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管道通风路基试验的探讨

文档作者：王建良黄波牛富俊文档来源： 1青海省公路建设管理局 2青海省公路科研勘测设计院中科院寒区早区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州		点击数：	更新时间： 2021年01月09日
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青海交通科技2004-2
管道通风路基试脸的探讨
王建 良’ 黄 波， 牛 富 俊，
(1青海省公路建设管理局西宁810008) (2青海省公路科研勘测设计院
(3 中 科 院 寒 区早区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室 兰州
西宁810008
摘要简要介绍了在214国道进行的多年冻土区管道通风路基试验工程的科研情况，并借鉴铁路通
风.路基试脸工程的监测资料，分析了管道通风对于强化路基稳定性的工程效果。
关键词公路冻土通风管路基
1 前言
影 响 冻土 地区路基稳定性的重要因素是路基温度
的变化。由于施工对原天然土体存在条件的改变，打
破了路基土体的平衡热状况，并将最终引发大量的路
基病害〔‘一’〕。青藏公路格尔木至拉萨段穿越633km 多
年冻土带，从“八五”改建以来，多年冻土段大量出现路
基沉陷和纵向裂缝病害闭。因此，路基设计、施工以及
运营期的维护、乃至改建工程必须遵循冻土处理的工
程原则。目前，对于多年冻土地区的路基工程主要采
取保护的原则(s)0
多 年 冻 土地区工程建设中保护冻土的工程措施有
许多种，其中之一是架空通风基础。通风基础在多年
冻土地区的应用十分普遍而又比较成熟(b)，但对通风
路基的研究资料却十分有限，美国、俄罗斯冻土科学家
曾针对管道通风路基进行了试验研究〔，一‘飞，研究结果
表明工程效果良好。但在工程应用上目前还没有工程
先例。在我国，通风路基研究也十分有限，为研究管道
通风路基的工程效果及其在青藏铁路建设中的可行
性，牛富俊、喻文兵等曾针对性地开展了大型室内模型
试验研究和现场工程试验〔9-10)，初步研究结果表明，通
风路基在工程应用中是可行的。但是目前完成的研究
工作主要针对铁路工程，而公路通风路基的研究还没
有资料可供参考。为此有必要针对青藏高原多年冻土
区公路工程开展通风路基的研究工作。
2 研究工作概况
2.1 214国道路基路面主要病害
214 沿 线 冻土类型大多为高温冻土，且地域分布相
对复杂。路基路面病害在高平原地带，一般在融土段路
基稳定，新修路面病害轻微;高温冻土段及冻土一融土
相间段病害相对严重，主要表现为沥青混凝土路面的横
向、纵向裂缝和水泥混凝土路面的横向裂缝及断板，纵
向裂缝严重的路段一般两侧发育积水坑或热融湖塘。
而在山岭地带，一般越岭地段病害相对轻微，但斜坡湿
地冻土段尤其是低缓斜坡湿地段病害相对严重，主要表
现为沥青混凝土路面段的路基翻浆、路肩沉陷、开裂等。
2.2 管道通风路基试验工程简介
由于 多 年 冻土与路基路面病害关系密切，2003年
基于“多年冻土区公路病害和机理的研究”课题，依托
214国道姜路岭至清水河段改建工程，实施了纵向通
风试验工程，试验研究的目的在于分析该措施的可行
性和使用条件。截至2003年10月，试验路段全部完
成并进入正常监测。
试验 工 程 保护多年冻土的原理为:通过在路基坡
脚处设置纵向通风管，该通风管具有向进口倾斜的坡
度，其一端接有竖向通道(“烟囱”)，使冷空气进人通风
管后，在流通过程中周围土体加热空气，使土体的温度
降低，从而达到保护其下冻土的效果。
试验 工 程 中设置的通风管为直径30cm的钢管，设
图1 通风路基试验段试验监测布设图
王建良等管道通风路基试验的探讨
置在公路里程K417段路基坡脚与保温护道结合部靠
近路基一侧。共设计了3个监测段(通风管试验段监
测详细布设情况见图1),
A段 : 通 风管管径 0.3m,管长 lOm ，在通风管下外
壁沿通风管布设温度监测点，并在两端距管口1.5m
处布设深度为5m的测温孔，管正中布设15m的测温
孔。此外，在通风管中设置测温探头。
B段 : 通 风管管径0.3m，管长 15m，其余同A段。
A, B段 之 间设置一段长 15m的对比段(C段)，监
测内容包括路基中心、路肩、坡脚及天然地温，深度
15m.
