3.1.3.1 青藏高原工程走廊带内多年冻土公路工程融沉量区划
1)青藏高原工程走廊带内多年冻土含冰量类型区划
根据2014—2015年对青藏高原工程走廊带多年冻土区进行的大量野外钻孔数据,结合以往研究结果,给出了走廊带内多年冻土含冰量类型区划图,如图3--8所示。
图3--8 青藏高原工程走廊带多年冻土含冰量类型区划
2)青藏高原工程走廊带内多年冻土公路工程风险区划
对青藏高原工程走廊带内不同含冰量类型区域平均融沉系数进行分类取值,见表3--4。
表3--4 不同含冰量类型区域平均融沉系数
将图3--8所得各格栅融化深度与平均融沉系数相乘进行格栅运算,则可得到青藏高原工程走廊带内融沉量分布,如图3--9所示。对其不同融沉量区域进行统计,得到其风险类型统计结果见表3--5。
表3--5 不同融沉量区域统计
3.1.3.2 冻土公路工程风险分析
依据风险预控的基本原则,将走廊带内冻土公路工程风险划分为低风险、一般风险、中等风险、重大风险和特别重大风险五个等级,各风险等级所对应的冻土特征属性见表3--6。其反映了多年冻土在触发因素(工程活动、气候变化)作用下诱发灾害的严重程度。
图3--9 青藏高原工程走廊带内冻土公路工程融沉量区划
表3--6 冻土公路工程风险划分标准表
由表可知,冻土公路工程风险由冻土响应外界热扰动而引起的融化量和冻土的融沉特性决定。前者由冻土年平均地温和冻土天然上限决定,冻土年平均地温决定了多年冻土的蓄冷量,地温越低则蓄冷量越大,外界热扰动作用下冻土的融化量越少;而冻土天然上限则由冻土年平均地温和冻土的热扩散能力决定,热扩散能力越强,则抵御外界热扰动能力越差。通过多年冻土年平均地温和冻土天然上限由式(3--2)求得热融蚀敏感性,而后估算得到融化深度。
将融化等级划分为5级对应在高速公路热扰动作用下不同的融化深度,按照多年冻土的含冰量不同将多年冻土的融沉特性分为五个等级。根据病害调查资料及已有研究成果,融沉变形是冻土工程变形的主要组成部分,因此地基的融沉等级与其风险严重性直接相关,而冻土含冰量又直接与融沉等级相关。由此就可以得到冻土风险等级划分,从而得到青藏高原工程走廊带冻土公路工程风险矩阵,见表3--7。(www.zuozong.com)
表3--7 冻土公路工程风险划分等级表
利用已获得的青藏高原工程走廊带多年冻土融化深度区划和多年冻土含冰量区划图,采用表3--7所示冻土公路工程风险等级分类划分标准,对走廊带内多年冻土公路工程风险进行格栅判断,得到走廊带内风险等级区划如图3--10所示,走廊带内风险等级统计结果见表3--8。
由图可知:
(1)风险等级为Ⅰ级的低风险区域主要处于昆仑山、五道梁、风火山、唐古拉山等低温低含冰量区域,说明在融沉风险较低的区域主要取决于其热融蚀敏感性,即冻土对外界热扰动的敏感性。
(2)风险等级为Ⅴ级的高风险区主要分布于清水河、楚玛尔河高平原、北麓河盆地、沱沱河盆地等大型河流高温冻土区且含冰量较高区域和头二九、安多多年冻土南界区域。
(3)对比走廊带内公路工程风险和冻土含冰量区划图可知,工程走廊内含冰量分布是冻土公路工程风险的决定性因素,基本所有的饱冰冻土区域均为高风险区域,即认为该类区域普通填土路基方案将会带来较大的工程风险。
图3--10 青藏高原工程走廊带内冻土公路工程风险等级区划
表3--8 青藏高原工程走廊带冻土公路工程风险统计表
3.1.3.3 对待青藏高原工程走廊带多年冻土区公路工程风险的基本原则
冻土公路工程风险显著程度的不同,决定了对待风险的态度和基本原则,对于Ⅰ级风险区域修筑高速公路的一般原则为普通填土路基即可通过;Ⅱ级区域一般原则为填土路基同时考虑特殊路基通过;Ⅲ级区域一般原则为特殊路基通过;Ⅳ级区域一般原则为特殊路基通过且同时考虑以旱桥通过;Ⅴ级区域一般原则为必须以旱桥通过。
以未来拟建青藏高速公路为例,在K2877+720~K3416+540的里程内,对通过青藏高原工程走廊带多年冻土区沿线风险特征进行统计,结果见表3--9,由表可知,走廊带内沿线冻土公路工程风险较为显著,能仅以普通填土路基通过路段仅占全段的不到3%,而重大风险和特别重大风险等级分别占比达23%和33.63%。
表3--9 青藏高速公路线通过多年冻土区风险等级统计表
其中推荐以旱桥代路区段总计124.6km,主要连续分布区段见表3--10,由表可知,主要分布区域为清水河、楚玛尔河高平原区、北麓河、秀水河盆地、沱沱河岛状冻土区、头二九和安多(多年冻土南界)等区域。对比已修建青藏铁路工程,多年冻土地区旱桥工程段约为87.3km,而青藏高速公路将带来比青藏铁路更高的热融风险,因此应用本评价方法得到的结果真实合理。
表3--10 青藏高速公路线主要旱桥区段统计表
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