纪念青藏铁路通车一周年——青藏冻土无故事
摘要: ■特别报道 2007年7月1日新闻：“片石气冷路基、热棒路基、通风管路基等冻土保护措施，最大限度地保护了沿线的冻土环境，使列车在冻土带能保持每小时100km的速度向前飞驰”———国家环保总局验收小组 ...
| ■特别报道 2007年7月1日新闻：“片石气冷路基、热棒路基、[BAIKE]通风管路[/BAIKE]基等冻土保护措施，最大限度地保护了沿线的冻土环境，使列车在冻土带能保持每小时100km的速度向前飞驰”———国家环保总局验收小组 [BAIKE]青藏铁路[/BAIKE]开通运营后，有位领导到青藏铁路建设总指挥部视察，期间他这样问：“你们能保证高原冻土路基没问题吗？” 当时由于冻土专家、青藏铁路建设总指挥部专家咨询组组长张鲁新不在，没人敢站出来回答。张鲁新回到西宁后，一听此事，急了：“要是我在，我肯定回答‘没问题’。” 领导的担心不无道理。青藏铁路格拉段（格尔木至拉萨）自2001年开工建设之日起，就伴随着各种各样质疑的声音，而其中以“青藏铁路无法解决多年冻土问题”为最。及至2006年，青藏铁路全线铺通之后，有国内专家公开指出，青藏高原冻土正在退融，青藏铁路必经之地冻土层几十年来持续退化，刚刚建成铺通的青藏铁路在一段时间之后将有安全之虞。 而张鲁新的回答也不是没有依据。他和青藏铁路的建设者们创造性地提出了以“主动降温，冷却路基”为核心的积极保护冻土新思路，利用天然冷能保护多年冻土，即通过主动降温，减少传入地基土层的热量，保证多年冻土层的热稳定性，进而保证建筑在上面的工程质量稳定。而工程实践和近几年的跟踪观测也表明这一思路是正确的。“有些专家长于冻土基础科研，但他们可能不大了解青藏铁路在冻土工程方面的实践。”张鲁新这样认为。 ■相关链接———热棒——— 青藏铁路沿线，路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2米的铁棒，很多旅客误以为是雷达测速，其实它的真名叫热棒，正是利用18200根热棒、111公里的块石层和524座桥梁，青藏铁路格拉段工程才跨越了546公里的多年冻土区。 热棒是一种内装氨水的7米长钢管，气温变化时氨水可以上下流动，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。当大气温度低于路基内部的受外界影响温度上升时，液状氨受热发生气化，气化的氨上升到热棒的上端，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，靠重力作用又沉入了棒底。而热棒最独特的性能是单向传热，热量只能从地下向上端传输，反向则不能传热。热棒就相当于一个天然制冷机，而且还不需动力。 美国阿拉斯加输油管线工程曾经使用112000多根热棒，帮助这条管线到目前为止安全运行了20多年。在美国、加拿大和俄罗斯的多年冻土地区，热棒技术也被应用到输电线塔、公路、铁路等工程之中。 ———通风管——— 青藏铁路沿线，路基护坡两端露出一排排空心塑料管的通风管，与热棒的垂直插设相反，通风管则是水平插入路基里。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，从而保证了冻土的热稳定性。 青藏铁路还在冻土地带采取以桥代路措施，以及片石通风路基、通风管路基、保温板、抛石路基等工程措施，使路基总沉降和不均匀沉降得到有效控制，确保了冻土地段路基、桥涵、隧道工程的坚固稳定。 “我比他更了解情况” 俄罗斯有一位研究冻土几十年的专家，在青藏铁路建成前后来过几次。他断言，“青藏铁路肯定会出问题，你们将来得找我。” 对此，张鲁新不以为意，“我相信我比他更了解情况。” 张鲁新有这个自信，因为他一生都在做一件事———解决青藏高原冻土的工程建设难题。 早在2003年，张鲁新就公开表示，我国的冻土学研究无论是宏观冻土学研究还是微观冻土学研究，都已走在世界冻土研究的前列。 他说，冻土问题是世界性的难题，世界上几个冻土大国俄罗斯、美国、加拿大等都在为解决冻土难题进行不懈的努力。中国在冻土研究方面起步较晚，但通过青藏公路建设、兰西拉(兰州、西宁、拉萨)光缆的铺设，以及格尔木至拉萨输油管道的建设，再加上理论研究，我国的冻土技术已达到了世界先进水平。青藏铁路建设又为我国的冻土研究提供了一个巨大的试验基地，使我国的冻土研究处于世界领先水平。 