路基降溫四方案

    凍土降溫思路之變：棉被改冰箱

    9月21日中午,，車行至海拔4636米的五道梁,。

    “吃了飯才有勁翻唐古拉山口。”飯店孫老板這句熱心的廣告詞,，攔住了不少過往的車輛和游客,。

    但一入門許多游客卻不敢再進(jìn)了：四面墻壁的裂縫能插進(jìn)一個(gè)手掌,，瓷磚地面也陷下去了四五個(gè)大坑,，桌子用磚頭墊腳才勉強(qiáng)站穩(wěn)。

    “都是凍土鬧的,?！睂O老板很無奈，房子是一年前新蓋的,，半年后地面就開始下沉,，墻壁也跟著開裂，多次修補(bǔ)也無濟(jì)于事,。

    孫老板的飯店門前就是正在施工的青藏鐵路,。“鐵路建起來,，不也得成了大麻花,？”孫老板一直很疑惑。

    這個(gè)問題,，他也曾拋給來飯店吃飯的青藏鐵路施工人員,。對方只笑笑：“到時(shí)你就信服了?！?/span>

    在冰塊上修鐵路

    高原凍土多年凍土,、高寒缺氧、生態(tài)脆弱是青藏鐵路面臨的三大難題,。其中,，凍土問題是修建青藏鐵路最主要的技術(shù)難題。

    青藏鐵路全長1142公里,，海拔4000米以上的地段有965公里,，其中多年凍土地段550公里,，是全球目前穿越高原,、高寒、缺氧及連續(xù)性永久凍土地區(qū)的最長的鐵路,。

    高原地質(zhì)勘探人員通過鉆孔提取的巖心表明凍土的結(jié)構(gòu)：地表是薄薄的草皮,，往下兩米的范圍是凍結(jié)的砂礫層,，再往下便是混雜有泥土的冰塊，甚至是純冰塊,。

    從來沒有一條鐵路會(huì)遇到這樣的難題,。

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    21年前，青藏鐵路從西寧穿越高山,、戈壁,、鹽湖、沼澤,，修到了700公里外的格爾木,，但工程不得不戛然而止。再往前行,，就是綿延550公里的凍土世界,。

    “這就像要在一個(gè)大冰塊上修鐵路?！敝锌圃骸扒嗖罔F路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)”項(xiàng)目首席科學(xué)家吳柏青說,，氣溫稍微上升，凍土層就要融化,，上面的路也就塌了,；而冬天溫度降低，凍土膨脹,，就會(huì)把建在上面的路基和鋼軌頂起來,，一降一升，火車很容易脫軌,。

    當(dāng)時(shí)有西方專家稱——這是無法攻克的世界性難題,。

    “我們最先想到的是，能不能把凍土挖去,？”吳柏青說,，最深的鉆孔已伸入地下128米，依舊是冰,，凍土問題難以回避,。

    怎么能讓對溫度極為敏感的多年凍土保持足夠的穩(wěn)定性？這成為青藏鐵路成敗的關(guān)鍵,。

    “夏天賣冰棍都裝在木箱子里,，怕化了拿棉被捂上，原來修路大概就是這個(gè)思路,，但拿棉被捂冰棍早晚要化,。”吳柏青說,。

    直到中國科學(xué)院蘭州分院院長,、凍土專家程國棟院士提出了“冷卻路基”的思路,，凍土難題才最終得到破解。

    “冷卻路基”就是通過技術(shù)手段將凍土層的溫度降下來,?！斑@就像把‘棉被’換成了‘冰箱’，變被動(dòng)為主動(dòng),?！庇辛诉@一思路，青藏鐵路才敢最終拍板決定上馬,。

    9月17日,，在吳柏青的辦公室里，他拿出了兩個(gè)煙盒,，把一張白紙夾在了中間,。“上下兩個(gè)煙盒分別代表季節(jié)性凍融層和多年凍土層,，中間這張紙被科學(xué)界稱為零點(diǎn)幕,。”吳比畫著說,，所謂“零點(diǎn)幕”就是個(gè)界面,，在它之下，凍土較為穩(wěn)定,，基本不受外界影響,。“零點(diǎn)幕”是不斷變化的,。比如夏季溫度高,，這個(gè)界面就會(huì)降低，反之在冬季就會(huì)升高,。

    在修建青藏鐵路中,，課題組要解決的問題是——如何將零點(diǎn)幕升高，把不穩(wěn)定的季節(jié)性凍融層減薄,，并讓下界的“煙盒”更為穩(wěn)定,。

    天然“制冷機(jī)”

    “中學(xué)我們都學(xué)過熱有三種傳輸方式：輻射、對流和傳導(dǎo),，其實(shí)我們也就是通過這三種方式,，達(dá)到降溫的目的?！眳钦f,。

    進(jìn)入西大灘凍土區(qū)，鐵路路基兩旁插有一排排碗口粗細(xì),、高約2米的鐵棒,。鐵棒間相隔兩米，一直向前延伸,。

    “我們叫它熱棒,。”吳柏青介紹說,，熱棒在路基下還埋有5米,，整個(gè)棒體是中空的，里面灌有液氨,。

    熱捧的工作原理很簡單：當(dāng)路基溫度上升時(shí),，液態(tài)氨受熱發(fā)生氣化，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)氨由此冷卻變成了液態(tài)氨，又沉入了棒底,。

    “這樣,，熱棒就相當(dāng)于一個(gè)永動(dòng)的天然制冷機(jī)?！眳前厍嗾f,。

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    青藏鐵路另一種制冷裝置——通風(fēng)管是水平插入路基里。在鐵路沿線,，路基護(hù)坡兩端露出一排排空心塑料管,，風(fēng)一吹過，管子發(fā)出刺耳的呼叫聲,。

