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1、牙林铁路冻土病害分析1 概述大兴安岭多年冻土地区位于我国内蒙古东部边缘和黑龙江西北部(见图1)，海拔高度一般在5001300m左右，相对高差在河谷地带为100150m，分水岭地段300500m。东坡陡峭，山坡地深切，河谷发育；西坡为平缓的山地丘陵。牙林线所经地区，基本是沿大兴安岭西坡延伸，部分线路右侧为平缓的小规模冲积扇。大兴安岭多年冻土地区属亚寒带大陆性气候，冬季严寒漫长，负温期持续七个月，夏季短暂。年平均气温-0.8-5.8，最高气温约36，北部极端最低气温达-52.3(漠河)，年降水量为400500mm，平均年蒸发量为820mm，最大季节冻结深度2.83m。根河近30年来该区气温明显升高
2、，年平均气温增加了1.6。漠河根据19591991年资料，近30多年来多年年平均气温增高了1.6。2 地质特征2.1大兴安岭地区冻土工程地质区划原则2.1.1 一级分区：大小兴安岭地区的多年冻土平面分布上属于高纬度多年冻土。东北大小兴安岭多年冻土分区图将大兴安岭冻土分为四个冻土区：、，即大片连续多年冻土区、岛状融区多年冻土区、岛状多年冻土区、季节冻土区(见表1)。从剖面构造看，多年冻土可分为衔接多年冻土和不衔接多年冻土两种。大兴安岭地区多为衔接多年冻土。表1冻土分区年平均气温年平均地温连续程度(%)多年冻土厚度m地温年变化深度m范围-5-3.5-1.070%80%大片连续100501216大兴
3、安岭西北坡的北部。西北边以额尔古纳河、黑龙江为界，西南从莫尔道嘎、得尔布尔、向南至根河，东边顺大兴安岭向东至呼中(宏图)，向北转至樟岭、黑龙江边漠河。该区气候属寒温带，-5-3-1.5-0.550%60%岛状融区50201315该区为大片连续多年冻土区与岛状冻土区之间的过渡地带北部与类冻土区街接，东南部以乌尔其汗、克一河、海拉驿、十八站一线为界，西南部以三河、拉布达林为界。-30-1.0010%30%岛状冻土2051416大兴安岭西坡丘陵岛状冻土亚区：位于三河以南乌尔其汗以西、海拉尔以北地区，多年冻土分布于山间谷地、河漫滩、阶地及阴坡植被覆盖地带，2.1.2 二级分区：按多年冻土地温的稳定状态
4、可分为四种类型：稳定型多年冻土(Tcp-2.0)、 基本稳定型多年冻土(-1.0Tcp-2.0)、不稳定型多年冻土(-0.5Tcp-1.0)、极不稳定型多年冻土(-0.5Tcp)。2.1.3 三级分区：按含冰程度分为：含土冰层(H)、饱冰冻土(B)、富冰冻土(F)、多冰冻土(D)、少冰冻土(S)。2.2 牙林铁路沿线冻土工程地质分区按上述分区方法，牙林铁路沿线冻土按以下几个段落划分为：牙克石乌尔其汗段，属丘陵岛状多年冻土区；乌尔其汗根河段，属岛状融区多年冻土区；根河满归段，属连续多年冻土区。(1)牙克石至乌尔其汗段 该段多年冻土呈零星状分布，线路离开牙克石站区穿过免渡河地段没有多年冻土的存在，
5、地下水丰富，终年不冻结。K17+000开始在路基下见有多年冻土，上限在1.5m左右。在海拉尔河一级阶地上，K24+000处线路两侧为沼泽湿地，遍布塔头草及积水坑，在地下2m见冻土上限，多年冻土的分布呈零星、分散状态，连续性很差，多年冻土的上限时深时浅，变化很大。愈靠近河床，多年冻土愈不发育，受河流及地下水控制比较显著。(2)乌尔其汗至根河段 除靠近海拉尔河床的地段外，其它地段皆存在多年冻土，但延续较短呈断续状分布。大多数位于线路两侧呈沼泽湿地，塔头草发育的地段，多年冻土的上限不稳定。线路处于库都尔河阶地上的73.0075.60km地段，路基下为粘土、亚粘土的地段多年冻土就比较发育，西五旗站附近
6、的8081km地段处于坡积物发育的间隙性河流沟口中，该处的地貌、地质条件有利于多年冻土的存在。岩山站附近的91112km线路基本上是远离河床沿着山麓行进，线路走向与地形坡向垂直，线路右侧多为长满喜水植物的沼泽湿地或积水坑，在这一段上多年冻土的热融下沉现象明显。岭南、岭顶、岭北区段地势高、坡度大，大部分为基岩出露地段。在岭顶隧道线路伸展在海拔1010m高的地势上，无疑在坡积物堆积的地方，离地表不深的地下水即处于常年冻结状态。(3)根河至满归段 此段多年冻土比较发育，满归观测站资料表明，这里多年冻土上限在2.4m左右，年平均地温为-1.1。2.3 试点工程的冻土类型和工程地质特征2.3.1 根河至
7、潮原段(1) 冻土类型和工程地质特征 根据钻探及测温资料，根河至潮原段主要为连续多年冻土。其中K268+433、K272+263桥址附近、查巴拉其沟中桥K271+900K272+400，多年冻土已退化消失，形成融区。最大季节冻结深度2.95m。K270+000K279+760段为多年冻土区（除查巴拉其沟中桥K271+900K272+400外），排水不畅，地表塔头草生长茂密，为冻土沼泽化湿地。年平均地温TCP-0.5，属高温极不稳定冻土亚区（Tcp）。多年冻土上限3.07.0m ，多年冻土上限下降较多；位于粉质粘土、圆砾土、砾砂层内。多年冻土粉质粘土主要为饱冰冻土、富冰冻土，局部多冰冻土；多年冻