他认为，冻土研究处于世界领先水平主要体现在解决冻土的指导思想和工程措施等方面。在指导思想上，我国在世界上首次提出主动降温、减少传入地基土的热量、保证多年冻土的热稳定性，从而保证了工程建设质量的稳定性。在工程措施方面，根据冻土状况的不同采取不同的工程措施。在稳定的冻土地段，采取以对流交换热为主要作用机理的片石路基结构、碎石护坡结构，同时采用无源重力式热虹吸技术的工程应用———热棒路基结构，而这些工程措施都是在世界冻土区道路建设上第一次大规模成功运用。对于极不稳定的多年冻土地段，则采取“以桥代路”的工程结构，青藏铁路“以桥代路”桥梁长度达120多公里。 全球气候变暖并不可怕 近几年来，全球气候变暖引起了人们的关注和重视。有人担心，这会不会影响到青藏铁路的冻土路基。 “我们在设计和建设的时候就已经考虑了这个问题，并采取了相应措施。”张鲁新这样告诉记者。 “就算全球气候变暖真产生了什么不利影响，它也不是一蹴而就的，冻土也不是一下就能融化的，而是有一个比较漫长的过程。”张鲁新说，当这个过程发生时，问题肯定早已解决了。 张鲁新说，在自然环境中，冻土本身就是有变化的，谁也不可能阻止，而青藏铁路要做的是尽量减小冻土变化的程度，使其相对稳定。 张鲁新希望能纠正一些人的想法。 “由于青藏铁路特殊的意义，有些人不能容忍她出现一丁点瑕疵，但作为一个浩大的工程，这怎么可能？”张鲁新说，在那么大的土体上出现一两条小裂缝是很正常的，也不会产生什么影响，平原地区的路基也有裂缝，但似乎没人觉得怎样。 冻土路基正趋于稳定 张鲁新2002年起就着手在青藏铁路沿线建立长期自动观测系统。他在冻土路基陆陆续续埋设了390个自动观测仪，通过手机无线信号，将观测数据发送到总指挥部数据中心。数据接收之后，他和学生们进行归纳和整理，并进行相关分析。 “我们2004年起就开始持续观测，2006年系统全面建成，已经积累了3年的观测数据。”张鲁新说，通过这些年的观测证明，青藏铁路片石气冷、热棒等措施都达到了预想的效果。 “这样我的心里就有数了，没什么好担心的。”张鲁新告诉记者，青藏铁路冻土路基已经基本趋于稳定，每年发生的形变很小，有些路基正下方的冻土层甚至提高到了原来的地表面，“只要冻土层没有往下走，就证明我们的措施是正确和有效的。” 张鲁新还利用这套系统采集气候数据，用以预测沿线将来的气候变化，以便更好地进行技术储备。 “铁路开通运营后，也有人担心火车运行对冻土产生影响，但我们的监测结果表明，火车对冻土的影响很小，它所能产生的扰动只是短暂性的。通车一年来，冻土保持稳定。”张鲁新说，冻土基本稳定后特别怕扰动，一旦路基受到扰动了，就需要得几年时间才能回复到稳定状态，这在道路的日常维护中值得注意。 还是没故事好 采访即将结束的时候，记者希望张鲁新说一说这一年他与冻土路基的故事。这位专家想了又想，最后摇摇头告诉记者，这一年很平稳，没什么事情发生，冻土的日常监测工作现在更多地交给技术人员在做，而自己的精力大部分转到了培养学生上面，作为兰州大学土木工程与力学学院的博士生导师，他想培养出一批冻土工程方面的专家。 “如果这一年还有很多故事发生，还需要我去现场解决问题，那就说明我们对青藏铁路的冻土路基远没有了解透彻，那就麻烦了。”张鲁新说，还是没有故事好。 就在日前，国家环保总局会同铁道部组织相关部门，对青藏铁路环保工作的验收调查结果表明，青藏铁路在冻土地段采取的防治措施，有效地降低了基底地温，增加了基底的冷储量，最大限度地保护了沿线的冻土环境，使列车在冻土地带能安全运行。 高科技保障无人值守车站更安全 监控系统保障有力 青藏铁路的监控预警系统包括室内外环境温度的监控、视频的监控、门警、防火以及大风监测等，开通运营以来，均运行正常，为青藏铁路运输组织、设备维护、施工监控防护等提供了有力的保障。 在青藏铁路格拉段沿线，建立了52个自动测风点；在青藏铁路公司调度所设有大风监测预警工作站，显示实时风速、风向查询，大风环境下列车运行信息和速度限值，公司将根据所测风速及时调整列车运行信息，确保列车运行安全。 格拉段12座重点大桥、10个隧道、193个基站全部安装视频监控系统，视频监控系统可以在灾害天气实时掌握线路异常和灾害情况，从而及时调整列车运行。 在监视覆盖区内出现应急抢险情况时，线路监视设备可以在第一时间实时观察现场情况，为科学组织抢险发挥重要作用。同时，通过视频的辅助作用还可监控列车会让、中间站调车作业等，确保运输安全。 