青藏高原多年冻土地区高速公路布局及其冻土环境耦合作用(高海拔高寒地区高速公路建设关键技术)

    《青藏高原多年冻土地区高速公路布局及其冻土环境耦合作用》以青藏高速公路为研究对象，以青藏工程走廊为研究区域，结合青藏两省区地缘政治特点与实际交通需求，考虑高原脆弱的生态环境与西藏生产、生活物资保障的交通组织等问题重点解决了青藏高速公路布局问题和青藏工程走廊工程容量问题。

 

    本书针对青藏高原多年冻土区高速公路布局及其冻土环境耦合问题，开展工程容量评价和选线方法研究，提出青藏高速公路的建设模型和线位布局。主要内容包括以下几方面：青藏工程走廊冻土环境特征和综合勘察技；青藏工程走廊工程地质评价方法及结果；气候变化背景下青藏工程走廊多年冻土演化规律预测模型及预测方法；基于青藏工程走廊构筑物群的相互热影响和青藏工程走廊工程风险，以及工程容量评价方法；多年冻土区公路路线选择的分层目标法、基本理论、选择层模型、困难度模型和可靠度模型；青藏高速公路建设的影响因素，如线形指标、冻土地质、干扰工程和生态环境等；青藏高速公路的建设模式；青藏高速公路的线位布局。

    汪双杰，工学博士，教授级高级工程师，博士生导师，全国勘察设计大师。现任中国交建副总工程师、中交第一公路勘察设计研究院有限公司总经理、高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室主任、多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室主任、中国公路学会工程地质和岩土分会理事长、交通运输部专家委员会委员。先后获交通部科技英才和十百千人才、国家新世纪百千万人才、全国优秀科技工作者、全国勘察设计科技创新带头人等称号。从事公路冻土工程科研和实践30 多年，主持国家、省重大科研项目和重大工程项目30 余项。荣获国家科技进步一等奖1 项，全国创新争先奖，省部级特等奖4 项、一等奖8 项，国家优秀设计金银奖3 项。主编行业标准6 项，专著8 部，论文100 余篇，获发明专利10 项。

    陈建兵，博士，教授级高工。现任中交第一公路勘察设计研究院有限公司寒区环境与工程研发中心主任、中国交建寒区旱区道路工程重点实验室主任、交通运输部多年冻土区公路建设与养护技术重点实验室执行主任、高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室副主任。入选国家高层次人才特殊支持计划（万人计划）青年拔尖人才、百千万人才工程国家级人选，享受国务院特殊津贴；先后获得国家有突出贡献中青年专家、交通运输部青年科技英才、陕西省科技创新领军人才、中国交建优秀技术专家等称号。致力公路冻土工程研究，获国家科技进步一等奖1项，省部科学技术特等奖3 项，一、二等奖5 项，中国公路青年科技奖。授权专利19 项，出版著作2 部，发表论文60余篇，其中SCI 和EI 收录14 篇。

    王佐，教授级高工，陕西省勘察设计大师。现任中交第一公路勘察设计研究院有限公司副总经理。我国公路勘察设计行业的知名专家，入选交通运输部专家库部审专家、国家发改委特邀专家、陕西省建设项目规划选址专家，在公路设计CAD、三维可视化设计技术、高速公路安全评价与设计等领域取得重要成就。荣获国家优质工程银奖3 项、全国优秀勘察设计银奖1 项、省部级勘察设计一等奖8 项、省部级科技进步奖4 项。参编行业和省级标准规范制修订8 项，出版学术专著4 部，发表SCI 或EI 检索和核心期刊论文18 篇，授权专利12 项。

第1章绪论／1

1.1中国多年冻土分布概况／2

1.1.1高纬度多年冻土／2

112高山多年冻土／4

113高海拔多年冻土／5

12青藏工程走廊自然地理环境概述／7

121青藏工程走廊地理位置／7

122青藏工程走廊气候特征／7

13国内外冻土工程与环境研究现状／8

14青藏高速公路功能定位及必要性／18

141功能定位／18

142必要性和迫切性／24

143青藏高速公路建设面临的技术问题／30

 

第2章青藏工程走廊工程地质评价与区划／35

21青藏工程走廊工程地质特性／36

211地形地貌／36

212地层岩性／36

213水文地质／38

214地质构造与地震活动／38

215特殊岩土与不良地质作用／39

22青藏工程走廊冻土环境特征／39

221多年冻土分布与发育特征／39

222多年冻土区地质灾害发育特征／42

23青藏工程走廊综合勘察技术／44

231遥感技术在多年冻土勘察中的应用／45

232综合物探方法在多年冻土勘察中的应用／53

233多年冻土工程地质勘察新技术／63

24青藏工程走廊工程地质评价／66

241多年冻土工程地质评价方法／66

242多年冻土工程地质评价结果／72

 

第3章青藏工程走廊多年冻土演化规律与预测分析／87

311957—2012年青藏工程走廊气候变化特征／88

311年平均气温变化特征／88

312年降雨量变化特征／89

3131961—2010年青藏高原气候特征的分析／90

321994—2014年青藏工程走廊多年冻土演化规律／92

321活动层厚度变化趋势／92

322多年冻土地温变化趋势／94

33冻土环境与工程活动的相互影响／96

331地温差异性变化特征分析／96

332上限差异性变化特征分析／101

333青藏公路路基变形特征分析／103

34多年冻土发展趋势与预测分析／107

341多年冻土预测模型及其参数／107

342多年冻土预测结果／112

 

