多年冻土区路基热融病害防控技术综述

Literature Review of Prevention and Control Technologies of Thermal Thawing Damage in Subgrades of Permafrost Regions

摘要

多年冻土退化及其引起的热融沉降是多年冻土区交通路基工程的主要病害。从热对流、热辐射、热传导、防排水角度，梳理多年冻土保护技术的工作机理、应用效果、存在问题、改进方案及新型措施。从热融病害严重部位的快速降温与补强处置角度，分析主动制冷措施的研发现状，并从设计、建造、运营角度讨论多年冻土保护技术的发展要点。我国近年来进一步发展提出了多类既有措施的改良方法与新型措施，形成了系统的多年冻土保护技术体系。在既有措施改良方面，从热对流角度提出了优化的碎/块石粒径、强制弥散式通风管、纵向装配式通风管、L型热棒等冷却强化方法，并正在完善块石结构清理、热棒检查与修复等运营期维护手段；从热辐射角度提出了高反射率路面、兼顾顶面反射率与底面发射率的遮阳板结构等优化方法；从热传导角度开发了路基临界高度、分离式路基、单向导热路面、高热阻填料等优化方法。在新型措施研发方面，推出了多孔对流型与相变蓄热型土工布、反射涂层、疏水厌冰涂层等新技术，以及泡沫混凝土隔热层、低放热性聚合物注浆等新方案。从补强与应急角度，正在发展具有主动制冷功能的快速降温手段，研发半导体制冷复合型全季热棒、吸附式制冷装置与压缩式制冷装置等新设备。从既有线提质改造与新建高等级线路角度，提出一方面应继续丰富针对多年冻土温度与水分要素的控制措施种类及调控水平，另一方面应根据多年冻土融沉和不同类型路面与轨道结构的伤损及不平顺之间的映射关系，明确多年冻土地基的沉降限值，构建分类分级的保护措施匹配及精细化设计方法，同时根据多年冻土热融导致的交通线路设施损毁类型，逐步建立更加完善的多年冻土保护体系。

Abstract

Settlement caused by permafrost degradation and thawing is the primary damage for traffic subgrades in permafrost regions. This article reviews the working mechanism, application effects, existing issues, improvement strategies, and novel approaches of permafrost protection measures from the perspectives of thermal convection, thermal radiation, thermal conduction, thermal conduction, and waterproofing-drainage systems. From the standpoint of rapid temperature reduction and reinforcement treatment of severe thawing damage, the research status of active refrigeration measures is analyzed; key development directions for permafrost protection technology are discussed from the aspects of design, construction and operation. In recent years, China has further developed various improved methods for existing measures and put forward new measures, forming a systematic permafrost protection technology system. For the improvement of existing measures, thermal convection-based optimizations include gravel/block particle size, forced dispersion ventilation pipe, longitudinally assembled ventilation pipe, and L-shaped thermosyphon. Maintenance methods such as block stone structure cleaning, and thermosyphon inspection/repair are being improved. Thermal radiation-based enhancements involve high-reflectivity pavement and sunshade structures balancing top-surface reflectivity with bottom-surface emissivity. Thermal conduction-related advancements encompass subgrade critical height, separated subgrade, unidirectional heat-conducting pavement, and high-thermal resistance fillers. Regarding the research of new measures, novel technologies such as porous convective geotextiles, phase change thermal storage geotextiles, reflective coatings, hydrophobic and ice resistant coatings, as well as new schemes such as foam concrete insulation layer and low exothermic polymer grouting have been introduced. In terms of reinforcement and emergency, rapid cooling and active refrigeration are being developed, and new equipment such as semiconductor-refrigerated all-season thermosyphons, adsorption refrigeration devices and compression refrigeration devices are being developed. To address existing line upgrades and new high-standard railway construction, this research proposes to expand the diversity and precision of temperature-moisture control measures; on the other hand, based on the mapping relationship between permafrost thawing settlement and irregularity of different types of pavement and track structures, the settlement limit of permafrost foundation should be defined, and the classification of protection measures matching and design methods should be constructed. At the same time, regarding the damage patterns of traffic line facilities caused by permafrost thawing, an enhanced permafrost protection system should be progressively established.

Graphical abstract

关键词

路基 / 多年冻土退化 / 热融病害 / 防控技术 / 综述

Key words

Subgrade / Permafrost degradation / Thermal thawing damage / Prevention and control technology / Review

中国多年冻土主要分布在“第三极”青藏高原，面积约为1.15×10⁶ km²。受气候变暖和工程活动的影响，部分多年冻土呈退化状态。与俄罗斯、加拿大等国高纬度多年冻土相比，青藏高原多年冻土成因是高海拔，因此冻土温度高、热融敏感性强，退化具有长期、隐蔽的特点。青藏工程廊道分布着铁路、公路、输油管道、通讯光缆、电网等重大工程，穿越约700 km的多年冻土。冻土退化对铁路、公路的影响尤为显著，调查表明青藏公路融沉类病害主要表现为不均匀沉陷、开裂和翻浆等，占总病害率75%以上^［1］。青藏工程廊道内某铁路穿越的高温（-1~0 ℃）冻土约275 km，高含冰量冻土约221 km，高温、高含冰量冻土约134 km。保护冻土是多年冻土区交通建设的主要原则。

20世纪90年代之前，我国主要采取增加热阻的热传导防护思路，按照宁填勿挖原则，采取控制路基高度的方式保护冻土，提出填土最小高度、临界高度等要求。之后逐步转变为调控热对流的主动降温思路，开发出碎/块/片石气冷结构、通风管、热棒等主动冷却措施，并应用在高原铁路、公路的建设与改造中^［2］。结果表明青藏高原多年冻土区铁路在运营初期，路基变形总体呈衰减趋势，趋于稳定^［3-4］。在世界首条高海拔多年冻土区高速公路（青海共和-玉树）设计、建设及运营维护中，进一步研究了宽幅冻土路基的尺度效应^［5］，提出单向导热路面、分离式路基、强制通风式路基、热棒与隔热层复合导冷阻热结构等新措施^［6］。但多年冻土退化仍是难题，例如某铁路路段在2010年至2019年累计沉降超0.1 m的测点约占17%，最大沉降为0.291 m^［7-9］。共和-玉树高速公路2017年建成后出现多处融沉病害群，目前全程限速80 km · h^-1。吴青柏等^［10］指出现有措施已无法满足一些高温、高含冰量多年冻土路段的热稳定性维护要求。现有多年冻土保护措施研发时仅考虑气候变暖1 ℃的情况，且多遵循主动降温、冷却地基、保护冻土的原则，对水热侵蚀的考虑不足^［11］。在未来气候变暖1.5 ℃条件下，需要进一步优化既有措施的改良方案，并研发更具备时效性的新型措施，满足既有线提质改造与新建高等级交通线路的多年冻土保护要求。

本文分类综述针对多年冻土地基热对流、热辐射和热传导等的调控措施，包括既有措施的工作机理、应用效果、存在问题及改进方案，汇总多孔对流型与相变蓄热型土工布、反射涂层、疏水厌冰涂层、低放热性聚合物注浆等多种新型措施的探索性应用情况。从冻土热融病害严重部位的快速降温与补强处置角度，介绍主动制冷等有源驱动措施的研发进展。针对既有线提质改造与新建高等级交通线路所面临的多年冻土全生命周期管理问题，总结在设计、建设施工、运营和应急阶段所需深化研究的内容，以期为多年冻土区路基工程提供参考。

1 热对流调控技术

1.1　气冷结构

气冷结构是一种由石块堆砌并含有大量连通孔隙的构筑物。暖季时，热空气上升后悬滞，形成隔热层；冷季时，冷空气下渗，内部空气处于热对流状态，形成涡旋冷源，由此利用密度差异效应促发热量屏蔽和冷量交换。对流强度及降温效果受粒径、结构形式、边界条件和厚度等因素的影响。根据粒径不同，分为碎石（<15 cm）、块石（15~50 cm）和片石（>50 cm），粒径较小和较大时分别以自由流动和受迫流动为主。根据铺设位置不同，分为基底、护坡、护道、U型等形式，如图1所示。

针对气冷结构的粒径与边界条件，徐学祖等^［12］通过室内试验指出2~15 cm单一结构碎石层中均可产生自然对流，其中4~6 cm碎石层降温效果最佳。赖远明等^［13］通过室内试验指出封闭条件下块石层的最优降温粒径范围为20~30 cm。吴青柏等^［14］通过试验指出表面封闭会减弱块石层内部的强迫对流效应，开放条件和封闭条件的块石路基降温影响深度分别为6.0~10.0和1.5~3.0 m。实体试验表明，块石的降温效果要优于碎石，强迫对流效果优于自然对流，因此既有多年冻土区铁路主要采用块石结构。

