科技成果

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成果名称: 青藏直流联网工程冻土分布及物理力学特性研究

成果登记号: 9612015Y0399

第一完成单位: 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司

联 系 人: 杨小红

成果类型: 应用技术

应用行业: 科学研究和技术服务业

成果简介:

   通过研究获得了如下几个方面的科研成果:   1.针对冻土工程经验匮乏和技术标准缺失的状况,建立了高寒区输电线路勘察--设计--施工全过程的冻土工程岩土技术体系,直接支持了国家电网公司对项目的方案决策和施工决策。   工程开启之初,电力行业对多年冻土知识及工程经验相当缺乏,在工期紧、任务重、挑战性强的情况下,通过充分吸收前人研究成果,结合线路工程特性,首先从方法选择与布设、内容与要点、季节与重点勘测问题等方面建立起了体系化的勘测评价体系;然后从线路的选线选位、基础型式选择、冻土区的基础设计原则及地基处理与保护等方面提供了设计指导思想;在透彻分析冻土特性的基础上,对施工阶段的队伍挑选与管理、施工组织设计与施工预案准备、施工工序与施工工艺等方面提出了一体化的建议。这样一套勘察-设计-施工全过程岩土技术体系的建立,解决了工程当务之急,保障了工程的顺利推进。      2.以冻土工程地质区段划分为基础,以冻土微地貌为突破,提出了冻土区选线选位的成套原则,做到了线路路径和杆塔位置的2层次优化选择,实现了铁路/公路难以达到的趋利避劣,有效提升了工程效益。   基于全线调查和资料分析,按输电线路点线状工程特点划分为21个工程地质区段,并依据多年冻土分异特性,独辟蹊径研究微地貌细分其冻土工程地质条件,系统提出了"选高不选低、选阳不选阴、选干不选湿、选融不选冻、选裸不选盖、选粗不选细、选避不选进、选直不选折"的路径和塔位选择思路,除与铁路/公路同样实现路径优化外,还进一步实现了塔位前后左右挪移的优化选择,让线路落地有了经济合理的地质保障。   3.针对线路塔基全须开挖且置于永冻层这一与铁路/公路的最大不同工况,研究掌握了冻土上限、地温、高含冰分布等要害问题的特性和演化规律,同时对多年冻土进行了稳定性分区及预测,为从根本上保障冻土设计方案的成功提供了强力支撑。   通过现场钻探、物探、测温等措施,宏观掌握了冻土上限及上限附近高含冰量冻土的分布规律、并从空间上对多年冻土的稳定性进行了区划,编制了1:250000冻土分布图、地温分布图及综合工程地质图等大型成套图件;同时基于多年观测和研究资料,对未来50年青藏高原气温分别升高1℃、2℃及2.6℃背景下的冻土空间分布特征及热稳定性进行了稳定性分区和预测。这些研究成果的获得,使得铁塔基础型式、埋置深度、保温措施等关键设计对策有了直接依据。     4.紧密围绕冻胀、融沉、蠕变、斜坡变形这几大冻土特性,通过大型物模试验和深入研究,提出了四种基础选型和多项辅助处理的措施建议并得到成功应用,为冻土工程建设的诸多创新做出了贡献。    分析总结了塔基的冻胀、融沉、流变及差异性变形等4大冻土工程地质问题的特点和危害,同时,在国内首次进行了1:5和1:10的大比例尺斜坡(20°、30°两种坡型)锥柱基础模型试验,对锥柱基础在地基土回冻和冻融循环下的受力状态和变形特征进行了深入研究。在此基础上,建议了桩基础、预制装配式基础、锥柱基础和拉"V"塔独立基础等基础型式及其相应的地基处理及保护措施,前3种基础型式得到了广泛应用,且为后续类似工程提供了借鉴和指导,其中多项研究成果开创了国内研究先河。    5.通过现场测试和大量对比分析,提出了多用物探、验证性钻探、区段性测温、轻便型勘探结合、代表性取样、室内重点试验的高原冻土勘探作业模式,后续应用取得极大成功。    由于高原多年冻土工程性能的特殊性,使得常规超过高压线路的勘测经验很不好套用,为此通过对比研究现场钻探、物探测试结果,分析冻土区勘测方法的特点以及区分不同方法适应性及合理选用的基础上,依地形地貌、地层结构、冻土类型等首次系统提出了多物探、少钻探、区段性测温、轻便型勘探结合、代表性取样、室内重点试验的高原冻土综合勘探作业模式。其成果在指导工程实施过程中勘测方法选择、工作量布置、减小现场劳动强度、控制勘测成本以及保证作业工期等方面都取得了极大成功。    6.从保护冻土长期稳定性出发,提出了施工、环保的基本思想和重要环节,在后来施工中得到了极好的参考借鉴,工程的生态环境效益和社会综合效益得到了有效保障。    搜集大量工程实例,分析了多年冻土在衰退和冻融循环过程中工程破坏典型案例,总结了多年冻土塔基设计与地基处理、施工与环境保护方面的经验教训,并从保护冻土长期稳定性的角度出发,提出了本工程施工组织管理和环境保护建议,其成果在后期的施工中得到了很好的应用。