剖解青藏鐵路三大難題之謎

    路基降溫四方案

    凍土降溫思路之變：棉被改冰箱

    9月21日中午，車行至海拔4636米的五道梁。

    “吃了飯才有勁翻唐古拉山口?！憋埖陮O老板這句熱心的廣告詞，攔住了不少過往的車輛和游客。

    但一入門許多游客卻不敢再進了：四面墻壁的裂縫能插進一個手掌，瓷磚地面也陷下去了四五個大坑，桌子用磚頭墊腳才勉強站穩(wěn)。

    “都是凍土鬧的。”孫老板很無奈，房子是一年前新蓋的，半年后地面就開始下沉，墻壁也跟著開裂，多次修補也無濟于事。

    孫老板的飯店門前就是正在施工的青藏鐵路。“鐵路建起來，不也得成了大麻花？”孫老板一直很疑惑。

    這個問題，他也曾拋給來飯店吃飯的青藏鐵路施工人員。對方只笑笑：“到時你就信服了。”

    在冰塊上修鐵路

    高原凍土多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆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。

    青藏鐵路全長1142公里，海拔4000米以上的地段有965公里，其中多年凍土地段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。

    高原地質勘探人員通過鉆孔提取的巖心表明凍土的結構：地表是薄薄的草皮，往下兩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。

    從來沒有一條鐵路會遇到這樣的難題。

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    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。

    “這就像要在一個大冰塊上修鐵路。”中科院“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應”項目首席科學家吳柏青說，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，就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。

    “我們最先想到的是，能不能把凍土挖去？”吳柏青說，最深的鉆孔已伸入地下128米，依舊是冰，凍土問題難以回避。

    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？這成為青藏鐵路成敗的關鍵。

    “夏天賣冰棍都裝在木箱子里，怕化了拿棉被捂上，原來修路大概就是這個思路，但拿棉被捂冰棍早晚要化?！眳前厍嗾f。

    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?！庇辛诉@一思路，青藏鐵路才敢最終拍板決定上馬。

    9月17日，在吳柏青的辦公室里，他拿出了兩個煙盒，把一張白紙夾在了中間?！吧舷聝蓚€煙盒分別代表季節(jié)性凍融層和多年凍土層，中間這張紙被科學界稱為零點幕?！眳潜犬嬛f，所謂“零點幕”就是個界面，在它之下，凍土較為穩(wěn)定，基本不受外界影響?！傲泓c幕”是不斷變化的。比如夏季溫度高，這個界面就會降低，反之在冬季就會升高。

    在修建青藏鐵路中，課題組要解決的問題是——如何將零點幕升高，把不穩(wěn)定的季節(jié)性凍融層減薄，并讓下界的“煙盒”更為穩(wěn)定。

    天然“制冷機”

    “中學我們都學過熱有三種傳輸方式：輻射、對流和傳導，其實我們也就是通過這三種方式，達到降溫的目的。”吳說。

    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。鐵棒間相隔兩米，一直向前延伸。

    “我們叫它熱棒。”吳柏青介紹說，熱棒在路基下還埋有5米，整個棒體是中空的，里面灌有液氨。

    熱捧的工作原理很簡單：當路基溫度上升時，液態(tài)氨受熱發(fā)生氣化，上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導給空氣，氣態(tài)氨由此冷卻變成了液態(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。”吳柏青說。

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    青藏鐵路另一種制冷裝置——通風管是水平插入路基里。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，管子發(fā)出刺耳的呼叫聲。

   

 青藏鐵路的部分路段采取熱棒降溫等多種切實可行的工程措施解決凍土難題。

    吳柏青說，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。

    另一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?！眳前厍嗾f，就像夏天外出要戴太陽帽一樣。

    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。

    中鐵建筑集團總公司的技術人員把它叫做“肉夾饃”的結構——在土層路基中間，填筑了一定厚度的碎石。

    這種名叫拋石路基的國內首創(chuàng)做法來自一次野外的無意發(fā)現(xiàn)。在高原凍土區(qū)考察中，科研人員無意間扒開了一片碎石堆，在下面發(fā)現(xiàn)了冰雪，而附近的地面因升溫都已翻漿。

    科研人員把這個意外發(fā)現(xiàn)模擬進了鐵路施工，實驗證明：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。”吳柏青說，由于成本更為低廉，目前青藏鐵路已經建成的路基中，有80％以上采取了以拋石路基和拋石護坡為主的新結構。

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　   [方案1]橋梁下方,適宜藏羚羊、野牦牛、等動物通過。

    青藏鐵路動物三類遷徙通道示意圖

    “最后絕招”

    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，最矮的旱橋只有一米高，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”的橋梁達156．7公里。

    “對于極不穩(wěn)定的高含冰量凍土區(qū)，你用熱棒、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招?！眳钦f，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。

    2003年，國家青藏鐵路建設領導小組對設計方案進行調整，“以橋代路”工程比原設計的70多公里增加一倍。

    9月22日早上，唐古拉山口附近的青藏鐵路段大雪彌漫，又一輛火車由東向西駛來。

    “要是凍土問題沒解決，坐在火車上就像坐過山車一樣起起落落?！币晃蛔^這種試運火車的指揮人員說出了自己的乘坐感受——“很平穩(wěn)！”

    遷徙通道就是藏羚羊的生命

    青藏鐵路面臨著生態(tài)脆弱的世界鐵路建設難題。這里是我國和東南亞地區(qū)的“江河源”和“生態(tài)源”，在可可西里、羌塘等國家級自然保護區(qū)里，棲息有藏羚羊、野牦牛、藏野驢等珍稀野生動物，其中包括國家一級保護動物41種，二級保護動物84種。