第4章构筑物群热干扰状况下的公路风险分析与工程容量评价／119

41青藏工程走廊构筑物群相互热干扰／120

411青藏工程走廊已建工程热影响状况分析／120

412青藏公路热影响范围／120

413青藏工程走廊已建工程热影响范围计算模型／124

414满足青藏工程走廊线性道路相互热不干扰的最小安全距离／131

42青藏工程走廊公路风险分析／135

421多年冻土热融蚀敏感性预估模型／135

422多年冻土地温、活动层厚度数值计算／137

423多年冻土热融蚀敏感性分布预测／140

424青藏高速公路工程风险区划／141

43青藏工程走廊工程容量评估评价／148

431青藏工程走廊“工程容量”评价方法／148

432已建工程及青藏高速公路相互热影响（一级评价层）／149

433冻土地质、地形地貌、冻融灾害综合评价（二级评价层）／149

434自然环境保护及风沙灾害（三级评价层）／160

 

第5章多年冻土区公路路线选择分层目标法／165

51路线选择分层目标法基本理论／166

511理论模型／166

512划分依据／167

513层次分析法确定权重／169

52走廊带选择层模型／170

521走廊带选择层模型技术路线图／170

522影响因素分析／170

523模型构建／171

53基本线位层选线困难度模型／171

531基本线位层选线模型技术路线图／171

532影响因素分析／172

533模型构建／173

54最终线位层可靠度模型／176

541最终线位层选线模型技术路线图／176

542可靠度模型构建／176

543方案优选方法／182

55实例应用／186

551项目背景简介／186

552走廊带选择层路线方案／187

553基本路线方案／188

554最终路线方案／191

 

第6章基于既有公路建设与运营状况的青藏高速公路建设模式分析／199

61青藏高原既有公路技术状况调查与分析／200

611青藏高原既有公路线形概况／200

612青藏高原既有公路路基、路面概况／203

613青藏高原既有公路构造物概况／209

62青藏高速公路建设的影响因素分析／211

621线形指标／212

622冻土地质／213

623干扰工程／214

624生态环境／214

625地形地貌／215

626交通干扰／215

627社会、经济／216

63青藏高速公路的建设模式／216

631建设方案分析比选／216

632建设模式分析比选／226

633建设实施方案分析比选／230

 

第7章青藏高速公路线位布局基本原则与总体方案设计／233

71青藏高速公路线位布局的控制因素分析／234

711地形、地质／234

712城镇规划／234

713路网规划／236

714多年冻土／236

715干扰工程／237

716环境保护／237

717军事设施／238

72青藏高速公路线位布局的基本原则／238

721走廊带选择原则／238

722基本线位选择原则／239

723最终线位选择原则／242

73青藏高速公路的线位布局／245

731西大滩至不冻泉段线位布局／245

732不冻泉至楚玛尔河段线位布局／249

733楚玛尔河至秀水河段线位布局／249

734秀水河至雅玛尔河段线位布局／251

735雅玛尔河至沱沱河段线位布局／258

736沱沱河至开心岭段线位布局／260

737开心岭至十二工区段线位布局／261

738十二工区至温泉兵站段线位布局／263

739温泉兵站至安多段线位布局／266

 

参考文献／271

    京藏高速公路（G6）作为西藏地区唯一的进藏高速公路，已纳入国家“71118”高速公路网。随着公路建设形式从一般二级公路整治改建到新建高速公路的转变，多年冻土地区高速公路建设技术研究的对象也将从关注单一道路工程本身转变为全工程走廊及其内部多线性工程所构成的复杂系统。青藏工程走廊内现有工程分布密集、相互作用影响显著，青藏公路经多次整治改建，路域环境破坏严重，冻土病害也依然存在，已不能满足高速公路升级改造的要求。因此，结合青海、西藏两省区地缘政治特点与实际交通需求，考虑高原脆弱的生态环境与西藏生产、生活物资保障的交通组织等问题，科学规划高原多年冻土地区青藏高速公路的建设方案，研究合理的路线走廊、合适的建设形式、恰当的建设规模以及适宜的技术标准是青藏高速公路建设必须首先解决的技术问题。本书以作者多年来在冻土地区工程理论和技术方面的研究成果为基础，针对青藏高速公路线位布局问题，应用理论分析、数值计算、现场勘查等方法，开展工程地质评价、选线方法研究和工程容量评价，最终给出了青藏高速公路的建设模型和线位布局。本书研究对象为青藏高速公路，研究区域为青藏工程走廊，重点解决了青藏高速公路布局问题和青藏工程走廊工程容量问题。书中还介绍了以下创新成果：
针对在高海拔高寒地区建设高速公路的重大技术需求，创新集成多年冻土地区勘察和综合物探技术进行冻土勘察，揭示工程走廊范围内多年冻土时空分布规律；阐释多年冻土地区高速公路布局及冻土环境效应，评价高速公路建设后青藏工程走廊工程容量的变化及其对冻土与环境的影响，检验和优化高速公路布局；研究分析高原冻土工程走廊已产生的次生冻融灾害，以及各类冻土结构物的工程病害，确定多年冻土地区青藏高速公路建设模式。本书第1章由汪双杰完成，第2章由彭惠、于晖完成，第3章由牛富俊、林战举、彭惠完成，第4章由彭惠、陈建兵完成，第5章由汪双杰、张驰完成，第6章由王佐、邵广军完成，第7章由汪双杰、王佐完成。全书由汪双杰、王佐审定。本书撰写过程中，金龙博士在资料和文献的整理分析方面做了大量的工作；路勋教授级高工、于晖博士提供了丰富的第一手青藏走廊地质勘察资料；单永森教授级高工在青藏高速公路布局研究方面提出了宝贵的建设性意见；中国科学院寒区旱区环境与工程研究所相关研究为本书提供了有益的借鉴。本书同时得到了诸多研究人员和现场技术人员的支持和帮助，在此对他们的辛勤劳动表示感谢。