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  青藏高原冻土地区公路修筑技术基础平台研究  
  日期:2013-01-18    来源:  
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2012年度中国公路学会科学技术奖 特等奖

 

    1. 项目简介

   

     项目立足建立完善的公路冻土工程观测、试验系统,创建全面科研基础信息平台。主要科技创新成果有:

    (1)发明了目前我国最大的冻土环境物理模拟试验系统,构建了完善的高原多年冻土公路工程长期观测系统。

    (2)基于青藏公路海量历史数据,运用GIS和现代数据库管理技术,创建了青藏公路立体化、多尺度的公路数据管理系统。

    (3)提出冻土路基稳定性、病害程度及路面耐久性的评价指标,构建了多年冻土路基长期变形观测模型与病害预警模糊评价系统。

    (4) 首次提出与路基融沉变形协调的多年冻土路面结构层和材料的容许标准及路面结构设计方法,解决了沥青路面结构大应变低温破坏问题。

 

    项目基于青藏公路基础信息的数据库体系,形成了集数字路基实景仿真、数据自动传输、管理与挖掘、路基变形预测与病害预警等功能为一体的高原多年冻土区公路修筑技术基础平台。项目成果先后出版专著1部,发表论文21篇(SCIEI收录13篇),已受理专利5项(发明3项,已公示2项),其中1项为国际发明专利,获软件著作权2项,1项成果获陕西省第九届工程勘察设计计算机优秀软件一等奖。成果经鉴定整体达到国际领先水平。

 

    项目主要成果纳入行业标准规范《多年冻土区设计施工技术指南》(JPG/T D902012),累计指导了500多公里路基路面设计和1100多公里的养护决策,为科研机构提供了科研支持与数据服务。本项目对提升青藏高原地区公路设计、管理与养护决策能力,推动行业乃至相关基础研究领域应用基础科研进步发挥了重大作用。

   

      2.立项背景(立项时国内外相关科技状况、主要技术经济指标、存在问题、立项目的)

 

    青藏公路格尔木至拉萨段全长约1150km,承担85%以上进藏物资和90%以上出藏物资运输任务,被誉为西藏的“生命线”。

20世纪70年代以来,交通科技工作者连续开展了4期联合攻关,取得了丰硕的研究成果。然而由于客观与历史条件的限制,大量的科研成果、观测设备与数据资料等缺乏统一的空间坐标与尺度,维护、管理简单、分散,科研工程不便查证,科研成果不便集成,数据资料难以共享,不利于历史资料的整理、分析和应用。因此建设科学、全面的历史数据库,开发青藏公路基础信息平台,对青藏公路的管理、养护决策及科学研究工作具有十分重要的意义。

 

    另外,高原冻土区公路建设中仍有不少问题尚待进一步解决,主要表现在:

1)季节活动层内水热输运影响下的冻土路基长期变形规律,以及冻土路基病害预警系统;(2)冻土路基稳定措施的适应性评价;(3)冻土地区路面病害的演化发展与耐久性能;(4)高原特殊气候环境与生态环境下的公路养护的原则与科学决策。

 

    本项目的研究主要在于保持高原冻土区公路工程研究的连续性,提高科研数据的利用率,实现数据管理可视化、科学化,使科研成果更好地转化为生产力,为高原冻土区公路新建、改建、养护、整治与运营服务。同时能够有效评价路基的安全性与可靠性以及路面结构适应变形能力,优化路基、路面结构设计,并利用病害预警模型,对公路的病害进行预测预报,提出较为合理的公路病害治理方案,为高原恶劣的气候环境与脆弱的生态环境下的公路养护提供科学的决策依据。

 
    3. 主要技术创新点(技术思路、关键技术、系统集成等方面)

 

    (1)建立了完善的现场观测及室内模拟试验系统,发明了步入式多功能冻土路基模型试验箱(专利号201120466753.3201110373555.7201120466748.2),构建了融合气象、路基路面、冻土观测及环境模拟为一体的长期观测试验体系。

    (2)综合运用GIS技术、空间数据库技术、虚拟现实技术和三维激光扫描技术,构建了青藏公路立体化多尺度,内容全面,数据丰富的信息管理体系,研发了具有自主知识产权的青藏公路科研管理与数据分析系统(软件著作权登记号:2008SR33686),获陕西省第九届工程勘察设计计算机优秀软件一等奖。

    (3)研究分析了年平均地温等多种因素对冻土路基稳定性的影响,首次系统提出综合考虑冻土与道路结构各要素的路基长期变形模型与强度稳定性评价模型(软件著作权:冻土路基边坡稳定性分析软件V1.0,2011SR046309)。

    (4)统计分析道路病害发展机理,研究了各种外部因素对其影响的权重,首次完整构建冻土区道路病害发展的模糊逻辑规则库,建立道路病害预警系统。

    (5)提出现有青藏公路的合理养护周期、养护频率及养护决策方法。

    (6)发明了新型的冻土区公路路基保护方法及路面结构(发明专利申请号:200980101078.4PCT/CN20091076362),并首次基于路基路面变形协调性,提出路面结构的容许应变标准与结构设计方法。

 
    4.应用情况(生产、应用及推广情况、预期前景)

 

    本项目依托于青藏公路格尔木至拉萨段改建完善工程,于2008~2011年修筑了试验工程,其中路面试验工程7大类,15区段,共计20.313km。路基试验工程13大类,42区段,共计39.188km。在试验工程的设计与施工中,应用本项目成果中的高原路面适应性与耐久性评价方法对沥青材料质量、级配等严格控制,并采用了项目成果所推荐的路面材料与结构。在路基工程的实施中也应用了本项目所推荐的“最小路基高度”、“路基临界设计高度”等最新研究成果。另外,项目主要成果编入行业标准《多年冻土设计施工技术指南》,累计指导了500多公里路基路面设计。

 

    本项目成果与2010~2011年在青藏公路管理分局得到应用。应用期间,项目研究人员与工程技术人员广泛交流,项目研究成果所集成的路基稳定性评价与道路病害预警模型为1100多公里的青藏公路养护决策与病害预警提供了技术支持。

另外,作为青藏高原冻土区科研管理平台,项目成果在中科院冻土工程国家重点实验室得到应用。系统所集成的“路基长期变形预测模型”、“稳定性评价模型”等得到了科研人员的普遍认同,并对其基础研究提供了数据服务。

根据国家高速公路网长期规划,未来在我国西部将有相当大的公路里程穿越多年冻土区。本项目研究成果推广应用前景十分广阔,不仅可以直接应用于青藏公路的建设、养护管理,还可应用于东北、西部省际道路,中尼、新藏等国防公路,以及为未来的青藏高速公路建设提供经验借鉴。

  
 
 
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