针对气冷结构的形式，牛富俊等^［15］通过青藏高原某铁路楚玛尔河试验段2003年至2013年监测结果发现，普通路基与块石基底路基的地温场存在明显不对称分布，而块石护坡路基与U型块石路基的地温场分布则表现出较好对称性，其中U型块石路基热稳定性最好。范星文等^［16］通过某铁路昆仑山南坡试验段2008年至2019年监测结果发现，不同类型路基下方活动层厚度均在不断增加，其中块石护坡路基的增幅最小。徐岳震等^［17］通过某铁路全线2006年至2020年监测结果发现，部分块石护坡路基与U型块石路基也存在左右路肩地温差异问题。王佳等^［18］通过某铁路开心岭试验段2003年至2020年监测结果发现块石护坡路基的冻土上限相比原天然上限抬升2.1 m，但上限以下形成厚度达6~8 m的高温冻土层，其压缩和蠕变变形仍引发了路基沉降。可见，块石气冷结构能够抬升上限，且U型结构的效果最优，但却难以控制地温升高与横向差异。

针对气冷结构的长期性能，赵相卿等^［19］测试发现片石护坡积沙后的降温效果明显减弱。张勤帅等^［20］指出高原气候环境会引起路基块石裂纹扩展、孔隙增大等劣化过程，使块石风化成为一种隐蔽性病害。Liu等^［21］也指出风沙和岩石风化引起的空隙填充会削弱块石结构的冷却能力。

为提高气冷结构的冷却效能，钱进等^［22］提出采用人造的空心立方体、球体、长方体或圆柱体结构，增加空心块内部的对流换热强度和隔热性能，代替传统的块石层路基结构。Ma等^［23］提出了碎石护坡与碎石夹层组合的W型气冷结构提高路堤核心的冷却性能，如图2所示。

1.2　通风管

通风管路基通过强迫对流换热降低地温，并阻止路基表面吸收的辐射热量向下传递。为加强通风效果，业界提出透壁式通风管。通风管在暖季会成为热空气通道，为此又提出自动控温通风管，根据气温控制两端活动式风门的开合，如图3所示。

针对通风管的管径与布置方案，宋正民等^［24］研究发现风速随管径和埋设高度的增加而增大，且存在上限值，分别为0.6和2 m。李越等^［25］研究发现在2幅路基并行条件下，受上风向路基的遮挡作用，下风向路基的通风管风速会明显降低。以2幅路基管内风速差值不超过0.4 m · s^-1为标准，路基高度为3 m时，2幅路基最小间距宜取为50 m。

为提高通风管的冷却效能，Yu等^［26］提出了能够改善水平通风管导流缺陷的弯管式通风管，并给出不同管径对应的最大允许管长。汪双杰等^［1］在通风管端部加装太阳能风机，提出了强制弥散式通风管，如图4所示。Zhang等^［27］提出了通风管沿路基的纵向布置方案，将多个并排装配的通风管铺设在路堤边坡，形成双向对流机制，如图5所示。

1.3　热棒

热棒（热管）是一种基于气液两相循环原理的高效传热装置，依靠多年冻土与大气之间的温度差驱动气液相变与上下循环。热棒结构一般为柱体，分为不同功率等级。布置形式包括竖直、倾斜和水平，如图6所示。热棒内部环境压力基本一致，工质在多年冻土环境中的蒸发温度和大气环境中的冷凝温度基本相等。因此，仅当大气温度低于多年冻土温度且达到启动温差时，热棒才能启动运行，基本在每年10月中旬到次年的3月中旬处于波动式运行状态，实际运行时间约为完整周期的2/3。

针对热棒的结构尺寸，郭宏新等^［28］指出其制约因素主要是沸腾极限和结构特征，包括工质充液量、蒸发段和冷凝段长度及管径等。李永强^［29］通过某铁路安多试验段热棒路基监测结果发现，热棒的产冷量并不随直径的增大而增大，不同直径的降温效果和产冷量基本接近，综合考虑产冷量和降温效果，建议热棒直径取为89 mm。金龙等^［30］通过青藏公路某热棒路基监测结果发现，其年平均功率为50 W左右，有效冷却半径约为2 m，应用于宽幅路基时覆盖范围不足，容易引起纵向开裂问题。

为提高热棒的冷却效能，业界发展了L型、水平发卡型和分离式等异形热棒，主要目的是避免竖直布置引起的纵向裂缝问题，以及近距离直接冷却路基中心下方多年冻土。程国勇等^［31］测试了L型热棒蒸发段坡角、弯折角对降温效果的影响，建议坡角取为25°，弯折角取为120°。Jin等^［32］测试发现水平发卡式热棒的年均最大传热量约为188 MJ，平均功率约为37.5 W。Pei等^［33］测试发现蒸发段水平布置时的多年冻土地基降温效果优于倾斜布置。蔡汉成等^［34］提出一种热棒路基设计方法，其原理是从路基热量收支平衡角度要求热棒在冷季的有效传热量不小于路基的年净吸热量。

热棒的长期可靠性与环境耐久性也是较受关注的问题。由于取消毛细液芯和放大结构尺寸，热棒对真空度、密封性和工质的要求高，运行过程产生的不凝气体对传热性能影响很大。目前，行业已研发了热红外热棒工作状态监测仪等检查设备，但是仍然缺乏相应的故障诊断和现场修复技术。

1.4　对流增强型复合结构

1.4.1　多孔对流型土工布

多孔对流型土工布是在高渗透性波纹状塑料芯上下侧覆盖土工布的复合结构，是一种兼具排水与对流换热功能的新型土工布。应用时铺设在路基边坡上，在底部吸入冷空气，利用空气浮力驱动冷空气贯穿流过土工布内部，增强对流传热效率进而冷却路基，如图7所示。Doré等^［35］将其试用在加拿大某航空跑道，3年实测结果表明路堤底部平均温度相比普通路堤条件降低2.2 ℃。Kong等^［36］研究不同路堤厚度、场地条件对其吸热能力的影响规律，提出了相应的设计图表，并对该技术进行了现场应用验证。此外，还包括多孔混凝土通风板、金属导风板等衍生结构。这一技术的优势是便于运输和现场实施，是块石气冷结构的潜在替代方案。

1.4.2　风冷液体循环式冷却器

为隔绝暖季空气对流对多年冻土的负作用，Qin等^［37］提出一种新型风冷装置，由风机、离合器和液体循环式换热器组成，如图8所示。通过溶液泵驱动大气环境和多年冻土地基之间冷却液循环。离合器由相变材料控制接合与分离，当外部空气温度低于设定阈值时，开启装置输冷；当外部空气温度超过设定阈值时，关闭装置防止热侵蚀。

2 热辐射调控技术

2.1　遮阳棚和遮阳板

太阳辐射是导致地温升高的主要因素之一，是路基阴阳侧横向地温及变形差异的主要诱因。Chou等^［38］采用统计学方法分析路基浅层温度与顶面太阳净辐射量的关系，结果表明两者之间存在良好的线性关系。夏利江等^［39］建立了路基遮阳理论模型，量化分析路基表面太阳辐射分布规律，结合旱桥遮阳效应，佐证了遮阳保护冻土的有效性。遮阳结构包括遮阳棚和遮阳板，遮阳棚覆盖路基整体，如图9所示。遮阳板仅覆盖路基边坡，遮阳板下部一般保留30~50 cm的空隙作为气流通道，遮阳板可以采用金属板材或光伏组件等，如图10所示^［40］。

针对遮阳结构的方案选择，牛富俊等^［41］在某铁路唐古拉段建设遮阳棚试验段，监测表明棚内的年平均气温相比天然条件降低0.6 ℃，棚内多年冻土上限抬升幅度约为1.0 m。冯文杰等^［42］在北麓河地区建设遮阳板试验段，监测表明天然路基边坡表面平均净辐射量为300~350 W · m^-2，而遮阳板下仅为30~45 W · m^-2，遮阳板下地表温度低于天然边坡6~8 ℃，可见遮阳板效果优于遮阳棚。但由于稳固性安全风险，遮阳结构尚未大规模应用，而且遮阳棚影响铁路接触网等电气设备安装。

为提高遮阳结构的冷却效能，Gagnon等^［43］提出了一种敷设在路基边坡上的空气对流型遮阳棚，现场测试表明可以将地表年均温度降低6.3 ℃，4~5年后影响范围达到地表以下15 m范围。Li等^［44］指出通过提高遮阳板正面反射率和降低背面发射率，可以代替遮阳板下部气流通道的传统做法。

