青藏鐵路的修建,創(chuàng)造了世界鐵路建設(shè)的多項奇跡,其中一個就是解決了鐵路穿越千年凍土區(qū)的問題。青藏鐵路東起青海格爾木,西至西藏拉薩,全長1200千米,其中有600千米屬于高海拔寒冷區(qū)凍土地質(zhì)。高原寒冷區(qū)凍土層地基的穩(wěn)定性是鐵路面臨的最大難題。所以說青藏鐵路修建的成敗決定于路基,而路基最大的問題就是多年凍土。夏天氣溫上升,凍土層融化,上面的路就會塌陷;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,火車極易脫軌。針對以上問題,我國的鐵路建設(shè)者主要采用以下四個措施來解決凍土問題。
熱棒:天然制冷譏
進入兩大灘凍土區(qū),鐵路路基兩旁插有一排排碗口粗細(xì)、高約2m的鐵棒(如圖1),即熱棒。鐵棒間相隔2m,一直向前延伸。熱棒在路基下還埋有5m,整個棒體是中空的,里面灌有液氨。熱棒的工作原理是:當(dāng)路基溫度上升時,液態(tài)氨受熱發(fā)生汽化,上升到熱棒的上端,通過散熱片將熱量傳導(dǎo)給空氣,氣態(tài)氨由此冷卻液化變成了液態(tài)氨,又沉入了棒底。這樣,熱棒就相當(dāng)于一個天然制冷機。
拋后路基:廉價土窯調(diào)
在青藏鐵路路基內(nèi)部,還有一種廉價而有效的土空調(diào)正悄無聲息地運轉(zhuǎn)著。在土層路基中間,填筑了一定厚度的碎石(如圖2)。當(dāng)夏季來臨時,青藏高原氣溫升高,拋石路基表面的溫度上升,空氣密度降低,而路基凍土中的溫度較低,空氣密度較大,這樣熱空氣與冷空氣就不易對流,無形中形成了外界與凍土的隔熱層;當(dāng)冬天來臨時,凍土路基的外界溫度較低,空氣密度較大,而路基凍土層溫度較高,空氣密度較低,將自然上移,與外界進行熱量交換,無形中形成了冷熱對流,使路基凍土層溫度降低,保護了凍土的完好性。
遮陽板:隔熱外農(nóng)
青藏高原地處中低緯度的高海拔地區(qū),太陽輻射十分強烈是該地區(qū)的一個重要特征。遮陽板路基是在路基的邊坡和坡面上架設(shè)一層用于遮擋太陽輻射的板材,可消除太陽對路堤坡面的有效輻射加熱作用(如圖3),達到穩(wěn)定路基溫度的目的。
以橋代路:最后絕招
青藏鐵路沿線,給人印象最深的是橋多(如圖4)。對于極不穩(wěn)定的高含冰量凍土區(qū),用熱棒、拋石路基等方法都不管用,而以橋代路是解決凍土問題的最后絕招。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,此時,凍土的融化和膨脹對路基的影響已顯得微乎其