中国科学家首创冷却路基保冻土新方法

本报讯6月22日，青藏铁路在西藏境内第一段铁轨在安多火车站铺下，此举不仅标志着西藏告别了没有铁路的历史，同时也向世人表明，中国科学家在应对多年冻土区修建铁路必须解决的克服冻土融化这一世界性技术难题中取得了突破性进展。 新华社发布上述消息的前两天，记者正在位于兰州的中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室采访，而后又登上了海拔4700多米的北麓河青藏高原研究基地，从而有机会直接感受和了解我国科学家在这方面取得的新进展。 青藏铁路全长1142公里，其中新建铁路(格尔木至拉萨段)长约1118公里，平均海拔高度在4000米以上的路段为960公里。青藏铁路要穿越连续多年冻土区550公里，不连续多年冻土区82公里。据专家介绍，能否成功应对冻土问题，使铁路沿线冻土始终处于冻结状态，被视为青藏铁路成败的关键所在。冻土问题的核心是解决融沉问题，因为一旦冻土层融化，地基就会成为一堆稀泥，丧失承载力。青藏高原冻土层近一半所处的温度带为摄氏零下一度到摄氏零度，属易融化区段。加上受全球变暖的影响，预计到2050年，青藏高原温度有可能上升2度以上，冻土融化将加剧。 基于在青藏公路、东北铁路等冻土工程研究中近40年的科学积累，并参考了国外修建冻土铁路的经验教训，中科院寒旱所冻土工程国家重点实验室的科研人员在国际上首次系统地提出冷却路基来积极保护多年冻土的新思路，用我国著名冰川冻土学家、重点实验室主任程国栋院士的话来说，就是以往保冻土的办法有点类似买冰棍的小贩为防箱里的冰棍融化，就用棉被捂的办法，尽管有作用，但不多久冰棍还会化掉。而现在我们的做法是改被动保温为主动降温。 根据这一新思路，科研人员先后创造了通风管路基、块石路基、块石护坡、碎石护坡、遮阳板等行之有效的降温法。例如碎石路基结构利用了碎石层内的冷热空气对流效应来降低下部土体的温度，夏季在碎石层内静止的空气起隔热作用，冬季碎石层内冷空气下降，热空气上升，产生冷热空气对流，相当于可控热二极管作用。模拟显示，在封闭条件下，当气温为摄氏0.5度时，路基底部平均温度降至摄氏零下2.5至零下3.5度。 记者在采访中了解到，为了尽早攻克冻土冻融这一技术难关，中科院和铁道部有关研究院所通力合作，科研人员不顾高原反应，长年奋战在青藏铁路建设现场，正是他们的智慧和奉献精神，才使得保冻土、固路基成为可能，确保了2007年青藏铁路全线按时通车。 青藏铁路中使用的部分冻土工程技术 “以桥代路”(图①)：清水河特大桥横架在可可西里冻土区，铁轨飞架而过但不惊扰冻土。青藏铁路“以桥代路”桥梁达156.7公里，占多年冻土段的四分之一。如此大规模的“以桥代路”，在世界上也是首次。 “L”型挡墙和热棒(图②)：冻土路基两旁插有一排排直径约15厘米、高约2米的铁棒，这就是热棒。它是一种高效热导装置，热量只能从地面下端向地面上端传输，反向不能传热，可以说是一种不需动力的天然制冷机。大规模使用热棒可以保持多年冻土处于良好冻结状态。 片石层通风路基(图③)：这种特殊的路基是在土路堤底部填筑一定厚度片石，上面再铺筑土层的路基，为国内首创。它好似散热排风扇，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，能降低地基土温度0.5℃以上。