青藏铁路之谜

T-
T+
评论 收藏打印
作者: 李武发布时间: 2016-06-23 10:04:17来源: 光明网

路基降温四方案

冻土降温思路之变:棉被改冰箱

9月21日中午,车行至海拔4636米的五道梁。

“吃了饭才有劲翻唐古拉山口。”饭店孙老板这句热心的广告词,拦住了不少过往的车辆和游客。

但一入门许多游客却不敢再进了:四面墙壁的裂缝能插进一个手掌,瓷砖地面也陷下去了四五个大坑,桌子用砖头垫脚才勉强站稳。

“都是冻土闹的。”孙老板很无奈,房子是一年前新盖的,半年后地面就开始下沉,墙壁也跟着开裂,多次修补也无济于事。

孙老板的饭店门前就是正在施工的青藏铁路。“铁路建起来,不也得成了大麻花?”孙老板一直很疑惑。

这个问题,他也曾抛给来饭店吃饭的青藏铁路施工人员。对方只笑笑:“到时你就信服了。”

在冰块上修铁路

高原冻土多年冻土、高寒缺氧、生态脆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。

青藏铁路全长1142公里,海拔4000米以上的地段有965公里,其中多年冻土地段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表明冻土的结构:地表是薄薄的草皮,往下两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。

从来没有一条铁路会遇到这样的难题。

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。

“这就像要在一个大冰块上修铁路。”中科院“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目首席科学家吴柏青说,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,就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。

“我们最先想到的是,能不能把冻土挖去?”吴柏青说,最深的钻孔已伸入地下128米,依旧是冰,冻土问题难以回避。

怎么能让对温度极为敏感的多年冻土保持足够的稳定性?这成为青藏铁路成败的关键。

“夏天卖冰棍都装在木箱子里,怕化了拿棉被捂上,原来修路大概就是这个思路,但拿棉被捂冰棍早晚要化。”吴柏青说。

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。”有了这一思路,青藏铁路才敢最终拍板决定上马。

9月17日,在吴柏青的办公室里,他拿出了两个烟盒,把一张白纸夹在了中间。“上下两个烟盒分别代表季节性冻融层和多年冻土层,中间这张纸被科学界称为零点幕。”吴比画着说,所谓“零点幕”就是个界面,在它之下,冻土较为稳定,基本不受外界影响。“零点幕”是不断变化的。比如夏季温度高,这个界面就会降低,反之在冬季就会升高。

在修建青藏铁路中,课题组要解决的问题是――如何将零点幕升高,把不稳定的季节性冻融层减薄,并让下界的“烟盒”更为稳定。

天然“制冷机”

“中学我们都学过热有三种传输方式:辐射、对流和传导,其实我们也就是通过这三种方式,达到降温的目的。”吴说。

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。铁棒间相隔两米,一直向前延伸。

“我们叫它热棒。”吴柏青介绍说,热棒在路基下还埋有5米,整个棒体是中空的,里面灌有液氨。

热捧的工作原理很简单:当路基温度上升时,液态氨受热发生气化,上升到热棒的上端,通过散热片将热量传导给空气,气态氨由此冷却变成了液态氨,又沉入了棒底。

“这样,热棒就相当于一个永动的天然制冷机。”吴柏青说。

青藏铁路另一种制冷装置――通风管是水平插入路基里。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,管子发出刺耳的呼叫声。

吴柏青说,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。

另一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。”吴柏青说,就像夏天外出要戴太阳帽一样。

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。

中铁建筑集团总公司的技术人员把它叫做“肉夹馍”的结构――在土层路基中间,填筑了一定厚度的碎石。

这种名叫抛石路基的国内首创做法来自一次野外的无意发现。在高原冻土区考察中,科研人员无意间扒开了一片碎石堆,在下面发现了冰雪,而附近的地面因升温都已翻浆。

科研人员把这个意外发现模拟进了铁路施工,实验证明: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。”吴柏青说,由于成本更为低廉,目前青藏铁路

已经建成的路基中,有80%以上采取了以抛石路基和抛石护坡为主的新结构。

[方案1]桥梁下方,适宜藏羚羊、野牦牛、等动物通过。

青藏铁路动物三类迁徙通道示意图

“最后绝招”

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,最矮的旱桥只有一米高,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”的桥梁达156.7公里。

“对于极不稳定的高含冰量冻土区,你用热棒、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招。”吴说,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。

2003年,国家青藏铁路建设领导小组对设计方案进行调整,“以桥代路”工程比原设计的70多公里增加一倍。

9月22日早上,唐古拉山口附近的青藏铁路段大雪弥漫,又一辆火车由东向西驶来。

“要是冻土问题没解决,坐在火车上就像坐过山车一样起起落落。”一位坐过这种试运火车的指挥人员说出了自己的乘坐感受――“很平稳!”