2.2　高反射率结构

2.2.1　高反射率气冷结构与路面结构

调控辐射的另一种途径是直接提高路基及上部路面及轨道结构的反射率。影响反射率的因素包括结构形式和材料本身色泽。

针对气冷结构，谭康豪等^［45］测试指出块石粒径会同时影响内部气流速度和外表面粗糙度，后者决定反射率水平，且反射率随粒径增大而减小，由此提出了通过筛选粒径提高路基边坡反射率。针对路面结构，张若兰等^［46］论述了基于脱色沥青、浅色合成胶结料的浅色路面设计思路，结合颜料、空心玻璃微珠等辅料，形成自降温路面结构。

2.2.2　高反射率涂层

高反射率涂层指具有较高的太阳光反射比、近红外反射比和半球发射率，且具有良好附着性的一种功能材料。反射隔热性能受到涂层材料组成、厚度、表面状态、底材性状等因素的影响，分为阻隔型、辐射型与反射型等类型。目前公路领域主要在发展反射与辐射复合型涂层。

针对多年冻土区路基反射涂层的应用方案，Qin等^［47］和Wang等^［48］分析了涂层在不同太阳光谱下的反射率特性，提出在路基边坡上施作热反射涂层缓解阴阳坡效应和不均匀沉降。Zhang等^［49］测试发现当多年冻土区阳坡吸收率从0.8降低到0.4时，可以消除阴阳坡现象，并提出在边坡喷涂非白色高反射颜料调控临界吸收率。Yang等^［50］研发一种以环氧树脂为基质、纳米CuO为关键功能材料的深色近红外涂层，使沥青路面反射率提高约7倍，既能够减缓冻土增温，又解决目眩问题。

3 热传导调控技术

3.1　路基结构

3.1.1　路堤高度

普通路基下部多年冻土上限变化取决于路基本体阻热与保冷效果的相对关系，其受到路基高度及所在区域年平均气温的控制。如冻土上限能够上升至基底，则路基无沉降；如基底存在季节活动层，则活动层压缩沉降，当沉降不超过允许值时，即对应路基的最佳高度。只有在年平均气温（地温）小于某一临界值时，路基存在合理高度范围，如图11所示，冻土上限将有所抬升，否则将出现下降。

随着地温升高，普通路基的上临界高度和下临界高度分别呈减小和增大规律。赵相卿等^［51］指出青藏高原腹地低温多年冻土区路基上临界高度约为7 m。马勤国等^［52］指出路基上临界高度等于下临界高度时的临界年平均气温为-3.43 ℃；当年平均气温分别为-3，-4，-5和-6 ℃时，对应的路堤下临界高度分别为5.88，3.83，3.12和2.60 m。高填方路基的潜在风险是施工期间压实度不足，在运营期容易出现路基工后压密下沉、侧向滑移及坡脚积水问题。

3.1.2　分离式路基

在修建宽幅路基时，分离式路基是弱化整体式路基聚热效应的有效方案。栗晓林等^［53］指出2幅分离式路基之间存在相互热干扰，使得路基两侧温度场呈现不对称性，且热干扰效应会随年平均地温降低和隔离带宽度增加而减小，两者是分离式路基修筑所需考虑的重要因素。Liu等^［54］发现分离式路基存在一个最佳间距，即隔离带宽度，针对26 m宽幅路基的案例分析表明隔离带宽度宜取为9 m。

3.2　隔热材料层

3.2.1　隔热层

隔热层应用理念是利用低导热工业材料，降低路基填筑高度，增强阻热保冷效果，减小多年冻土地基的上覆压力。青藏公路改造和铁路建设时铺设了聚苯乙烯泡沫板（EPS）、聚苯乙烯挤塑板（XPS）及聚氨酯泡沫板（PU）等不同类型保温板材。在共玉高速公路部分高温、高含冰量多年冻土路段也采用了保温板路基^［55］，如图12所示。已发布GB/T 35453—2017《冻土路基用硬质聚氨酯泡沫板（DLPU）》等标准，保证路基保温工艺规范化实施。

近年来热固性改性聚苯板、真空绝热板、气凝胶保温材料、相变材料、泡沫混凝土、泡沫轻质土等新型保温材料不断涌现与成熟^［56］，并开始应用于多年冻土保护，包括外敷式和埋入式等方案。例如，Mao等^［57］制备了一种具有吸热和防水功能的相变复合型土工布，提出了能够提高热惰性的相变储能路基，削弱气候环境对下部多年冻土的热侵蚀。Wu等^［58］提出将泡沫混凝土用作路基隔热层，兼具暖季隔热和冬季对流降温功能，分为现浇型和预制型2种类型。

3.2.2　植被

植被能够提高土体有机质含量和降低导热率，同时增加地面热阻和减少太阳辐射，是多年冻土保护的有效手段。周保等^［59］测试发现在植被覆盖率较高的青藏公路北麓河段路基两侧热影响范围约为15 m，而在植被覆盖率较低的斜水河段路基两侧热影响范围约为37 m。薛春晓等^［60］采用植生管和保墒养护工艺，在某铁路楚玛尔河、二道沟、沱沱河建设3个生态护坡试验段，监测表明生态防护段在地表以下10，20，30和40 cm处年均温度相比普通段分别降低2.13，3.24，3.34和4.51 ℃。

3.3　土体改良

导热系数与比热容分别是影响材料传热效率及温变幅度的关键因素，因此可以通过掺入低导热系数、高比热容的改良剂，降低路面、路基及地基导热性和温度波动幅度。从增大热阻角度，刘戈等^［61］针对路面沥青混凝土，采用漂珠代替矿粉，形成单向导热路面。从增大热容角度，Mahedi等^［62］在填料中掺入不同比例的石蜡基液体和微胶囊相变材料，并通过强度和变形测试验证了有效性。Du等^［63］提出了由热反射层、定向导热层和碎石路堤构成的组合式散热路基结构，如图13所示。

注浆是运营路基及地基土体改良和病害修复的主要手段。Wang等^［64］开发了一种面向多年冻土地基融沉修复的聚氨酯聚合物材料及注浆设备，在青藏公路上进行了为期10个月的现场试验，结果表明冻土上限提高1.65 m。Zhao等^［65］针对聚氨酯高聚物反应过程中放热侵蚀多年冻土的风险，提出一种低放热的高聚物注浆材料，是大量既有交通路基沉降修复与应急处置的潜在方案。

4 防排水措施

在青藏高原暖湿化气候条件下，降雨增加对多年冻土的水热变化影响也非常显著^［66］。雨水渗入路基和地基的浸水软化、携热及传导、冻融变形裂缝等过程的叠加作用会加剧冻土退化。多年冻土区路基主要采用挡水捻、拦水坝、浆砌片石排水沟、混凝土预制排水沟等措施。当遇到地表径流量大、地形排水条件差、排水措施设计方案不合理或运营期变形破损等不利场景时，路基两侧容易出现积水或漫流现象，因此路基防排水功能非常重要。

针对排水沟破坏问题，王志伟等^［67］提出了土工材料防渗侧沟、草皮侧沟等适应变形能力强的柔性排水结构。为提高路基顶面与两侧地表的界面防渗性能，Zhang等^［68］研发了一种疏水厌冰涂层，可以有效减小固液接触面和减缓热传递效率，改善材料外表面的抗渗与抗凝冰性能。针对路基填料和地基土体本身亲水性，Zhang等^［69］研发了一种憎水纳米ZnO掺加剂，可以有效阻碍水分入渗扩散。

5 制冷技术

在交通线路运营中，当过渡段、岔区、曲线路段等关键部位的多年冻土热融沉降持续增大时，会严重影响线路平顺性与行车安全，就需要对多年冻土地基进行快速降温、补强与应急处置。热棒与块石气冷结构是目前的主要补强手段，由于降温效率受到环境制约，面向高温、高含冰量冻土路段时，有时难以满足处置时间要求。制冷是使冷却对象获得并保持低于周围环境温度的技术，包括压缩式、吸收式、吸附式、半导体等多种类型。制冷的基本原理为通过外部能量驱动逆向传热，使热量由低温介质传递至高温介质。相比前述无源驱动的多年冻土保护措施，制冷措施的优势是能够摆脱环境制约，全天候输出负温，输冷功率稳定且可以自主调节。通过制冷技术，可以在暖季将多年冻土吸热量逆向地传递回大气环境，更具实时性和有效性，适用于冻土热融病害严重的关键处所。

多年冻土制冷的一种方案为制冷设备和普通热棒组合。苗学云等^［70］在热棒的冷凝段外壁上安装半导体制冷片，如图14所示，使热棒形成冷季以自然风冷为主、暖季以制冷为主的全季运行模式，并在风火山地区进行实体试验，结果表明暖季的蒸发段温度由2 ℃降低至-1.0 ℃。Liu等^［71］在北麓河地区也进行了半导体制冷复合型热棒的实体试验，测试表明蒸发段最低温度相比普通热棒降低0.5 ℃。赵永虎等^［72］提出了机械式制冷复合型热棒，由太阳能和风能驱动，如图15所示，测试表明年均输出温度相比普通热棒降低0.74 ℃。

