土融化下沉以及凍土蠕變下沉是造成青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害的主要原因。

(2)多年凍土區(qū)涵洞病害的發(fā)展規(guī)律是個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程，它受到人為上限變化、水流變化、地基土溫度變化等因素的相互影響，青藏鐵路多年凍土區(qū)涵洞病害由于凍土環(huán)境因素影響較多，有常流水、高含冰量?jī)鐾?、凍土層上水飽和、有泉水出露以及地?shì)低洼匯集成較大水塘等。

(3)通過(guò)合理化設(shè)計(jì)、施工同時(shí)減少和杜絕涵洞地基周?chē)乃疅崆治g以及采取埋設(shè)熱棒等工程措施，可以抬升人為上限，增強(qiáng)地基土的凍結(jié)強(qiáng)度，消除地基多年凍土退化所產(chǎn)生的融化下沉量，進(jìn)而達(dá)到防治涵洞病害的目的。

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Analysis of Culvert Defects Mechanism in Permafrost Region of Qinghai-Tibet Railway

YANG Xiao-ming1，2, XIONG Zhi-wen1，2, ZHAO Xiang-qing1，2, TANG Cai-mei1，2

(1.Northwest Research Institute Co.， Ltd. of CREC， Lanzhou 730000， China;2.Qinghai Province Key Laboratory of Frozen Soil and Environment Engineering， Geermu 816000， China)

In order to control the culvert defects in permafrost region of Qinghai-Tibet railway， seven causes of the culvert defects are identified based on the monitoring of deformation and temperature field of four culverts， and field investigation and monitoring data analysis. The results show that the construction of Qinghai-Tibet railway and water erosion having resulted in ground temperature rising and permafrost thaw settlement subsidence and the creep of frozen soil are the root causes for the culvert defects in permafrost regions of Qinghai-Tibet railway. Reducing and preventing water and thermal erosion around culvert foundation and the use of buried hot rod are the effective measures to control the culvert defects.

Qinghai-Tibet railway; Permafrost; Culvert; Defects; Mchanism

2015-03-26；

2015-04-23

中國(guó)中鐵股份有限公司科技研究開(kāi)發(fā)課題(重點(diǎn)-64-2011)

楊曉明(1982—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:happysky5@163.com。

1004-2954(2015)09-0087-06

TU471.7

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.020