除 了以 上 观测内容外，沿着通风管壁布设了管内
气温监测探头，在通风管下部等间距布设了浅地层测
温探头。
施工 时 在 路基填筑完毕、填筑保温护道时，在保温
护道填筑至0.3m高度后将通风管沿路基纵向设置在
路基边坡与护道填筑面相交处，并在管下及管中布置
好测温探头，之后继续护道填土施工。
2.3 管道通风路基试验研究的内容
通过 实 体 试验工程的地温监测，分析和确定纵向
通风管的最佳埋设位置、管体的长一径比、竖向段的合
理长度以及通风管对于强化路基稳定性、保护下伏多
年冻土的作用等，结合横向通风路基的试验研究成果，
对通风路基的工程效果做出综合评价，为工程应用提
供理论依据和技术参考。
3 通风路基对于保护多年冻土的工程效果初步分析
214 线 通 风路基试验工程由于施工较晚，目前取
得的资料尚无法完整地分析其工程效果，为初步分析
通风路基的工程效果，暂时可以借鉴在青藏铁路多年
冻土地区开展的铁路通风路基的试验结果，虽然铁路
和公路路基路面结构有所不同，但由于试验原理和结
构类似，其结果对于公路路基有一定的参考价值。
3.1 通风管对于路基填土的降温效果
周期内都将其周边土体温度降低到了0℃以下。管下
0.5m处的土温体现了相同的变化趋势，这种温度特征
有利于其下冻土的保护。与此同时，无特殊措施的一
般填土路基相应高度的年平均地温为接近0℃的正
值，即处于融化状态，显然不利于其下冻土的保护。
3.2 通风管对于路基下伏多年冻土热收支的影响
表 1为 经 过计算得到的进人2.5一3.0m 深度冻土
中的热流量。数据表明，试验段天然地表条件下多年
冻土的吸热大于放热，但热流量正负基本平衡，而路基
下多年冻土的热收支却存在着极大的差异。各断面在
施工后的第一个冻融循环周期内都处于吸热过程，在
第二个周期虽然吸热量有所减少，但对比断面在施工
2年后仍处于吸热过程，这种热量变化过程导致了上
述多年冻土的整体升温;而设置了通风管的断面在第
二个冻融循环周期内已经开始出现放热，表明通风管
开始起到降温、散热的作用，显示了通风路基对于下伏
多年冻土的保护作用。
通风 路 基 对 于 下 伏 多 年 冻 土
热收 支 的 影 响 ( ik ,m -z ) 表 1
试验监测断面冻融周期热量变化天然孔中心孔
对比断面
直径30cm
通风管段
直径40cm
通风管段
No.1
No.1
No. 2
No.1
No.2
吸热
放热
吸热
放热
吸热
放热
吸热
放热
吸热
放热
17104
一8922
19953
一20211
18836
一18743
23839
一20997
21796
一18342
15923
0
44919
0
9834
一6282
18426
0
4404
一2390
管径30em断面管径40em断面对比断面
监测断面
。-O.5 -I-l.5 -2 都
︿护︶侧照刃价珍
图 2 有 无 通 风 管 在 施 工 后 第 二 个
周期 对 于 路 基 填 土 温 度 的 影 响
青 藏 铁路 通风管试验路基中的通风管垂直于路基
走向布设，因此其首先调节的对象为管体周围的填土。
图2为青藏铁路试验路基通风管对于填土温度的影
响，该图表明，埋设通风管在施工后的第2个冻融循环
4 结论
(1) 21 4国 道路基路面病害与多年冻土关系密切，
有必要进行保护冻土的工程措施效果研究，为此在
K417段布设了平行于线路走向的管道通风路基试验
段。
(2) 根 据 已有的研究资料，类似结构的通风路基在
降低土体温度、保护多年冻土方面具有良好的工程效
果。
(3) 通 风 管垂直于线路走向的铁路通风路基试验
工程结果表明，通风路基土体温度显著低于一般填土
路基，且其下伏多年冻土在第二个冻融循环周期内开
始出现放热现象，从本质上表明了通风管对于强化路
基稳定性、保护多年冻土的工程作用。
参 考 文 献
1 吴青柏，施斌，刘永智.青藏公路沿线多年冻土与公
路相 互 作 用研究.中国科学(D集),2002,32(6):514
一5 20 . (下转第43页)
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青海交通科技2004-2
但必须是科学合理的工作。德国的收费方式、对象、时