多年冻土制冷的另一种方案为直接采用独立制冷系统。米维军等^［73-74］提出一种基于吸附式制冷原理的专用设备，如图16所示，以氯化锶和氨为制冷工质对，利用太阳光热驱动昼夜间歇式制冷，应用表明试验段地基相比普通地基的降温幅度为2.23~3.9 ℃。刘建坤等^［75］和Hu等^［76］也提出了相同原理的太阳能制冷管，以活性炭和甲醇为制冷工质对，平均制冷温度为-1.5 ℃。刘建坤等^［77］、胡田飞等^［78］和孙兆辉等^［79］提出了基于压缩式热力循环原理的制冷设备及其分布式布置方案，如图17所示，包括地表机组和地下制冷段2部分。Hu等^［80］和Sun等^［81］通过实体试验验证了主动制冷性能，输出温度可低至-20 ℃。刘晓贺等^［82］利用压缩式制冷装置在有源驱动条件下埋地制冷段结构形式与布设角度不受限制的优势，指出制冷段在路基底部横向水平通铺方案的冻土保护效果优于常规在路基两侧的竖直布置方案。此外，Sun等^［83］还将制冷功能部件与桩基相结合，形成制冷型复合桩基，是旱桥结构的潜在替代方案。

制冷需要外部能源驱动，青藏高原的太阳能与风能资源丰富，可由太阳能光热驱动吸附式制冷、风光互补发电驱动压缩式制冷。太阳能制冷技术面向多年冻土保护具有季节与资源匹配性等方面优势^［84］，但需要考虑设备制冷容量与多年冻土需冷量的相对关系，存在半导体制冷容量低、吸附式制冷间歇性且温度受限、压缩式制冷能耗高等问题。多年冻土制冷保护技术的经济性、长期耐久性和节能性问题还有待进一步研究。

实际应用中，当单一措施存在局限时，还可通过结构调整、措施组合方式进行优化。Yu等^［85］提出空心混凝土砖和通风管的组合冷却措施。Hou等^［86］介绍了热管、块碎石护坡、保温层复合路基的应用。汪双杰等^［6］在共玉高速公路建设中采用了热棒与桩基复合的桩棒一体结构、热棒与保温材料复合的导冷阻热结构等组合措施。上述应用均表现出相比单一措施更优的保护效果，是既有工程补强和高温、高含冰量等高风险路段的优选方案。

6 多年冻土保护技术发展要点

为提升青藏高原交通运能，我国正在进一步提升高原铁路、公路通车里程和通行能力。因此，从既有线提质改造和新建高等级线路角度，还需要不断探索完善针对多年冻土的全生命周期管理理念、理论方法及技术手段。

6.1 设计

保护多年冻土是主导思想，近年深化提出了各类既有措施的强化方法，包括兼顾对流效应和反射效应的碎/块石结构、兼顾管径及埋置高度的通风管、强制弥散式通风管、兼顾顶面反射率和底面发射率的遮阳板结构、兼顾填筑高度和隔离带间距的分离式路基等。提出了多种措施的组合方案，包括块石与通风管组合方案、热棒与保温层导冷阻热组合方案等。其次，探索发展了多种新措施，包括纵向装配式通风管、多孔对流型土工布、通风板、泡沫混凝土保温层、兼具相变蓄热与防水功能的复合土工布、路基边坡高反射率涂层、热惰性与憎水性改良填料、低放热聚合物注浆材料、疏水厌冰涂层、主动制冷设备等。在此基础上，应继续丰富针对多年冻土温度与水分要素的控制措施种类及调控水平，提升水热状态评估和预测精度，构建分类分级的保护措施匹配方案和传热量化方法，发展多年冻土保护的精细化设计方法。

目前铁路与高速公路建设运营注重上限高度的保持与抬升，人为上限目标值高于天然上限，但如果冻土升温仍将引起蠕变和沉降。地基-构筑物-气候新场景下多年冻土上限的改变是必然的，强制保持地基-气候原始场景上限高度的难度较大，有时得不偿失。因此，在东北岛状多年冻土区修建公路、机场时，会采用预融手段控制工后沉降。近年青海、西藏在修建省道等地方公路时，会先修建砂石路面开通运营，待数年之后上限高度下降至新的稳定水平时，再进行沥青路面提质改造，以此提高线路水平和服役年限，这种类似冻土预融的做法有待深入研究。此外，目前多年冻土地基主要着眼于降温保护思路的原位改良方案，在高速公路建设中有必要探索桩网结构、桩板结构等着眼于增强思路的复合地基方案。

6.2 建设施工

一方面，既有措施在应用过程中存在块石风化及风沙堵塞、热棒失效、保温板劣化、排水沟破裂等耐久性问题，应探索建设施工质量改善方法，完善材料选型、材质强化、耐久性提升工艺。引进各类措施的新材料、新工艺，例如热特性改良填料^［87］、结构改良型脉动热棒^［88］和工质改良型纳米流体热棒^［89］，提升L型异形热棒的传热效率和场景适应能力。另一方面，进行新型措施的试验应用，包括对流型土工布、反射涂层、疏水厌冰涂层、制冷设备等，探索其规模化生产工艺及与路基填筑过程的协调施作工艺等。

6.3 运营

应重点发展针对劣化或失效措施的维护方法，包括块石堵塞物清理、热棒状态检查、排水沟修复等。针对冻土退化病害严重的工况，目前主要采用增设保温护道、块石护坡、热棒等补强措施，并发展了基于演化分析的补强评价方法^［90］。应结合对流型土工布、反射涂层、制冷设备等新型措施，提出更有效的补强方法及实施方案。目前对于多年冻土热融及相应线路病害的控制，仍以人防、物防为主，有必要研发针对过渡段、岔区、弯道等关键部位的主动防控技术，构建人防、物防、技防“三位一体”的多年冻土保护技术方案。电气化是实现智能化运维的必要途径^［91］，因此应加快发展推广基于强制通风与制冷等电气化设备的智能方案。

路基下部多年冻土退化包括线侧热融湖塘、热融滑塌和基底融化盘、融化槽等多种形式，加上线路阴阳坡效应的影响，呈现显著的纵向不均匀和横向不对称特征。相比普通地基沉降，多年冻土地基对上部路面及轨道结构的影响更为复杂。因此，应深化研究多年冻土退化引起的融沉变形特征及表征方式，明确地基沉降与路基、轨道结构之间的传递路径^［92］。高等级交通线路对平顺性要求严格，应根据多年冻土融沉和不同类型路面结构、轨道结构的伤损及不平顺之间的映射关系，提出不同工况对应的多年冻土地基沉降限值，为多年冻土区高速铁路与高速公路建设及运营提供技术储备。

6.4 应急

多年冻土退化会引起路基裂缝、波浪型沉降等渐进性病害，以及坍塌、陷坑等突发性病害。针对多年冻土退化快速恢复和突发病害抢险等应急场景，已提出了低放热性聚合物注浆和液氮超低温制冷等技术手段^［93］。铁路沿线多年冻土融沉病害严重部位的快速降温与补强处置需要纳入营业线施工范围，受施工空间和天窗时间限制，应继续发展具有良好机动能力、作业效能、环境与地形适应能力的专业化多年冻土保护装备。根据多年冻土区交通线路突发病害演变规律及设施损毁类型，逐步研究提出更加完善的多年冻土保护方案以及更全面的措施种类和设备类型。

7 结论

（1）总体上，我国已形成系统的多年冻土保护技术体系，针对对流、辐射和传导等传热过程，有相应的调控措施及实施工艺，在设计建设阶段实现对多年冻土热稳定性状态的研判和有效保护。但目前尚未实现对多年冻土退化的绝对控制，在部分高温、高含冰量路段存在地温升高、上限下降及沉降过大等问题，需要采取补强措施。

（2）对于既有措施，块石结构、通风管、热棒等主动冷却措施和设置路基临界高度、保温板材及护道等保温隔热措施是多年冻土保护的主要方案，应用中存在冷却能力与冻土退化速率不匹配、性能劣化和失效问题。目前已提出了碎/块石粒径优化、强制弥散式通风管、L型热棒等冷却强化方法，分离式路基、单向导热路面、高热阻填料等阻热保冷优化方法。还需继续引入脉动热棒及纳米流体热棒等新技术，完善块石结构清理、热棒检查和修复等维护手段。

（3）为提高多年冻土保护水平，新型多年冻土保护措施也在不断发展，包括多孔对流型土工布、反射涂层、疏水厌冰涂层、相变蓄热型土工布等新技术，纵向装配式通风管、多孔混凝土通风板、高反射率路面、泡沫混凝土隔热层、低放热性聚合物注浆、柔性排水沟等新结构及方法，并正在开展探索应用。

（4）从热融病害严重部位与过渡段、岔区等关键部位的多年冻土快速降温与补强处置角度，提出了更具主动性和时效性的制冷措施，包括半导体制冷复合型全季热棒、吸附式制冷装置和压缩式制冷装置等新装备。制冷属于有源驱动的主动降温手段，能够摆脱环境制约，全年连续地输出负温，并动态调整制冷量，是一种高效技防手段。

（5）从既有线提质改造和新建高等级线路角度，应继续完善针对多年冻土的全生命周期管理理念、理论方法和技术手段。一方面丰富针对多年冻土温度和水分要素的控制措施种类和调控水平；另一方面根据多年冻土融沉和不同类型路面结构、轨道结构的伤损及不平顺之间的映射关系，提出多年冻土地基沉降限值，构建分类分级的保护措施匹配方案及精细化设计方法。并积极推广应用新措施，构建季节匹配性好、调控效率高的人防、物防、技防“三位一体”综合方案，继续完善多年冻土热融病害防控方案，研究提出更加全面的措施种类及设备类型。

参考文献

[1] 汪双杰，金龙，穆柯，等.高原冻土区公路路基病害及工程对策［J］.中国工程科学，2017，19（6）：140-146.

