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青藏铁路建设中工程问题与处理方法------遮阳棚(板)的应用

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    青藏高原地处中、低纬度,高海拔地区,太阳辐射十分强烈。根据有关资料介绍,青藏高原的辐射居全国之冠。这与海拔高、空气稀薄、大气洁净和晴朗天空有关。由于青藏高原的高亢的海拔,巨高的雪山和冰川,相对的低温和寒冷异常突出,年平均气温比同纬度的东部要低10~18℃。路基修筑改变着地面的性状,增大了太阳的直接辐射量,引起冻土地基的融化量。因此,采用遮阳棚(图1)来遮挡强烈的太阳对路堤的直接辐射,可以降低路堤表面的温度,减少传入冻土地基的热量。俄罗斯和美国阿拉斯加地区研究应用这种技术,我国中铁西北科学研究院在风火山路堑试验场中研究该技术。

图1    风火山遮阳棚试验场

    青藏高原风火山遮阳棚的观测资料表明,棚内的地表温度比棚外最少的低5℃左右,最多的可低15~20℃(图1)。冬季两者相差较小,夏季相差较大,但棚内的地表温度仍低于6℃。修建一年多来,试验路基下的多年冻土上限有较大的上升,中心部位比原上限上升达140cm,而远离遮阳棚外的天然地段,却因工程施工的影响,冻土上限下降了11cm。根据数值模拟结果,5年以后,冻土上限可上升180cm。

图2    风火山地区试验场遮阳棚内外

地表平均温度曲线对比

    因此可见,遮阳棚既能遮蔽太阳对路面和边坡的辐射,又能有效的防止夏季降水渗入路基带进热量,避免降雪覆盖,增大地面冷却。同时,能使路基的整个横断面上产生自然而均匀地通风。当车辆通过时,路堤受到强制通风的影响,会增大涡流热交换和路面的蒸发作用,起着冷却作用。对于冷建筑的线性结构路基来说,太阳辐射是影响路基地温场的唯一能源,遮阳的作用就在于减少热量,增加冷能,降低地基土温度,保持路基的稳定性。它是在冻土地温较高,高含冰的多年冻土区保持路基稳定最有效的措施之一,尤其是在其他措施难以奏效或难以维护或造价较高时,更能显示这种措施的优越性。据计算,遮阳棚的铁路造价比热桩线路低20%。

图3      风火山遮阳板试验场

    同理,遮阳板是由桩柱和复合板组成,设置在边坡上的低矮遮蔽结构(图3)。它较适合于保护路堑边坡稳定的措施。为加大反射率,可将板面涂成白色。试验观测结果表明,板内地面评价温度比板外低6~15℃,但对路堑的路基温度场影响不大,只是对路堑边坡起着保护作用,类似于抛石护坡的作用。
    阿拉斯加和费尔班克斯地区也有类似的研究,在遮阳板设置在护道上,再在路堤边坡上设置了热桩(蒸发器长10.5m,散热器长2.4m),遮阳板高出坡面0.6m。试验表明具有最大的效果,试验人员认为,它可以在几年内使路堤冷却3~5℃。
    由此可见,遮阳棚(板)是高含冰冻土地区保持路基和路堑及其斜坡稳定性的有效措施之一。在青藏铁路运营期间,监测预报系统作出预报地段采用遮阳棚可以较快的使冻土地基恢复地温,保持路基稳定性。

 
 
(图示1)
 
 
(图示2)
 
 
(图示3)
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