青藏鐵路凍土降溫思路之變

世界上海拔最高的鐵路——青藏鐵路于2006年7月1日全線通車。它就像一條長長的哈達懸掛在“世界屋脊”上。然而，這條美麗而神圣的哈達建起來可真不是件容易的事。

多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)調(diào)節(jié)能力弱是青藏鐵路面臨的三大難題。其中，凍土問題是修建青藏鐵路最主要的技術難題。青藏鐵路多年凍土地段長550公里，是全球目前穿越高原、高寒、缺氧及連續(xù)性永久凍土地區(qū)的最長的鐵路。

高原地質(zhì)勘探人員通過鉆孔提取的巖心測出凍土的結構為：地表是薄薄的草皮，往下2米的范圍是凍結的砂礫層，再往下便是混雜有泥土的冰塊，甚至是純冰塊。

如何使長達550公里的凍土層保持穩(wěn)定成為青藏鐵路建設成敗的關鍵。通過對熱傳遞3種方式的運用，工程建設者把“棉被”換成了“冰箱” ，并發(fā)明了天然“制冷機”，以及廉價的“土空調(diào)”。

“棉被”變“冰箱”

21年前，青藏鐵路從西寧穿越高山、戈壁、鹽湖、沼澤，修到了700公里外的格爾木，但工程不得不戛然而止。再往前行，就是綿延550公里的凍土世界。

要在凍土上修鐵路就像要在一個大冰塊上修鐵路一樣。氣溫稍微上升，凍土層就要融化，上面的路也就塌了；而冬天溫度降低，凍土膨脹，則會把建在上面的路基和鋼軌頂起來。一降一升，火車很容易脫軌。

當時有西方專家稱——這是無法攻克的世界性難題。

“棉被”到“冰箱”的思路轉(zhuǎn)換怎么能讓對溫度極為敏感的多年凍土保持足夠的穩(wěn)定性呢？

夏天，冰棍都被裝在木箱子里，拿棉被捂上，想來修路大概也是這個思路，但拿棉被捂的冰棍是早晚要化的。直到中國科學院蘭州分院院長、凍土專家程國棟院士提出了“冷卻路基”的思路，凍土難題才最終得到破解。

“冷卻路基”就是通過技術手段將凍土層的溫度降下來，這就像把“棉被”換成了“冰箱”，變被動為主動。

天然“制冷機”

我們都知道熱有3種傳輸方式：輻射、對流和傳導。青藏鐵路就是利用這3種方式，來達到降溫目的的。

進入西大灘凍土區(qū)，鐵路路基兩旁插有一排排碗口粗細、高約2米的鐵棒，鐵棒間相隔2米，一直向前延伸，我們叫它熱棒。熱棒在路基下還埋有5米，整個棒體是中空的，里面灌有液態(tài)氨。

熱棒的工作原理很簡單：當路基溫度上升時，液態(tài)氨受熱氣化，上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導給空氣，氣態(tài)氨由此冷卻變回液態(tài)氨，又沉入了棒底。這樣，熱棒就相當于一個永動的天然制冷機。

青藏鐵路的另一種制冷裝置是通風管。通風管是水平插入路基里的。在鐵路沿線，路基護坡兩端露出一排排空心塑料管，風一吹過，管子便發(fā)出刺耳的呼叫聲。

路基受外界影響溫度會發(fā)生變化，而通風管利用對流原理及時將這些熱量進行交換，從而保證了下界凍土的穩(wěn)定性。

除“冰箱”和“制冷機”外，還有一種降溫的方式是給路基表面蓋上一層遮光板。試想，夏天的太陽光輻射在路基上，下面的凍土肯定會受不了，遮光板就像夏天外出要戴太陽帽一樣為路基提供了防曬保護。

廉價的“土空調(diào)”

在青藏鐵路沿線，熱棒、通風管、遮光板隨處可見，但在路基內(nèi)部，一種廉價而有效的“土空調(diào)”正悄無聲息地運轉(zhuǎn)著。

在土層路基中間，填筑了一定厚度的碎石。碎石間因有空隙，相當于一個半導體，冬季從路堤及地基中排除熱量，夏季較少吸收熱量，起到冷卻作用。拋石路基能將路基溫度降低0.5℃以上。

最后絕著兒

青藏鐵路沿線，給人印象最深的是橋多。

最高的三岔河大橋有50米高，最矮的旱橋只有1米高，而最長的清水河大橋則達到了11公里。青藏鐵路全線“以橋代路”的長度達156.7公里。

對于極不穩(wěn)定的高含冰量凍土區(qū)，用熱棒、拋石路基等方法都是不管用的，而以橋代路是解決凍土問題的最后絕著兒。將橋墩打進凍土層30多米，橋墩與凍土層間的摩擦力足以支撐路基的穩(wěn)固性，凍土的融化和膨脹對路基的影響這時已顯得微乎其微。

龍的傳人，龍的驕傲

青藏鐵路的建成對于我國國民來說確實是件值得驕傲的事，但是，在驕傲的背后卻有著令人無法想象的艱辛。青藏鐵路沿線地質(zhì)地貌復雜，部分施工極其困難，修建過程充分顯示了中國人的智慧。

●相關鏈接：

①青藏鐵路從西寧至拉薩全長1 956公里。

②青藏鐵路起自青海省西寧市，途經(jīng)納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山，再經(jīng)西藏自治區(qū)安多、那曲、當雄、羊八井，終抵西藏自治區(qū)首府拉薩市。

③青藏鐵路是世界上海拔最高的高原鐵路：鐵路穿越海拔4 000米以上地段達960公里,最高點海拔5 072米。

④青藏鐵路沿途風景 ：高原門戶和金銀灘、青海湖、關角山隧道、戈壁、萬丈鹽橋、察爾汗鹽湖、格爾木、將軍樓、格拉段起點、納赤臺、昆侖山玉珠峰、可可西里無人區(qū)、野生動物通道、五道梁、風火山隧道天路壯景、唐古拉山、唐三藏渡過的通天河、各拉丹東雪山下的小鎮(zhèn)和雁石坪迷人的羌塘草原。

⑤青藏鐵路不惹藏羚羊：為了讓藏羚羊順利通過鐵路，設計師們設計的通道主要有3種形式——一種是緩坡式，即將20米高的路基設計成一道緩坡，藏羚羊在通過時，可以自然地順著緩坡走上路基直接通過；一種是橋洞式，即將橋墩的高度以及橋墩之間的距離設計得足夠大，方便藏羚羊通過；還有一種就是在藏羚羊有可能失足墜落的鐵路隧道上方用圍欄擋住，幫助藏羚羊改走安全線路。

初編輯/武昕昕