[2] WANG Shuangjie， JIN Long， MU Ke， et al. Distresses and Countermeasures of Highway Subgrade in Plateau Permafrost Regions ［J］. Chinese Engineering Science， 2017， 19 （6）： 140-146. in Chinese

[3] 程国栋，孙志忠，牛富俊.“冷却路基”方法在青藏铁路上的应用［J］.冰川冻土，2006，28（6）：797-808.

[4] CHENG Guodong， SUN Zhizhong， NIU Fujun. Application of Roadbed Cooling Methods in the Qinghai-Tibet Railway Construction ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2006， 28 （6）： 797-808. in Chinese

[5] 石刚强，李永强.多年冻土区铁路运营初期路基工程状态研究［J］.铁道工程学报，2012，29（5）：14-18.

[6] SHI Gangqiang， LI Yongqiang. Research on the State of Subgrade Engineering in Permafrost Region Railway during the Early Operation ［J］. Journal of Railway Engineering， 2012， 29 （5）： 14-18. in Chinese

[7] 马巍，穆彦虎，李国玉，等.多年冻土区铁路路基热状况对工程扰动及气候变化的响应［J］.中国科学（地球科学），2013，43（3）：478-489.

[8] MA Wei， MU Yanhu， LI Guoyu， et al. Response of Thermal State of Railway Subgrade in Permafrost Region to Engineering Disturbance and Climate Change ［J］. Scientia Sinica （Terrae）， 2013， 43 （3）： 478-489. in Chinese

[9] 汪双杰，陈建兵，金龙，等.冻土路基尺度效应理论研究进展与展望［J］.工业建筑，2023，53（9）：45-53.

[10] WANG Shuangjie， CHEN Jianbing， JIN Long， et al. Research Advances and Prospect of Scale Effect Theory of Permafrost Roadbed ［J］. Industrial Construction， 2023， 53 （9）： 45-53. in Chinese

[11] 汪双杰，杜彦良，陈建兵.保障青藏高速的工程健康［J］.中国公路，2021（5）：34-41.

[12] WANG Shuangjie， DU Yanliang， CHEN Jianbing. Ensure the Health of the Qinghai-Tibet Expressway Project ［J］. China Highway， 2021 （5）： 34-41. in Chinese

[13] SUN Z Z， MA W， LI G Y， et al. Degrading Permafrost beneath Road Embankments of the Qinghai-Tibet Highway from 1995 to 2020 ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2024， 219： 104133.

[14] 陈卫雄，郭继林，李林，等.多年冻土区铁路路基沉降现场监测研究［J］.路基工程，2022（5）：54-58.

[15] CHEN Weixiong， GUO Jilin， LI Lin， et al. Research on Site Monitoring of Railway Subgrade Settlement in Permafrost Regions ［J］. Subgrade Engineering， 2022 （5）： 54-58. in Chinese

[16] 闫宏业，蔡德钩，答治华，等.气候变化影响下多年冻土区铁路路基热稳定性分析［J］.中国铁道科学，2024，45（5）：1-12.

[17] YAN Hongye， CAI Degou， Zhihua DA， et al. Analysis of Thermal Stability of Railway Subgrade in Permafrost Regions Affected by Climate Change ［J］. China Railway Science， 2024， 45 （5）： 1-12. in Chinese

[18] 吴青柏，张中琼，刘戈.青藏高原气候转暖与冻土工程的关系［J］.工程地质学报，2021，29（2）：342-352.

[19] WU Qingbai， ZHANG Zhongqiong， LIU Ge. Relationships between Climate Warming and Engineering Stability of Permafrost on Qinghai-Tibet Plateau ［J］. Journal of Engineering Geology， 2021， 29 （2）： 342-352. in Chinese

[20] 郭惠芹，王李阳，王蕴嘉，等.青藏铁路多年冻土路基现状及分析［J］.铁道建筑，2023，63（1）：116-121.

[21] GUO Huiqin， WANG Liyang， WANG Yunjia， et al. Present State and Analysis of Subgrade in Permafrost Region of Qinghai-Tibet Railway ［J］. Railway Engineering， 2023， 63 （1）： 116-121. in Chinese

[22] 徐学祖，孙斌祥，刘琦，等.碎石铺设位置及粒径对路基降温效果影响的室内试验［J］.岩土工程学报，2005，27（3）：254-257.

[23] XU Xuezu， SUN Binxiang， LIU Qi， et al. Laboratory Experiment on the Influence of Paving Location and Diameter on the Cooling Effect of Ballast Embankment ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2005， 27 （3）： 254-257. in Chinese

[24] 赖远明，张明义，喻文兵，等.封闭块碎石层最佳降温粒径的室内试验研究［J］.冰川冻土，2006，28（5）：755-759.

[25] LAI Yuanming， ZHANG Mingyi， YU Wenbing， et al. Laboratory Study of Particle Size for Optimal Cooling Effect of Closed Crushed-Rock Layers ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2006， 28 （5）： 755-759. in Chinese

[26] 吴青柏，董献付，蒋观利.开放和封闭条件下块石结构路基下部土体降温效果差异［J］.岩石力学与工程学报，2006，25（12）：2565-2571.

[27] WU Qingbai， DONG Xianfu， JIANG Guanli. Cooling Effect Differences of Soil beneath Open and Closed Block-Stone Embankments ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2006， 25 （12）： 2565-2571. in Chinese

[28] 牛富俊，刘明浩，程国栋，等.多年冻土区青藏铁路路基的长期热状况［J］.中国科学：地球科学，2015，45（8）：1220-1228.

[29] NIU Fujun， LIU Minghao， CHENG Guodong， et al. Long-Term Thermal Regimes of the Qinghai-Tibet Railway Embankments in Plateau Permafrost Regions ［J］. Scientia Sinica （Terrae）， 2015， 45 （8）： 1220-1228. in Chinese

[30] 范星文，林战举，罗京，等.高海拔多年冻土区路基工程行为对低温多年冻土长期影响的监测研究［J］.冰川冻土，2021，43（5）：1323-1333.

[31] FAN Xingwen， LIN Zhanju， LUO Jing， et al. Long-Term Effects of Embankment Engineering Behaviors on Cold Permafrost in High-Altitude Permafrost Regions ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2021， 43 （5）： 1323-1333. in Chinese

[32] 徐岳震，申明德，周志伟，等.青藏铁路高温多年冻土区典型路基的长期热稳定性研究［J］.冰川冻土，2022，44（6）：1784-1795.

[33] XU Yuezhen， SHEN Mingde， ZHOU Zhiwei， et al. Long-Term Thermal Stability Study of the Typical Embankment along the Qinghai-Tibet Railway in Warm Permafrost Regions ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2022， 44 （6）： 1784-1795. in Chinese

[34] 王佳，赵静宜，陈领，等.高温冻土区块石护坡路基长期热状况观测与预测研究［J］.中国铁道科学，2023，44（6）：34-45.

[35] WANG Jia， ZHAO Jingyi， CHEN Ling， et al. Field Observation and Prediction of Long-Term Thermal Regime of Crushed Rock Revetment Embankment Built on Warm Permafrost ［J］. China Railway Science， 2023， 44 （6）： 34-45. in Chinese

[36] 赵相卿，程佳，韩龙武，等.青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析［J］.铁道标准设计，2019，63（11）：8-13.