间、价格标准是在对居民的出行时间、地点、距离、交通
量等基础资料进行大量的统计分析后并结合公交系
统、私营车、私家车的交通量分配调研的基础上制定出
来的。收费公路采用GPS卫星定位收费系统监控收
费(对12t以上卡车跟踪监测收费)，不设收费站，但对
私人投资的隧道设收费站进行收费。
目前 ，联 邦德国发展收费公路正在呈上升趋势。
即通过收费竞争，不同运输方式的竞争(如:铁路和公
路之间竞争)，广泛应用电子收费系统(卫星定位系
统)，预计每年将计划收到28亿欧元，减除成本后全部
投人到公路基础设施建设中去。在收费公路的投资
中，主要依靠私营公司和政府建立合作伙伴关系共同
投资。德国今后的收费公路在收费形式上更简便，采
用先注册登记再使用收费系统，准备在2008年建成并
设立收费公路对收费系统、付费人、收费上交等事项进
行监管。达到收费系统网络化，缴费形式多样化(包括
信用卡、燃油专用卡、支付现金等)。真正发挥出收费
项目的筹资作用，并形成投资— 收费— 再投资的
良性循环轨道。
3 德国客货运输
由于 德 国 公路基础设施发展较快，相对客货运输
业也很发达。德国每个城市的公交系统主要由股份
(或混合)制公司投资并提供优质的运营服务。公路货
运也大都是私营企业提供运输服务。客运、货运价格
略低于铁路并形成竞争性。客、货运输都具备中级企
业规模，形成网络服务，多元化服务等。客、货站场，候
车、装卸、维修等设备一流，形成吃住行等多元化服务
格局。但是建设和运输的矛盾在德国同样存在。如:
德国汉堡港年吞吐量约1亿吨，怎样及时中转(提高集
散能力)，降低物流成本，结论是修建更多更好的高速
公路来满足运量运力增长需求。
4 体会与思考
(1) 公 路 建设投资主体多元化。既有政府补助，又
有专门银行投资，既有私营企业投资，又有公众股票投
资，再加上BOT形式、转让公路经营权等，形式多样。
投资结构科学合理，降低了投资风险，加快了公路建设
发展。而我国公路建设资金主要采用以国家投资和以
国内银行贷款及地方自筹资金为主，利用国际金融组
织和外国政府贷款为辅的资金结构方式。面临公路建
设巨大的资金需求，这种主要通过扩大信贷规模等方
式的资金结构方式，具有一定的单一性和局限性。所
以采取多渠道融资方式是公路建设发展的必然趋势。
多渠道融资中一个主要来源就是引人民营资本，公众
投资，采用民营资本投资公路建设项目，既可解决国家
资金短缺的问题，又改善了社会的基础设施，也让投资
者得到了合理的回报。
(2) 加 快 收费公路的建设和发展。今后相当长时
期内我国的公路建设任务依然十分繁重，“贷款修路，
收费还贷”政策仍将是我们筹集公路建设资金的重要
渠道之一。目前我国收费公路还存在一些问题:规模
大、里程长、标准高、违规转让收费权等，再加上收费公
路积淀的债务逐年增多，偿还本息压力大，超限运输久
治不愈等，这些问题还要在收费公路发展中得到解决。
国外对收费公路决策前的调研、分析、协调收费者与被
收费者之间的利益关系，以及收费形式，设置先进的收
费系统等值得我们借鉴。
(3) 公 路 建设是手段，发展运输是目的。目前我国
的道路运输落后于公路建设，还存在政府对企业的服
务不到位，企业对客户的服务不到位，现代物流发展缓
慢，运输成本高，效率低，站场设施分布不均，设施陈
旧，功能不全，管理落后，货车超载，客车超员等问题。
所以提高公路交通服务能力及运输市场规范化管理仍
是今后我国公路运输的主要工作。我们要建立健全并
完善交通运输客货供需信息网络，运用现代化信息技
术掌握和提供能源、原材料、外贸进出口以及农业生产
资料，城市居民生活物资的运输情况信息，及时为运输
企业提供相关信息，搞好服务。还要加大运力结构调
整，推进车辆大型化、专业化、箱式(集装箱)化、经营集
约化和管理现代化，加快运输业发展，降低运输成本。
~卜.州卜~十，，卜一州卜.州卜.叫卜一卜”十”州卜.州卜一~卜”刁巨.十”刊卜.州卜.叫卜一卜.喇卜一卜.冲一一卜”十.神一.州卜一十翻琦~一卜.州卜翻闷卜.州卜.月卜一卜”干勺叫卜刊卜一卜.十“叫卜一州卜一十。州卜“叫卜.刊卜一卜”+ .州卜.州卜.叫卜.一卜翻，卜.
(上接第38页)
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