迁徙通道就是藏羚羊的生命

青藏铁路面临着生态脆弱的世界铁路建设难题。这里是我国和东南亚地区的“江河源”和“生态源”,在可可西里、羌塘等国家级自然保护区里,栖息有藏羚羊、野牦牛、藏野驴等珍稀野生动物,其中包括国家一级保护动物41种,二级保护动物84种。

美丽的藏北草原是青藏铁路全线水草最丰美的地段,也是西藏自治区面积最大的草原,青藏铁路横穿藏北草原300多公里。

“1只、2只、3只……”9月16日,中科院动物所杨奇森研究员趴在电脑前,用指头戳着屏幕里成群的藏羚羊,默声数着羊群从铁路桥下通过的数量。

这段数码录像摄于一个月前,成群的臧羚羊所穿过的大桥是青藏铁路楚马尔河大桥。大桥的西面是可可西里国家级自然保护区,东面是三江源国家级自然保护区。

自青藏铁路准备动工修建,杨奇森就成了和藏羚羊一起迁徙的人。

每年6月,大批藏羚羊跨越青藏铁路一线,前往可可西里腹地产羔,杨奇森就会从北京来到高原,对藏羚羊进行监测。9月,藏羚羊回迁,他才下高原返京。

今年回到北京,杨奇森显得异常高兴:录像情况显示,分布在可可西里地区的2500只藏羚羊全部顺利回迁。

[方案2] 路基缓坡,适宜棕熊等善攀授的动物通过。[方案3] 隧道上方,适宜棕熊、白唇鹿等善攀授的动物通过。

青藏铁路动物三类迁徙通道示意图

给藏羚羊留条路

藏羚羊,国家一级保护动物,仅分布在青藏高原及邻近95万平方公里区域内。

50年前,青藏公路建成通车,穿过可可西里,把青藏高原切成了两个部分。从此,每年的产羔季节,青藏公路东侧怀胎的藏羚羊要两次跨越青藏公路往返,才能完成产羔的全过程。

青藏铁路与青藏公路走向基本平行。修建之初,就有专家忧虑,铁路会破坏完整的自然环境,不仅会阻断野生动物的繁殖迁徙,还会影响它们正常的觅食活动。

2001年2月,铁道部和国家环保总局等5部委联合主持了青藏铁路环保研讨会,90多位专家明确提出,要“对沿线重点保护的野生动物采用工程和管理措施解决迁徙通道问题”。

在中国铁路建设史上,修建野生动物通道青藏铁路是首次。但通道修成什么样子?修在哪里?负责此项任务的铁道部第一勘察设计院(简称铁一院)一头雾水。

很快,铁一院找到了中科院动物所著名动物学家冯祚健教授。从上世纪70年代,冯祚健就在青藏公路沿线调查野生动物分布情况。

由于身体原因,冯将接力棒交给了他的学生――杨奇森研究员。

通道要符合动物的“胃口”

“高原野生动物有几十种,不同的动物有各自的习性,设置通道自然也要符合它们的胃口。”杨奇森给记者举起了例子。

“棕熊、白唇鹿等高山山地动物善于攀援而不适宜奔跑,它们喜欢沿山坡脊梁走,这样铁路通过的时候最好打隧道,保持山坡的原貌。”

“而藏羚羊、野牦牛、藏野驴等野生动物,机警并善于长距离快速奔跑,它们喜欢在宽谷和河滩活动,铁路最好架桥通过。如果考虑造价成本,将路基的坡度修缓,这些动物也是可以过去的。”

从格尔木到拉萨,按野生动物的分布范围,杨奇森规划设置了33处野生动物通道。按照野生动物口味,33处通道又有桥梁下方、隧道上方及路基缓坡3种形式。

三年之变

楚马尔河铁路桥、五北铁路桥,位于五道梁和不冻泉之间,是33处野生动物通道中的最主要的两个。根据杨奇森多年的调查,铁路沿线90%以上的藏羚羊将从这两点迁徙通过。

2003年6月,通道相继完工,又值藏羚羊开始迁徙的日子。但当大群的藏羚羊来到桥边时,杨奇森却发急了。

“藏羚羊根本不敢靠近大桥,有的甚至沿着铁路路基一路狂奔。”杨奇森回忆说。

此时正在该路段施工的中铁十四局为了不打扰藏羚羊迁徙,下达了20天的停工通知。“热心的工人们甚至围着藏羚羊群趋赶,但无济于事。”如此情形在2004年6月又再次上演。但让杨奇森欣慰的是,2500只藏羚羊在通道附近徘徊了一周后,最终从桥下奔腾通过。

“今年情况很好,藏羚羊几乎没有犹豫很快就过关了,速度很快。”杨奇森说,今年的监测结果说明铁路对藏羚羊的影响非常小了。

9月21日,索南达杰自然保护站队员尕玛神情严肃。两天前,一只藏羚羊在走过青藏公路时,被疾驰而来的汽车撞死。

索南达杰自然保护站门前就是青藏公路,再向前1000米就是青藏铁路。

“藏羚羊穿越铁路不需要我们费心。”尕玛指着远处的铁路说,“那里有通道,通道就是藏羚羊的生命。”

(摘自《新特写 新京报特稿精选》,南方日报出版社出版,定价:29.00元)

 

用户名密码注册
发表评论
最新最热

相关阅读

  • 观察/
  • 文化/
  • 宗教 /
  • 旅游 /
  • 秘闻
  • 治国理政进行时
  • 老西藏精神
  • 尼玛嘉措:红军走过的地方
  • 亚格博:形色藏人