青藏铁路冻土降温思路之变

世界上海拔最高的铁路——青藏铁路于2006年7月1日全线通车。它就像一条长长的哈达悬挂在“世界屋脊”上。然而，这条美丽而神圣的哈达建起来可真不是件容易的事。

多年冻土、高寒缺氧、生态调节能力弱是青藏铁路面临的三大难题。其中，冻土问题是修建青藏铁路最主要的技术难题。青藏铁路多年冻土地段长550公里，是全球目前穿越高原、高寒、缺氧及连续性永久冻土地区的最长的铁路。

高原地质勘探人员通过钻孔提取的岩心测出冻土的结构为：地表是薄薄的草皮，往下2米的范围是冻结的砂砾层，再往下便是混杂有泥土的冰块，甚至是纯冰块。

如何使长达550公里的冻土层保持稳定成为青藏铁路建设成败的关键。通过对热传递3种方式的运用，工程建设者把“棉被”换成了“冰箱” ，并发明了天然“制冷机”，以及廉价的“土空调”。

“棉被”变“冰箱”

21年前，青藏铁路从西宁穿越高山、戈壁、盐湖、沼泽，修到了700公里外的格尔木，但工程不得不戛然而止。再往前行，就是绵延550公里的冻土世界。

要在冻土上修铁路就像要在一个大冰块上修铁路一样。气温稍微上升，冻土层就要融化，上面的路也就塌了；而冬天温度降低，冻土膨胀，则会把建在上面的路基和钢轨顶起来。一降一升，火车很容易脱轨。

当时有西方专家称——这是无法攻克的世界性难题。

“棉被”到“冰箱”的思路转换怎么能让对温度极为敏感的多年冻土保持足够的稳定性呢？

夏天，冰棍都被装在木箱子里，拿棉被捂上，想来修路大概也是这个思路，但拿棉被捂的冰棍是早晚要化的。直到中国科学院兰州分院院长、冻土专家程国栋院士提出了“冷却路基”的思路，冻土难题才最终得到破解。

“冷却路基”就是通过技术手段将冻土层的温度降下来，这就像把“棉被”换成了“冰箱”，变被动为主动。

天然“制冷机”

我们都知道热有3种传输方式：辐射、对流和传导。青藏铁路就是利用这3种方式，来达到降温目的的。

进入西大滩冻土区，铁路路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2米的铁棒，铁棒间相隔2米，一直向前延伸，我们叫它热棒。热棒在路基下还埋有5米，整个棒体是中空的，里面灌有液态氨。

热棒的工作原理很简单：当路基温度上升时，液态氨受热气化，上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却变回液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个永动的天然制冷机。

青藏铁路的另一种制冷装置是通风管。通风管是水平插入路基里的。在铁路沿线，路基护坡两端露出一排排空心塑料管，风一吹过，管子便发出刺耳的呼叫声。

路基受外界影响温度会发生变化，而通风管利用对流原理及时将这些热量进行交换，从而保证了下界冻土的稳定性。

除“冰箱”和“制冷机”外，还有一种降温的方式是给路基表面盖上一层遮光板。试想，夏天的太阳光辐射在路基上，下面的冻土肯定会受不了，遮光板就像夏天外出要戴太阳帽一样为路基提供了防晒保护。

廉价的“土空调”

在青藏铁路沿线，热棒、通风管、遮光板随处可见，但在路基内部，一种廉价而有效的“土空调”正悄无声息地运转着。

在土层路基中间，填筑了一定厚度的碎石。碎石间因有空隙，相当于一个半导体，冬季从路堤及地基中排除热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用。抛石路基能将路基温度降低0.5℃以上。

最后绝着儿

青藏铁路沿线，给人印象最深的是桥多。

最高的三岔河大桥有50米高，最矮的旱桥只有1米高，而最长的清水河大桥则达到了11公里。青藏铁路全线“以桥代路”的长度达156.7公里。

对于极不稳定的高含冰量冻土区，用热棒、抛石路基等方法都是不管用的，而以桥代路是解决冻土问题的最后绝着儿。将桥墩打进冻土层30多米，桥墩与冻土层间的摩擦力足以支撑路基的稳固性，冻土的融化和膨胀对路基的影响这时已显得微乎其微。

龙的传人，龙的骄傲

青藏铁路的建成对于我国国民来说确实是件值得骄傲的事，但是，在骄傲的背后却有着令人无法想象的艰辛。青藏铁路沿线地质地貌复杂，部分施工极其困难，修建过程充分显示了中国人的智慧。

●相关链接：

①青藏铁路从西宁至拉萨全长1 956公里。

②青藏铁路起自青海省西宁市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山，再经西藏自治区安多、那曲、当雄、羊八井，终抵西藏自治区首府拉萨市。

③青藏铁路是世界上海拔最高的高原铁路：铁路穿越海拔4 000米以上地段达960公里,最高点海拔5 072米。

④青藏铁路沿途风景 ：高原门户和金银滩、青海湖、关角山隧道、戈壁、万丈盐桥、察尔汗盐湖、格尔木、将军楼、格拉段起点、纳赤台、昆仑山玉珠峰、可可西里无人区、野生动物通道、五道梁、风火山隧道天路壮景、唐古拉山、唐三藏渡过的通天河、各拉丹东雪山下的小镇和雁石坪迷人的羌塘草原。

⑤青藏铁路不惹藏羚羊：为了让藏羚羊顺利通过铁路，设计师们设计的通道主要有3种形式——一种是缓坡式，即将20米高的路基设计成一道缓坡，藏羚羊在通过时，可以自然地顺着缓坡走上路基直接通过；一种是桥洞式，即将桥墩的高度以及桥墩之间的距离设计得足够大，方便藏羚羊通过；还有一种就是在藏羚羊有可能失足坠落的铁路隧道上方用围栏挡住，帮助藏羚羊改走安全线路。

初编辑/武昕昕