[37] ZHAO Xiangqing， CHENG Jia， HAN Longwu， et al. Monitoring and Analysis of Cooling Effect of Sand Hazard Riprap Slope Protection in Permafrost Regions along Qinghai-Tibet Railway ［J］. Railway Standard Design， 2019， 63 （11）： 8-13. in Chinese

[38] 张勤帅，王青志，房建宏.冻融循环条件下高原寒区高速公路路堤块石的物理性质研究［J］.青海大学学报，2022，40（5）：62-67.

[39] ZHANG Qinshuai， WANG Qingzhi， FANG Jianhong. Study on the Physical Properties of Highway Embankment Stones in Cold Plateau Area under Freeze-Thaw Cycle ［J］. Journal of Qinghai University， 2022， 40 （5）： 62-67. in Chinese

[40] LIU M H， NIU F J， LIN Z J， et al. Field Investigation on Thermal Characteristics of a Slope-Cooling Structure for Permafrost Embankment in the Qinghai-Tibet Plateau ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2020， 179： 103150.

[41] 钱进，俞祁浩，蒋自强，等.大孔隙空心块石层对流及降温过程试验［J］.中国公路学报，2011，24（3）：8-15.

[42] QIAN Jin， YU Qihao， JIANG Ziqiang， et al. Experiment on Convective and Cooling Process of Macrovoid Hollow Concrete Brick Layer ［J］. China Journal of Highway and Transport， 2011， 24 （3）： 8-15. in Chinese

[43] MA M， CHEN H J， MA Y. Numerical Evaluation of Thermal Stability of a W-Shaped Crushed-Rock Embankment with Shady and Sunny Slopes in Warm Permafrost Regions ［J］. International Communications in Heat and Mass Transfer， 2023 （144）： 106754.

[44] 宋正民，穆彦虎，马巍，等.高海拔冻土区通风管路基管内风速及影响因素研究［J］.冰川冻土，2021，43（4）：1111-1120.

[45] SONG Zhengmin， MU Yanhu， MA Wei， et al. Characteristics and Influence Factors of Wind Speed in Ventilation Duct of Ventilation Duct Embankment in High Altitude Permafrost Regions ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2021， 43 （4）： 1111-1120. in Chinese

[46] 李越，孙红，葛修润，等.路基宽度对多年冻土区透壁式通风管-块石复合路基降温效应的影响［J］.公路交通科技，2019，36（4）：28-35.

[47] LI Yue， SUN Hong， GE Xiurun， et al. Cooling Effect of Perforated Ventilation Duct-Crashed Rock Composite Roadbed in Permafrost Region Influenced by Roadbed Width ［J］. Journal of Highway and Transportation Research and Development， 2019， 36 （4）： 28-35. in Chinese

[48] YU W B， YI X， HAN F L， et al. Study on the Geometric Parameters of Elbow Ventiduct Embankment in Permafrost Regions along the Qinghai-Tibet Engineering Corridor ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2021， 182： 103209.

[49] ZHANG Z Y， YU Q H， WANG J F， et al. Bidirectional Convection Mechanism and Cooling Performance of Road Embankment with a New Duct-Ventilated Slope in Permafrost Regions ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2021， 191： 103360.

[50] 郭宏新，原思成，张鲁新.青藏铁路低温热管应用的能量基础条件［J］.东南大学学报（自然科学版），2009，39（5）：967-972.

[51] GUO Hongxin， YUAN Sicheng， ZHANG Luxin. Fundamental Energy Conditions of the Application of Low-Temperature Heat Pipe in Qinghai-Tibet Railway ［J］. Journal of Southeast University （Natural Science Edition）， 2009， 39 （5）： 967-972. in Chinese

[52] 李永强.青藏铁路多年冻土区热棒直径对降温效果和产冷量的影响分析［J］.岩土工程学报，2011，33（增1）：503-508.

[53] LI Yongqiang. Influences of Diameter of Thermal Probes on Effect of Decreasing Earth Temperature and Producing Cold Quantity along Qinghai-Tibet Railway in Permafrost Area ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2011， 33 （）： 503-508. in Chinese

[54] 金龙，汪双杰，穆柯，等.青藏公路热棒路基降温效能［J］.交通运输工程学报，2016，16（4）：45-58.

[55] JIN Long， WANG Shuangjie， MU Ke， et al. Cooling Effect of Thermosyhpon Subgrade for Qinghai-Tibet Highway ［J］. Journal of Traffic and Transportation Engineering， 2016， 16 （4）： 45-58. in Chinese

[56] 程国勇，马少敏，杨依恒.多年冻土区机场跑道L型热管+保温板温控技术［J］.中国民航大学学报，2022，40（3）：23-29.

[57] CHENG Guoyong， MA Shaomin， YANG Yiheng. Temperature Control Technology of L-Shaped Heat Pipe + Insulation Board for Airport Runway in Permafrost Area ［J］. Journal of Civil Aviation University of China， 2022， 40 （3）： 23-29. in Chinese

[58] JIN M Y， SHANG K， YU Q H， et al. Study on Working Performance and Cooling Effect of a Novel Horizontal Thermosyphon Applied to Expressway Embankment in Permafrost Regions ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2024 （221）： 104147.

[59] PEI W S， DU S， ZHANG M Y， et al. Effect of Evaporator Curvature on the Local Non-Equilibrium Heat Regulation in Two-Phase Closed Thermosyphon Embankment in Permafrost Regions ［J］. Energy， 2024， 301： 131587.

[60] 蔡汉成，孟进宝，赵相卿，等.基于热量收支平衡原理的多年冻土区热棒路基设计计算方法［J］.岩土力学，2020，41（11）：3769-3776.

[61] CAI Hancheng， MENG Jinbao， ZHAO Xiangqing， et al. Design Method of the Thermosyphon Embankment in Permafrost Region Based on Principle of Heat Balance ［J］. Rock and Soil Mechanics， 2020， 41 （11）： 3769-3776. in Chinese

[62] DORÉ G， NIU F J， BROOKS H. Adaptation Methods for Transportation Infrastructure Built on Degrading Permafrost ［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2016， 27 （4）： 352-364.

[63] KONG X B， DORÉ G， CALMELS F， et al. Investigation on the Heat Extraction Capacity of the Heat Drain for Thermal Stabilization of Embankments on Thaw Sensitive Permafrost ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2020， 177： 103075.

[64] QIN Y H， WANG T Y， YUAN W X. Wind-Driven Device for Cooling Permafrost ［J］. Nature Communications， 2023， 14 （1）： 7558.

[65] CHOU Y L， SHENG Y， ZHU Y P. Study on the Relationship between the Shallow Ground Temperature of Embankment and Solar Radiation in Permafrost Regions on Qinghai-Tibet Plateau ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2012， 78： 122-130.

[66] 夏利江，周国庆，刘宇翼，等.基于遮阳理论冻土区路基及周边冻土表面辐射分析［J］.岩石力学与工程学报，2015，34（1）：207-216.

[67] XIA Lijiang， ZHOU Guoqing， LIU Yuyi， et al. Analysis of Solar Radiation on Embankment and Surround Permafrost Surfaces in Permafrost Region Based on Shading Theory ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2015， 34 （1）： 207-216. in Chinese

[68] TIAN R Z， LI X K， ZHANG Y， et al. Mitigation of Shady-Sunny Slopes Effect on Subgrade by Photovoltaic Sheltered Boards in Permafrost Regions ［J］. Applied Thermal Engineering， 2024， 248： 123087.

[69] 牛富俊，徐志英，葛建军，等.青藏铁路遮阳棚路基试验工程效果实测研究［J］.冰川冻土，2010，32（2）：325-334.

[70] NIU Fujun， XU Zhiying， GE Jianjun， et al. Engineering Effects of the Sunshine-Shield Roadbed of the Qinghai-Tibet Railway in Permafrost Regions ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2010， 32 （2）： 325-334. in Chinese

[71] 冯文杰，孙志忠，李国玉，等.青藏高原路堤边坡遮阳措施辐射影响分析［J］.冰川冻土，2011，33（4）：778-783.

[72] FENG Wenjie， SUN Zhizhong， LI Guoyu， et al. Radiation Effect of Shading Board on Embankment Side Slope on Tibetan Plateau ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2011， 33 （4）： 778-783. in Chinese

[73] GAGNON S， FORTIER D， SLIGER M， et al. Air-Convection-Reflective Sheds： a Mitigation Technique that Stopped Degradation and Promoted Permafrost Recovery under the Alaska Highway， South-Western Yukon， Canada ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2022， 197： 103524.

[74] LI F H， QIN Y H， WU B， et al. Experimental Study on the Cooling Performance of Shading Boards with Different Emissivities at the Underside ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2020 （169）： 102902.

[75] 谭康豪，覃英宏，梁槚，等.冻土路基块（碎）石层反射率测量及应用［J］.岩石力学与工程学报，2017，36（1）：254-260.

