青藏高原冻土夏季融化,保护铁轨采取措施是什么
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中国攻关青藏铁路多年冻土科研难题
巍巍昆仑,皑皑雪山。
在这块被誉为“世界屋脊”和地球“第三极”的土地上,中国人正在修筑一条世界上海拔最高的铁路——青藏铁路。
专家称,多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱是青藏铁路建设无法回避的三大难题,其中多年冻土尤为关键,是“最难啃的一块骨头”,它的解决与否,直接决定着青藏铁路的成败。
如今,青藏铁路已从格尔木铺过沱沱河,铺轨里程近全线一半。六月下旬,安多成为青藏铁路第二个铺轨点,青藏线建设进度大大加快。这无疑表明,中国已初步解决铁路穿越多年冻土地带的工程技术难题。
最难啃的骨头谁来啃?难题又是怎样解决的?记者不久前为此赴兰州、上青海采访,承担青藏铁路多年冻土问题研究的中国科学家,以及他们为之攻关的艰辛的科研历程,开始浮出水面。
冻土研究列入中科院知识创新工程重大项目
二00一年,与青藏铁路开工几乎同步,有中国科研机构“国家队”之称的中国科学院经过充分论证,决定以其四十多年青藏铁路全线多年冻土调查、勘探和研究为基础,在知识创新工程中启动实施“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”重大项目。
项目领军人物、中科院兰州分院院长、冻土工程国家重点实验室主任程国栋院士介绍说,围绕青藏铁路迫切需要解决的及未来可能遇到问题,该项目设立七个研究课题:青藏铁路建设中冻土工程结构稳定性研究、青藏铁路沿线路基冻融病害形成机理及其防治对策研究、青藏铁路气候与多年冻土间的相互作用、青藏铁路工程与多年冻土间的相互作用、铁路路基动荷载稳定性及含盐土工程特性研究、青藏铁路数字路基及仿真平台开发研究、青藏铁路典型地段高原雷暴天气灾害预警和防御的应用研究。
程国栋称,这一知识创新工程重大项目启动以来,已取得重要的创新性阶段研究成果,为青藏铁路在冻土区的设计、施工提供了有力的科学技术保障,也为其后期运营维护和潜在病害整治做好科学与技术储备。项目组参与编制出《青藏铁路多年冻土区工程勘察暂行规定》、《青藏铁路多年冻土区工程设计暂行规定》,提出路基设计应以冷却路基的保护冻土的设计思路、合理路基高度的设计依据、桥涵防冻胀措施及寒区隧道防冻害措施等关键设计问题。
颇为引人注目的是,“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目设有两位首席科学家,他们就是被称为程国栋“左膀右臂”的青年研究员马巍和吴青柏。
科学思路:主动冷却路基保护多年冻土
在中科院寒区旱区环境与工程研究所的冻土工程国家重点实验室里,刚刚从青藏铁路北麓河试验段回来的马巍尚未洗净高原风尘,便投身于实验室研究之中。提起冻土研究,他兴奋地打开了话匣子:
青藏铁路处于边勘测、边设计、边施工、边研究的“四边”建设状态,必须采用动态设计理念。“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目科研人员通过试验段研究发现,保温材料只能够延缓多年冻土融化,在高温高含冰量条件和气候转暖条件根本无法确保路基稳定。
因此,“我们提出改变以往单纯依赖增加热阻保护多年冻土的方法,采用冷却路基思路、主动保护多年冻土工程措施来确保工程稳定性”。这一思路的具体措施包括块石路基、碎石护坡,在路基两旁埋设高效导热的热棒、热桩,在路基中铺设通风管,在路基顶部和路基边坡铺设遮阳棚、遮阳板等。
还有一种工程设计措施就是以桥代路,这个桥可不是一般跨江过河的桥,冻土科研攻关人员将之命名为“旱桥”。马巍称,旱桥桥桩穿越冻土层而直接打在坚实的底层,桥上铺架铁轨即可最大限度地避免冻土的影响。青藏铁路穿越可可西里冻土区的清水河特大桥,就是典型的旱桥,该桥长达十一点七公里,气势巍然壮观。
虽然对冻土区的青藏铁路线建设、运营而言,旱桥是最可靠、最安全的工程措施,但由于其造价太昂贵,每公里要耗资五千万元人民币之巨,而全长一千多公里的青藏铁路全线总投资仅约三百亿元人民币。因此,旱桥不能、也无法推广使用,只是在冻土条件复杂、安全性要求高的区域采用。
北麓河试验段:几乎涵盖青藏铁路所有工程措施
从格尔木出发,沿青藏公路驱车在三百二十公里,在青藏公路和铁路线之间的山岗上,蓝天白云下一幢红顶蓝墙的塑钢建筑格外醒目。它就是青藏铁路北麓河试验段的大本营——中科院冻土工程国家重点实验室青藏高原研究基地。
这里海拔四千六百多米,据称是中国每拔最高的一个科研单元。冻土研究另一位首席科学家吴青柏称,总投资一千多万元人民币建成的该研究基地,是中科院为青藏铁路建设、运营和维护提供的一个科学试验平台和示范工程。
他介绍说,北麓河试验段全长十四公里,整个试验段多年冻土上限附近富含厚层地下冰,且多年冻土低温空间分布状态分异性较强,是青藏线五个试验段中冻土条件最复杂、地本回答被网友采纳