8、土圆砾土、砾砂主要为多冰冻土，局部饱冰冻土、少冰冻土。K279+760K286+800段为多年冻土区，-1TCP-0.5，属高温不稳定冻土亚区（Tcp），为冻土沼泽化湿地。多年冻土上限1.94.3m，多年冻土上限下降较少。位于粉质粘土、圆砾土层内。多年冻土粉质粘土主要为富冰冻土、多冰冻土，局部为含土冰层、少冰冻土透镜体；多年冻土圆砾土主要为多冰冻土、少冰冻土，局部富冰冻土。(2) 活动层的冻胀性分级泥炭质粉质粘土，总含水率(WA) 61%132.5%，级特强冻胀；粉质粘土，总含水率(WA)44%76%，其塑限含水率(WP)为25%29%，WP+15WA,冻结期间地下水位距冻结面的最小距离hw2
9、.0m，级特强冻胀，局部含水量低，级弱冻胀。圆砾土，总含水率(WA)平均值为10%30%，粉粘粒含量平均值小于15%,为级不冻胀。(3) 多年冻土融沉等级、融沉类别 多年冻土层主要为粉质粘土、圆砾土。粉质粘土融沉系数0为15.4%67.1%，总含水量(WA)43.3%117.1%，塑限(WP)平均为17.7%24.5%。 WP +15WA WP +35的粉质粘土，为级强融沉； WAWP+35的粉质粘土，为级融陷。各路基工点多年冻土层圆砾土，总含水率(WA)为18.8%29%，粉粘粒含量平均值为4.95%10.8%。15WA25的圆砾土，为级融沉； 25WA44的圆砾土，为级强融沉。一般路基、桥
10、涵处圆砾土含水量低，具级不融沉或级弱融沉。2.3.2 乌尔旗汗至育林段(1) 冻土类型和工程地质特征 根据钻探及测温资料，本段内主要为多年冻土区，排水不畅，地表塔头草生长茂密，为冻土沼泽化湿地。年平均地温TCP-0.5，属高温极不稳定冻土亚区（Tcp）。多年冻土上限2.07.4m ，多年冻土上限下降较多。位于粉质粘土、圆砾土、角砾土中。多年冻土粉质粘土主要为饱冰冻土、富冰冻土、多冰冻土，部分含土冰层；多年冻土圆砾土、角砾土主要为富冰冻土、多冰冻土，局部少冰冻土。其中K92+750K93+258、K95+650K98+000处多年冻土已退化消失，形成融区。最大季节冻结深度2.95m。(1) 活动
11、层的冻胀性分级泥炭，含水量高，级特强冻胀；粉质粘土，总含水率(WA)一般为34%37%，其塑限含水率(WP)为21%28%，满足WP+9WAWP+15,冻结期间地下水位距冻结面的最小距离hw2.0m，级强冻胀至级特强冻胀；圆砾土、角砾土，总含水率(WA)一般为11%17%，粉粘粒含量平均值小于15%,级不冻胀。(2) 多年冻土融沉等级、融沉类别多年冻土层主要为粉质粘土及圆砾土、角砾土。根据各工点资料，粉质粘土融沉系数0一般为0.1%44.4%，粉质粘土为级强融沉，含土冰层为级融陷；多年冻土层圆砾土、角砾土，总含水率(WA)一般为19%26%，粉粘粒含量为10%15%。15WA25的圆砾土，为级
12、融沉； 25WA44的圆砾土，为级强融沉。2.3.3 试点工程冻土工程地质分区表根据以上所述，对试点工程的冻土进行工程地质分区，详见表2表2段 落多年冻土分类冻土上限多年冻土地温分区根河至朝原K268+433、K272+263桥址/融区K270+000K270+600B3.03.5高温极不稳定冻土亚区Tcp-IK270+600K271+570FK271+570K271+730SK271+810K272+500D2.54.0K272+500K274+650BK274+650K275+800F2.54.3K275+800K277+800DK277+800K279+760FK279+760K280+
13、000F2.54.3高温不稳定冻土亚区Tcp-IIK280+000K280+900DK280+900K281+600FK281+600K283+870S3.04.0K283+870K284+300D1.93.8K284+300K285+400BK285+400K285+900HK285+900K286+800F乌尔旗汗至育林K92+750K93+258/融区K95+550K98+000/融区K92+500K92+750D3.4高温极不稳定冻土亚区Tcp-IK93+285K93+550F、B2.53.6K93+550K94+420HK94+420K95+310FK95+310K95+550HK9
14、8+000K98+400D2.1K98+400K101+750F2.43.6K101+750K101+940H2.8K101+940K103+200F3.8K103+200K103+500H3.2K103+500K105+750F3.07.3K105+750K106+000H3.5K106+000K106+970F3.07.4K106+970K108+000H2.63.53 试点工程的主要病害类型3.1 路基病害牙林铁路路基试点工程病害分为三类：一是基底热融沉陷；二是冰椎与冰丘；三类是路基边坡融坍。其中热融沉陷为多年冻土地区铁路路基的主要病害。K269+300K271+600、K271+600K271+850、 K274+100K278+000、K315+500K316+000、K316+000K316+376路基热融下沉和 K292+435K292+735路基冰锥病害：该段线路穿越于山坡丘陵地带，位于大兴安岭西北坡连续多年冻土区上，线路全部以路堤形式通过，南北走向，地表右高左低。多年冻土的年平均地温一般在-1.0-2.5之间，地下冰极为发育，地下含冰达4050%，为富含冰冻土地段，地表长有塔头草，沼泽发育，其下为0.10.5m的泥炭层和12m的淤泥质粉质粘土、粉土，再下