青藏铁路公司还建立了“地对车安全防范预警系统”，利用红外线、声学、压力传感、高速动态照相等技术与计算机、网络技术相结合，实时对危及行车安全的故障进行监测报警，发挥了各系统设备应有的功能和作用。 设备运行安全可靠 青藏高原也称雪域高原，对青藏铁路而言，雪成为影响运输安全的隐患。青藏铁路采用了许多世界先进的设备，其中的线路道岔融雪设备发挥着为运营安全保驾护航的作用。 青藏铁路格拉段45个站中共有32个站安装有道岔融雪装置，当下雪时，道岔能够产生热量，融化并蒸发落在道岔上的积雪，保证道岔正常转换。 去年11月至今年3月，青藏铁路沿线出现15场25毫米左右的降雪，特别是3月3日青藏铁路西格段的德令哈还出现降雪量144毫米的大雪。由于道岔融雪装置的作用，没有发生任何重大行车问题，无论是远程启动、现地启动还是设备根据环境状态自行启动，道岔融雪装置功能都很正常。 为了积累融雪经验，更加有效地确保行车安全，青藏铁路公司还专门制定了《青藏铁路格拉段除雪预案》，建立健全了从降雪预报到除雪组织工作的有效机制，并对环境温度、设备的启动时机、加热时间、延迟加热时间、能耗等进行详细的记录，为今后设备的维护养护，为其他下雪地区的推广使用提供了有效的数据资料。 ■背景资料 何为冻土 冻土是指温度在0℃以下并含有冰的各种岩土和土壤，可分为短期冻土、季节性冻土和多年冻土。在我国，多年冻土达215万平方公里，青藏高原是我国最大的一片冻土区。 冻土对温度极为敏感，对铁路的修建有非常大的影响。在冻结的状态下，冻土就像冰一样，随着温度的降低体积发生膨胀，建在上面的路基和钢轨会被它顶起来。到了夏季，冻土发生融化，体积缩小，钢轨也就随之降下去。冻土的反复冻结、融化交替出现，就会造成路基严重变形，整个钢轨出现高低不平，甚至扭绞成麻花状，影响正常通车。 冻土为何是 世界性工程难题 在多年冻土区修建铁路，是世界性工程难题，一直没有得到很好的解决。全世界在多年冻土区修建铁路已有百年以上历史，但已建成的多年冻土区铁路病害率很高，列车时速只有六七十公里。已有百年历史的俄罗斯第一条西伯利亚铁路，由于对冻土的认识不清，缺乏工程经验，采取的措施单一，已经出现了大范围的融化下沉和冻胀隆起等病害，1996年调查的线路病害率达45%%。上世纪70年代建成的第二条西伯利亚铁路，1994年调查的线路病害率也达27.5%%。美国、加拿大等国家的冻土铁路速度也同样不高。 就高寒冻土来说，俄罗斯西伯利亚的冻土铁路比我们长，有三四千公里，但是其海拔不高，只有两三千米。冻土虽然在加拿大、美国等国家也存在，但它们属高纬度冻土，比较稳定。而青藏高原是世界中、低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土分布区，加上青藏高原年轻，构造运动频繁，这里的多年冻土具有地温高、厚度薄、极不稳定等特点，其复杂性和独特性举世无双。青藏铁路穿越的正是多年冻土最发育的地区。 铁路旁边的绿化，防风固沙，铁路轨道的校直加固等等，尤其是高海拔的多年冻土带这样的工作难度都很大！ 人工养护的队员，早晨7：00起床后吃完早饭，每个人捂的严严实实的，就被队里的小卡车拉到养护段，这捂的严实的目的有两个：一是由于高原紫外线太强，捂得严实一些是防止紫外线辐射；另外在高寒高海拔的高原上，温差特别大，冷的时候在零下20多摄氏度。大多情况下是每两个队员一组，被撒放在铁路沿线上。由于路途离基地相对较远，所以到了中午吃饭的时候，两组比较近的队员凑到了一起。各自拿出自带的馒头就着辣椒，躺在铁轨上，一边啃着，一边说笑着。 “我们没有固定的办公地点，一年四季都在外面，我做铁路养护15年了，最多的一年只在家里呆过8天。”在海拔5100米的扎加藏布养护段，李凤祥说起他们的工作一脸苦笑。 机械化养护常年在野外作业，工人们自己发电，自己做饭。这次在青藏线上作业，买菜、拉饮用水要在400公里以外的安多或者格尔木。 “在这里作业，经常是白天测量好的数据，到了第二天起来厚厚的积雪盖住了铁路，我们这时就变成了清洁工，扫去积雪让数据重见‘光明’，给机械施工提供保障。” 入夜，所有的施工人员躲在火车皮改装成的宿舍里，看着电视，吸着氧气，室内温暖如春，而室外温度已经降到零下30摄氏度。 [URL=http://zy.zhulong.com/tech/zhuanti/01/qingzang/index.asp?pf=01]相关专题：青藏铁路全线通车[/URL] |
