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為什麼青藏鐵路兩邊,要插上1.5萬根鐵棒?全長7米里面裝了什麼
2024/04/03

當你乘坐火車前往青藏高原旅游時,一定會感到奇怪,為什麼在青藏鐵路兩邊插著許多高達2米的鐵棒?

這些鐵棒每隔一米就要插上一根,全程共計約有1.5萬根,據說每一根的造價約為20萬元(數據真實性不可考)。它們全部佇立在青藏鐵路兩側,像無數名堅韌不拔的戰士一樣,堅守和保護著青藏鐵路,從不動搖。

「熱棒」

其實,這些鐵棒有一個更加專業的名字,叫做「熱棒」。從外形來看,熱棒全身纏滿了一圈圈像鐵片和線圈一樣的散熱片,這是一種用碳素無縫鋼管制作而成的高效導熱裝置,非常適合于青藏高原的環境。尤其是在解決高原凍土層融化這個世界問題上,熱棒發揮了不可替代的作用。所以,無論是在青藏鐵路還是青藏公路上,熱棒幾乎都是隨處可見的。

那麼,為什麼在青藏高原地區修建道路一定要用熱棒呢?這和青藏高原特殊的地形和氣候條件有很大關系。

青藏高原又被稱為「世界屋脊」,它是我國最大,也是世界上海拔最高的高原,平均海拔在4000米以上。高海拔導致青藏高原的平均氣溫很低,高原凍土層密布,凍土指的是土壤溫度低于0℃且含有冰屑的特殊巖土體。

在冬季氣溫較低的時候,凍土層中的冰晶和土壤緊密結合在一起,讓路基顯得十分堅硬。但是一到夏天,由于高原上缺少云層遮擋,太陽直接照射到地面時,氣溫上升速度很快,就會導致部分凍土層內的冰屑融化,冰水與泥土變得異常柔軟,不利于車輛在路面上行駛。

尤其是,冰融化成水的時候,體積會縮小,導致路基和鋼軌隨之產生凹陷;而等到冬天,這些泥濘的土地再次因為低溫凍結時,體積又會膨脹,導致建在上面的路基和鋼軌被膨脹的凍土頂起。在凍土的凍結和融化反復交替作用下,路基就會出現翻漿、冒泥、沉降變形現象,使得鋼軌扭曲變形,用不了幾年,花費幾十上百億元修建的鐵路就會報廢了。

據統計,青藏公路有85%的路基病害是凍土融化造成的;有15%是土壤凍結造成的;橋梁和涵洞的病害主要由凍脹引起。

由此可見,青藏高原的道路問題幾乎都是凍土導致的。如果不解決凍土問題,就想要修建好鐵路無異于天方夜譚。

「熱棒」破解半個世紀的鐵路難題

自上世紀60年代以來,凍土工程問題就一直是一項世界性難題,而為了解決這個問題,科學家們才特意研制出了「熱棒」。

別看「熱棒」的外表好像就是一根普普通通的鐵棒,但其實在它樸素的外表下,卻蘊藏著常人不知道的精巧設計,它們凝聚了科學家半個世紀的心血。雖說名字叫熱棒,但其實它更像是一個「冷凍器」,只要[插·入]凍土層下,就能讓凍土不再融化,在地表形成永凍層。

那麼熱棒是怎麼做到這一點的呢?來看看它的內部結構你就清楚了。

熱棒的整體構造分為三部分。

露出地表長約2米的部分叫散熱段,它的外部纏繞著一圈散熱片,可以讓熱棒內部的熱量散發到空氣中。埋在地底的部分長約5米,內部又分為吸熱段和絕熱段。

吸熱段位于熱棒的最底端,里面儲存著大量液氨。由于液氨的沸點只有-33.5℃,所以即使深處永凍土層中,它也隨時在吸收熱量變成氨氣上升,使得永凍土層全年都能保持在一個極低的溫度下。

上升的氨氣會經過中間的絕熱段,進入到吸熱段。冬季時,高原的氣溫比地底溫度低,氨氣在吸熱段遇冷就會液化,在重力作用下流回最底部,不斷循環保持地底的低溫狀態。

而到了夏天,雖然外界氣溫很高,但是由于中間有絕熱層的存在,所以高溫無法傳遞到熱棒底部;同時,氨氣到達熱棒頂端也無法冷凝,那麼熱棒就陷入了停工狀態。

不過不用擔心,因為此時熱棒內部的氨氣和液態氨已經達到了平衡狀態,底部的氣溫依然很低,不至于讓周圍的凍土融化,也就能夠確保青藏鐵路的安全和穩定了。

另外,這些熱棒在生產時進行了特殊的防腐處理,壽命可達30年以上。可以說,熱棒埋設技術有效解決了凍土區路基夏季融沉問題,比曾經的以橋代路每公里可節省投資3000多萬元,僅此一項就為青藏鐵節省了10多億元的資金。同時,埋設熱棒還避免了地表開挖、鏟除植被、修筑路堤取土等人為工程活動對生態環境和資源的破壞。

凍土的其他解決辦法

由于凍土層對鐵路的安全性影響太大,所以鐵路局在對待這個問題的時候,也不得不多做幾手準備。所以除了熱棒以外,科學家們還想出了其他防止凍土融化的好辦法。

這些辦法大都是通過改變路基的結構,來實現凍土層的保溫。比如,從路基溫度上著手,工作人員會首先在路基內部,鋪設一層具有單向導熱能力的隔熱層,以增大熱阻,從而阻止熱量進入到凍土層內。這種隔熱層一般采用聚苯乙烯板或者聚胺脂板材料。

在路基修建完成以后,還可以在路基上鋪設一層白色反光遮陽棚,避免太陽輻射對路基的直接照射,從而減少傳入凍土地基的熱量。

從通風角度來說,「基建狂魔」們也創造了兩種有效的辦法。第一種通風路基,這種方法通過在路基底部橫向鋪設通風管道,并在管道一端安裝自動溫控風門實現對熱量的控制。具體的設計原理是,當溫度較高時,風門就會自動關閉;溫度較低時,風門自動打開。這樣可以避免夏季熱量進入通風管,對路基進行保溫。

第二種是片石通風路基。這種辦法是指在路基中間鋪設碎大量石塊,由于石塊之間的空隙較大,通風效果很好,所以能起到調節溫度的作用。

雖然夏季氣溫高,但是由于熱空氣的密度較小容易形成上升氣流,因此熱量很難進入路基內部,而碎石頭之間的空氣流動和地表水蒸發后又能帶走熱量,可以起到熱屏蔽作用;

在冬季,由于冷空氣密度較大,在自重和冬季風的作用下,冷空氣會將碎石層中溫度更高的熱空氣擠走,冷空氣更容易進入路基底部,因而也能防止凍土融化。

這些凝聚了無數凍土專家幾十年心血的「黑科技」付諸實踐,最終讓青藏鐵路得以全線貫通。同時也因為解決了「多年凍土、高寒缺氧和生態脆弱」這三大世界性難題,青藏鐵路的成功更讓全世界更加信賴中國「基建狂魔」這塊金字招牌。

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