[76] TAN Kanghao， QIN Yinghong， LIANG Jia， et al. Theory and Application of Measuring the Albedo of Crushed-Rock Layer Embankment in Permafrost Regions ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2017， 36 （1）： 254-260. in Chinese

[77] 张若兰，赵容晨，邹远航，等.彩色沥青路面材料应用研究进展［J］.热固性树脂，2024，39（1）：50-56.

[78] ZHANG Ruolan， ZHAO Rongchen， ZOU Yuanhang， et al. Research Progress on the Application of Colored Asphalt Pavement Materials ［J］. Thermosetting Resin， 2024， 39 （1）： 50-56. in Chinese

[79] QIN Y H， TAN K H， LIANG J. Theory and Procedure for Measuring the Albedo of a Roadway Embankment ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2016， 126： 30-35.

[80] WANG J W， XU X T， ZHANG M Y， et al. Regulating the Albedo and Radiation Absorption of Engineering Surfaces for Cooling the Embankments in High-Altitude Permafrost Regions ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2022， 196： 123265.

[81] ZHANG X G， YAN L， QIN Y H. Regulating Solar Absorptance for Remedying Thermal Asymmetry of a Roadway Embankment ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2018 （121）： 64-71.

[82] YANG W， ZHANG M Y， PEI W S， et al. Experimental Study on the Thermal Performance of Non-White Near-Infrared Solar Reflective Coatings in a Permafrost Region ［J］. Renewable Energy， 2024， 235： 121339.

[83] 赵相卿，程佳，韩龙武，等.青藏铁路多年冻土区超过上临界高度路堤的分布及特征［J］.中国铁道科学，2019，40（3）：1-9.

[84] ZHAO Xiangqing， CHENG Jia， HAN Longwu， et al. Distribution and Characteristics of Embankment over Upper Critical Height in Permafrost Region of Qinghai-Tibet Railway ［J］. China Railway Science， 2019， 40 （3）： 1-9. in Chinese

[85] 马勤国，赖远明，吴道勇，等.多年冻土区铁路路堤临界高度研究［J］.中国铁道科学，2015，36（6）：8-15.

[86] MA Qinguo， LAI Yuanming， WU Daoyong， et al. Analysis of Critical Height of Railway Embankment in Permafrost Region ［J］. China Railway Science， 2015， 36 （6）： 8-15. in Chinese

[87] 栗晓林，马巍，穆彦虎，等.边界条件对多年冻土区高速公路整体式和分离式路基热稳定性的影响［J］.中南大学学报（自然科学版），2020，51（2）：420-432.

[88] LI Xiaolin， MA Wei， MU Yanhu， et al. Influence of Boundary Conditions on the Thermal Stability of Expressway Constructed with an Integral and Two Separated Embankments in Permafrost Zones ［J］. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2020， 51 （2）： 420-432. in Chinese

[89] LIU Z Y， CUI F Q， CHEN J B， et al. Study on the Permafrost Heat Transfer Mechanism and Reasonable Interval of Separate Embankment for the Qinghai-Tibet Expressway ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2020， 170： 102952.

[90] 冯子亮，盛煜，陈继，等 ．青海省共和—玉树高速公路沿线典型冻土路基保护多年冻土效果的初步分析［J］．岩石力学与工程学报，2016，35（3）：638-648.

[91] FENG Ziliang， SHENG Yu， CHEN Ji， et al. A Preliminary Analysis of Protective Effect on Permafrost of Typical Embankment along Gonghe-Yushu Highway ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2016， 35 （3）： 638-648. in Chinese

[92] 胡田飞，袁一飞，岳祖润，等.季节性冻土区铁路路基保温材料应用现状及展望［J］.水利与建筑工程学报，2023，21（2）：169-177.

[93] HU Tianfei， YUAN Yifei， YUE Zurun， et al. Status and Prospect of Thermal Insulation Materials Applied in Railway Subgrade in Seasonally Frozen Soil Regions ［J］. Journal of Water Resources and Architectural Engineering， 2023， 21 （2）： 169-177. in Chinese

[94] MAO W J， MA B， XU J Y. Thermal Characteristics and Optimization of Phase Change Energy Storage Subgrade in Permafrost Regions ［J］. Journal of Energy Storage， 2023， 68： 107723.

[95] WU H L， ZHANG X， LIU J. Thermal Performance Analysis of Hollow Cellular Concrete Block Air Convection Embankment for Cold Regions ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2023， 206： 103733.

[96] 周保，魏刚，张永艳，等.不同地表条件下青藏公路对多年冻土的热影响差异研究［J］.冰川冻土，2022，44（2）：470-484.

[97] ZHOU Bao， WEI Gang， ZHANG Yongyan， et al. Study on the Diversities of Thermal Impacts of Qinghai-Tibet Highway on Permafrost under Different Surface Conditions ［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2022， 44 （2）： 470-484. in Chinese

[98] 薛春晓，刘辉，李勇.冻土路基热稳定性试验研究［J］.黑龙江大学工程学报，2014，5（3）：168-173.

[99] XUE Chunxiao， LIU Hui， LI Yong. Experimental to Enhance Thermal Stability of Permafrost Roadbed ［J］. Journal of Engineering of Heilongjiang University， 2014， 5 （3）： 168-173. in Chinese

[100] 刘戈，汪双杰，汪晶，等.多年冻土区高速公路路基新结构工程示范研究［J］.灾害学，2019，34（增1）：8-13.

[101] LIU Ge， WANG Shuangjie， WANG Jing， et al.Demonstration Study on New Structure Engineering of Expressway Subgrade in Permafrost Region ［J］. Journal of Catastrophology， 2019， 34 （）： 8-13. in Chinese

[102] MAHEDI M， CETIN B， CETIN K S. Freeze-Thaw Performance of Phase Change Material （PCM） Incorporated Pavement Subgrade Soil ［J］. Construction and Building Materials， 2019， 202： 449-464.

[103] DU Y F， WANG S Y， WANG S J， et al. Integrative Heat-Dissipating Structure for Cooling Permafrost Embankment ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2016， 129： 85-95.

[104] WANG H， GUO C C， WANG S J， et al. Insights into the Thermal Insulation Capability of a New Polyurethane Polymer Subgrade Material： an In-Situ Field Test on the Qinghai-Tibet Highway ［J］. Transportation Geotechnics， 2024， 46： 101240.

[105] ZHAO L G， WANG C J， GUO C C， et al. Properties of Low-Exothermic Polymer Grouting Materials and Its Application on Highway ［J］. Construction and Building Materials， 2023， 408： 133771.

[106] 张明礼，雷兵兵，周凤玺，等.青藏高原降雨增加和气温升高对多年冻土水热动态贡献研究［J］.岩土力学，2024，45（7）：2140-2152.

[107] ZHANG Mingli， LEI Bingbing， ZHOU Fengxi， et al. Contributions of Increased Rainfall and Rising Air Temperature on Hydrothermal Dynamics in the Permafrost of the Qinghai-Xizang Plateau ［J］. Rock and Soil Mechanics， 2024， 45 （7）： 2140-2152. in Chinese

[108] 王志伟，王进昌，王兴.青藏铁路多年冻土区路基排水设施病害及治理措施［J］.2018，34（12）：107-110.

[109] WANG Zhiwei， WANG Jinchang， WANG Xing. Damages and Treatment Measures of Subgrade Drainage Facilities in Permafrost Regions of Qinghai Tibet Railway ［J］. Gansu Science and Technology， 2018， 34 （12）： 107-110. in Chinese

[110] ZHANG F F， PEI W S， LI D K， et al. A Self-Adaption Robust Superhydrophobic Cement Mortar for Resistance of Cold Environment ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2024， 228： 104323.

[111] ZHANG M Y， YOU Z L， PEI W S， et al. Mitigating Embankment Frost Heave with Nano-ZnO in the Arctic ［J］. Journal of Cleaner Production， 2023， 393： 136073.

[112] 苗学云，米维军，赵永虎.应用半导体制冷技术维护多年冻土区地基热稳定性试验研究［J］.铁道建筑，2018，58（6）：107-111.

[113] MIAO Xueyun， MI Weijun， ZHAO Yonghu. Experimental Study on Thermal Stability Maintenance of Foundation in Permafrost Region by Using Semiconductor Refrigeration Technology ［J］. Railway Engineering， 2018， 58 （6）： 107-111. in Chinese

[114] LIU Y H， CHEN J， WANG C L， et al. Experimental Research on the Cooling Effect of a Novel Two-Phase Closed Thermosyphon with Semiconductor Refrigeration in Permafrost Regions ［J］. Case Studies in Thermal Engineering， 2024， 54： 103935.

[115] 赵永虎，崔雍，米维军，等.机械式制冷热管对多年冻土的制冷效果研究［J］.铁道标准设计，2019，63（1）：34-39.