    美麗的藏北草原是青藏鐵路全線水草最豐美的地段，也是西藏自治區(qū)面積最大的草原，青藏鐵路橫穿藏北草原300多公里。

    “1只、2只、3只……”9月16日，中科院動物所楊奇森研究員趴在電腦前，用指頭戳著屏幕里成群的藏羚羊，默聲數著羊群從鐵路橋下通過的數量。

    這段數碼錄像攝于一個月前，成群的臧羚羊所穿過的大橋是青藏鐵路楚馬爾河大橋。大橋的西面是可可西里國家級自然保護區(qū)，東面是三江源國家級自然保護區(qū)。

    自青藏鐵路準備動工修建，楊奇森就成了和藏羚羊一起遷徙的人。

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    每年6月，大批藏羚羊跨越青藏鐵路一線，前往可可西里腹地產羔，楊奇森就會從北京來到高原，對藏羚羊進行監(jiān)測。9月，藏羚羊回遷，他才下高原返京。

    今年回到北京，楊奇森顯得異常高興：錄像情況顯示，分布在可可西里地區(qū)的2500只藏羚羊全部順利回遷。

    [方案2]路基緩坡，適宜棕熊等善攀授的動物通過。 [方案3]隧道上方，適宜棕熊、白唇鹿等善攀授的動物通過。

  

  青藏鐵路動物三類遷徙通道示意圖

    給藏羚羊留條路

    藏羚羊，國家一級保護動物，僅分布在青藏高原及鄰近95萬平方公里區(qū)域內。

    50年前，青藏公路建成通車，穿過可可西里，把青藏高原切成了兩個部分。從此，每年的產羔季節(jié)，青藏公路東側懷胎的藏羚羊要兩次跨越青藏公路往返，才能完成產羔的全過程。

    青藏鐵路與青藏公路走向基本平行。修建之初，就有專家憂慮，鐵路會破壞完整的自然環(huán)境，不僅會阻斷野生動物的繁殖遷徙，還會影響它們正常的覓食活動。

    2001年2月，鐵道部和國家環(huán)保總局等5部委聯(lián)合主持了青藏鐵路環(huán)保研討會，90多位專家明確提出，要“對沿線重點保護的野生動物采用工程和管理措施解決遷徙通道問題”。

    在中國鐵路建設史上，修建野生動物通道青藏鐵路是首次。但通道修成什么樣子？修在哪里？負責此項任務的鐵道部第一勘察設計院（簡稱鐵一院）一頭霧水。

    很快，鐵一院找到了中科院動物所著名動物學家馮祚健教授。從上世紀70年代，馮祚健就在青藏公路沿線調查野生動物分布情況。

    由于身體原因，馮將接力棒交給了他的學生——楊奇森研究員。

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    通道要符合動物的“胃口”

    “高原野生動物有幾十種，不同的動物有各自的習性，設置通道自然也要符合它們的胃口。”楊奇森給記者舉起了例子。

    “棕熊、白唇鹿等高山山地動物善于攀援而不適宜奔跑，它們喜歡沿山坡脊梁走，這樣鐵路通過的時候最好打隧道，保持山坡的原貌?！?/span>

    “而藏羚羊、野牦牛、藏野驢等野生動物，機警并善于長距離快速奔跑，它們喜歡在寬谷和河灘活動，鐵路最好架橋通過。如果考慮造價成本，將路基的坡度修緩，這些動物也是可以過去的。”

    從格爾木到拉薩，按野生動物的分布范圍，楊奇森規(guī)劃設置了33處野生動物通道。按照野生動物口味，33處通道又有橋梁下方、隧道上方及路基緩坡3種形式。

    三年之變

    楚馬爾河鐵路橋、五北鐵路橋，位于五道梁和不凍泉之間，是33處野生動物通道中的最主要的兩個。根據楊奇森多年的調查，鐵路沿線90％以上的藏羚羊將從這兩點遷徙通過。

    2003年6月，通道相繼完工，又值藏羚羊開始遷徙的日子。但當大群的藏羚羊來到橋邊時，楊奇森卻發(fā)急了。

    “藏羚羊根本不敢靠近大橋，有的甚至沿著鐵路路基一路狂奔?！睏钇嫔貞浾f。

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    此時正在該路段施工的中鐵十四局為了不打擾藏羚羊遷徙，下達了20天的停工通知?！盁嵝牡墓と藗兩踔羾亓缪蛉黑呞s，但無濟于事?！比绱饲樾卧?004年6月又再次上演。但讓楊奇森欣慰的是，2500只藏羚羊在通道附近徘徊了一周后，最終從橋下奔騰通過。

    “今年情況很好，藏羚羊幾乎沒有猶豫很快就過關了，速度很快。”楊奇森說，今年的監(jiān)測結果說明鐵路對藏羚羊的影響非常小了。

    9月21日，索南達杰自然保護站隊員尕瑪神情嚴肅。兩天前，一只藏羚羊在走過青藏公路時，被疾馳而來的汽車撞死。

    索南達杰自然保護站門前就是青藏公路，再向前1000米就是青藏鐵路。

    “藏羚羊穿越鐵路不需要我們費心?！辨噩斨钢h處的鐵路說，“那里有通道，通道就是藏羚羊的生命?！?/span>

    一群藏羚羊正穿越楚瑪爾河一帶的青藏鐵路動物通道。

    （摘自《新特寫 新京報特稿精選》，南方日報出版社出版）