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、生態調節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、缺氧及連續性永久凍土地區的最長的鐵路。

高原地質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” ，并發明了天然“制冷機”，以及廉價的“土空調”。

“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”的思路轉換怎么能讓對溫度極為敏感的多年凍土保持足夠的穩定性呢？

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，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，里面灌有液態氨。

熱棒的工作原理很簡單：當路基溫度上升時，液態氨受熱氣化，上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導給空氣，氣態氨由此冷卻變回液態氨，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，管子便發出刺耳的呼叫聲。

路基受外界影響溫度會發生變化，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”

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

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。

對于極不穩定的高含冰量凍土區，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，途經納赤臺、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山，再經西藏自治區安多、那曲、當雄、羊八井，終抵西藏自治區首府拉薩市。

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、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