[116] ZHAO Yonghu， CUI Yong， MI Weijun， et al. Research on Cooling Effect of Mechanical Cooling Thermosyphon in Permafrost ［J］. Railway Standard Design， 2019， 63 （1）： 34-39. in Chinese

[117] 米维军，赵永虎，杨晓明，等.太阳能制冷与热管制冷的多年冻土地基热稳定维护效果对比［J］.中国铁道科学，2017，38（6）：1-8.

[118] MI Weijun， ZHAO Yonghu， YANG Xiaoming， et al. Comparison between Effects of Solar Refrigeration and Heat Pipe Refrigeration on Thermal Stability Maintenance Permafrost Foundation ［J］. China Railway Science， 2017， 38 （6）： 1-8. in Chinese

[119] 米维军，贾燕，赵永虎，等.太阳能制冷在多年冻土热稳定维护中的传热效果研究［J］.铁道学报，2018，40（5）：116-122.

[120] MI Weijun， JIA Yan， ZHAO Yonghu， et al. Study on Effect of Heat Transfer about Maintenance of Thermal Stability with Solar Cooling in Permafrost ［J］. Journal of the China Railway Society， 2018， 40 （5）： 116-122. in Chinese

[121] 刘建坤，胡田飞，郝中华.多年冻土区路基用太阳能吸附式制冷管的试验研究［J］.铁道学报，2021，43（8）：139-146.

[122] LIU Jiankun， HU Tianfei， HAO Zhonghua. Experimental Study on Solar Absorption Refrigeration Tube for Subgrade Engineering in Permafrost Regions ［J］. Journal of the China Railway Society， 2021， 43 （8）： 139-146. in Chinese

[123] HU T F， LIU J K， WANG T L. Development of a New Solar-Assisted Refrigeration Pipe for Potential Permafrost Protection ［J］. Journal of Cold Regions Engineering， 2020， 34 （3）： 06020001

[124] 刘建坤，胡田飞.基于压缩式制冷技术的多年冻土保护方法研究［J］.中国公路学报，2021，34（12）：313-322.

[125] LIU Jiankun， HU Tianfei. Permafrost Protection Method Based on Compression Refrigeration Technology ［J］. China Journal of Highway and Transport， 2021， 34 （12）： 313-322. in Chinese

[126] 胡田飞，刘建坤，常键，等.面向多年冻土区路基的主动型压缩式制冷装置研究［J］.中国铁道科学，2019，40（5）：1-8.

[127] HU Tianfei， LIU Jiankun， CHANG Jian， et al. Active Compression Refrigeration Device for Subgrade in Permafrost Region ［J］. China Railway Science， 2019， 40 （5）： 1-8. in Chinese

[128] 孙兆辉，刘建坤，游田，等.光伏直驱压缩式制冷装置对多年冻土路基热稳定性的影响［J］.中南大学学报（自然科学版），2023，54（5）：2006-2019.

[129] SUN Zhaohui， LIU Jiankun， YOU Tian， et al. Influence of Solar Direct-Drive Compression Refrigeration Apparatus on Thermal Stability of Permafrost Embankment ［J］. Journal of Central South University （Science and Technology）， 2023，54 （5）： 2006-2019. in Chinese

[130] HU T F， LIU J K， HAO Z H， et al. Design and Experimental Study of a Solar Compression Refrigeration Apparatus （SCRA） for Embankment Engineering in Permafrost Regions ［J］. Transportation Geotechnics， 2020， 22： 100311.

[131] SUN Z H， LIU J K， HU T F， et al. A Solar Compression Refrigeration Apparatus to Cool Permafrost Embankment ［J］. Applied Thermal Engineering， 2023， 223： 120034.

[132] 刘晓贺，蔡德钩，闫宏业，等. 岛状多年冻土区高速铁路路基热状态及工程措施效果分析［J］.铁道学报，2024，46（3）：145-154.

[133] LIU Xiaohe， CAI Degou， YAN Hongye， et al. Thermal State and Effect Analysis of Engineering Measures of High-Speed Railway Subgrade in Island Permafrost Region ［J］. Journal of the China Railway Society， 2024， 46 （3）： 145-154. in Chinese

[134] SUN Z H， LIU J K， YOU T， et al. Field Test Study on Thermal Performance of a Novel Embankment Using Solar Refrigeration Technology ［J］. Renewable Energy， 2024， 226： 120392.

[135] 胡田飞，刘建坤，常键，等.基于新能源制冷技术的多年冻土路基维护方法研究［J］.太阳能学报，2020，41（2）：253-261.

[136] HU Tianfei， LIU Jiankun， CHANG Jian， et al. Research on Maintenance Methods for Permafrost Embankment Based on New-Energy Refrigeration Technologies ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica， 2020， 41 （2）： 253-261. in Chinese

[137] YU Q H， MU Y H， YUAN C， et al. The Cold Accumulative Effect of Expressway Embankment with a Combined Cooling Measure in Permafrost Zones ［J］. Cold Regions Science and Technology， 2019， 163： 59-67.

[138] HOU Y D， LEI W Y， LIANG S H， et al. Numerical Optimization on Differential Adjusting Measures for Asymmetrical Degenerated Warm Permafrost Railway Embankment ［J］. Advances in Climate Change Research， 2023， 14 （3）： 479-491.

[139] 王蕴嘉，郭惠芹，叶阳升，等.多年冻土区路基填筑短期内冻土温度场数值分析［J］.中国铁道科学，2021，42（4）：9-18.

[140] WANG Yunjia， GUO Huiqin， YE Yangsheng， et al. Numerical Analysis of Frozen Soil Temperature Field in a Short Period of Subgrade Filling in Permafrost Region ［J］. China Railway Science， 2021， 42 （4）： 9-18. in Chinese

[141] 赵佳腾，吴晨辉，戴宇成，等.脉动热管强化传热及其应用研究进展［J］.化工学报，2022，73（2）：535-565.

[142] ZHAO Jiateng， WU Chenhui， DAI Yucheng， et al. Research Progress on Heat Transfer Enhancement and Application of Oscillating Heat Pipe ［J］. CIESC Journal， 2022， 73 （2）： 535-565. in Chinese

[143] 战洪仁，惠尧，吴众.闭式热虹吸管强化传热研究进展［J］.化工进展，2017，36（8）：2764-2775.

[144] ZHAN Hongren， HUI Yao， WU Zhong. Research Progress on Heat Transfer Enhancement in Closed Thermosyphon ［J］. Chemical Industry and Engineering Progress， 2017， 36 （8）： 2764-2775. in Chinese

[145] 章赛泽，牛富俊，王志伟，等.基于演化分析的多年冻土区路基补强后力学稳定性评价研究［J］.岩石力学与工程学报，2022，41（6）：1285-1295.

[146] ZHANG Saize， NIU Fujun， WANG Zhiwei， et al. Mechanical Stability Assessment of Reinforced Embankments in Permafrost Regions Using Evolution Analysis ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2022， 41 （6）： 1285-1295. in Chinese

[147] 刘李彦，杨豪，张军辉，等.公路路基工程智能建养关键技术研究与展望［J］.长沙理工大学学报（自然科学版），2024，21（1）：59-87.

[148] LIU Liyan， YANG Hao， ZHANC Junhui， et al. Research and Prospect of Key Technologies for Intelligent Construction and Maintenance of Highway Subgrade Engineering ［J］. Journal of Changsha University of Science and Technology （Natural Science）， 2024， 21 （1）： 59-87. in Chinese

[149] 钟阳龙，马超智，高亮，等.基于车辆响应的无砟轨道路基不均匀沉降评价指标理论研究［J］.工程力学，2021，38（12）：147-157.

[150] ZHONG Yanglong， MA Chaozhi， GAO Liang， et al. Theoretical Research on Evaluation Index of Uneven Settlement of Ballastless Track Subgrade Based on Vehicle Response ［J］. Engineering Mechanics， 2021， 38 （12）： 147-157. in Chinese

[151] 周恒，王建州，周国庆，等.局部超低温制冷治理多年冻土路基融沉的数值模拟研究［J］.水利水电技术，2019，50（2）：46-52.

[152] ZHOU Heng， WANG Jianzhou， ZHOU Guoqing， et al. Study on Numerical Simulation of Treatment on Thaw-Settlement of Subgrade in Permafrost Soil Zone with Local Cryogenic Refrigeration ［J］. Water Resources and Hydropower Engineering， 2019， 50 （2）： 46-52. in Chinese

基金资助

国家自然科学基金资助项目(42001059)

国家自然科学基金资助项目(52172347)

国家自然科学基金资助项目(52178340)

中央引导地方科技发展资金项目(226Z5402G)

河北省自然科学基金资助项目(E2023210064)

河北省自然科学基金资助项目(24465001D)