   

 青藏鐵路的部分路段采取熱棒降溫等多種切實(shí)可行的工程措施解決凍土難題,。

    吳柏青說，路基受外界影響溫度會(huì)發(fā)生變化,，而通風(fēng)管利用對流原理及時(shí)將這些熱量進(jìn)行交換,，從而保證了下界凍土的穩(wěn)定性。

    另一降溫的方式是給路基表面蓋上一層遮光板,?！霸囅耄奶斓奶柟廨椛湓诼坊?，下面的凍土肯定會(huì)受不了,。”吳柏青說,，就像夏天外出要戴太陽帽一樣,。

    廉價(jià)的“土空調(diào)”

    在青藏鐵路沿線，熱棒,、通風(fēng)管,、遮光板隨處可見,，但在路基內(nèi)部，一種廉價(jià)而有效的“土空調(diào)”正悄無聲息地運(yùn)轉(zhuǎn)著,。

    中鐵建筑集團(tuán)總公司的技術(shù)人員把它叫做“肉夾饃”的結(jié)構(gòu)——在土層路基中間,，填筑了一定厚度的碎石。

    這種名叫拋石路基的國內(nèi)首創(chuàng)做法來自一次野外的無意發(fā)現(xiàn),。在高原凍土區(qū)考察中,，科研人員無意間扒開了一片碎石堆，在下面發(fā)現(xiàn)了冰雪,，而附近的地面因升溫都已翻漿,。

    科研人員把這個(gè)意外發(fā)現(xiàn)模擬進(jìn)了鐵路施工，實(shí)驗(yàn)證明：碎石間因有空隙,，相當(dāng)于一個(gè)半導(dǎo)體,，冬季從路堤及地基中排除熱量，夏季較少吸收熱量,，起到冷卻作用,。

    “拋石路基能將路基溫度降低0.5℃以上?！眳前厍嗾f,，由于成本更為低廉，目前青藏鐵路已經(jīng)建成的路基中,，有80％以上采取了以拋石路基和拋石護(hù)坡為主的新結(jié)構(gòu),。

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　   [方案1]橋梁下方,適宜藏羚羊、野牦牛,、等動(dòng)物通過,。

    青藏鐵路動(dòng)物三類遷徙通道示意圖

    “最后絕招”

    青藏鐵路沿線，給人印象最深的是橋多,。

    最高的三岔河大橋有50米高,，最矮的旱橋只有一米高，而最長的清水河大橋則達(dá)到了11公里,。青藏鐵路全線“以橋代路”的橋梁達(dá)156．7公里,。

    “對于極不穩(wěn)定的高含冰量凍土區(qū)，你用熱棒,、拋石路基等方法都是不管用的,，而以橋代路是解決凍土問題的最后絕招?！眳钦f,，橋墩打進(jìn)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，凍土的融化和膨脹對路基的影響這時(shí)已顯得微乎其微,。

    2003年,，國家青藏鐵路建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，“以橋代路”工程比原設(shè)計(jì)的70多公里增加一倍,。

    9月22日早上,，唐古拉山口附近的青藏鐵路段大雪彌漫，又一輛火車由東向西駛來,。

    “要是凍土問題沒解決,，坐在火車上就像坐過山車一樣起起落落,?！币晃蛔^這種試運(yùn)火車的指揮人員說出了自己的乘坐感受——“很平穩(wěn)！”

    遷徙通道就是藏羚羊的生命

    青藏鐵路面臨著生態(tài)脆弱的世界鐵路建設(shè)難題,。這里是我國和東南亞地區(qū)的“江河源”和“生態(tài)源”,，在可可西里、羌塘等國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)里,，棲息有藏羚羊,、野牦牛、藏野驢等珍稀野生動(dòng)物,，其中包括國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物41種,，二級(jí)保護(hù)動(dòng)物84種。

    美麗的藏北草原是青藏鐵路全線水草最豐美的地段,，也是西藏自治區(qū)面積最大的草原,，青藏鐵路橫穿藏北草原300多公里。

    “1只,、2只,、3只……”9月16日，中科院動(dòng)物所楊奇森研究員趴在電腦前,，用指頭戳著屏幕里成群的藏羚羊,，默聲數(shù)著羊群從鐵路橋下通過的數(shù)量。

    這段數(shù)碼錄像攝于一個(gè)月前,，成群的臧羚羊所穿過的大橋是青藏鐵路楚馬爾河大橋,。大橋的西面是可可西里國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，東面是三江源國家級(jí)自然保護(hù)區(qū),。

    自青藏鐵路準(zhǔn)備動(dòng)工修建,，楊奇森就成了和藏羚羊一起遷徙的人。

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    每年6月,，大批藏羚羊跨越青藏鐵路一線,，前往可可西里腹地產(chǎn)羔，楊奇森就會(huì)從北京來到高原，對藏羚羊進(jìn)行監(jiān)測,。9月,，藏羚羊回遷，他才下高原返京,。

    今年回到北京,，楊奇森顯得異常高興：錄像情況顯示，分布在可可西里地區(qū)的2500只藏羚羊全部順利回遷,。

    [方案2]路基緩坡,，適宜棕熊等善攀授的動(dòng)物通過。 [方案3]隧道上方,，適宜棕熊,、白唇鹿等善攀授的動(dòng)物通過。

  

  青藏鐵路動(dòng)物三類遷徙通道示意圖

    給藏羚羊留條路

    藏羚羊,，國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物,，僅分布在青藏高原及鄰近95萬平方公里區(qū)域內(nèi)。

    50年前,，青藏公路建成通車,，穿過可可西里，把青藏高原切成了兩個(gè)部分,。從此,，每年的產(chǎn)羔季節(jié)，青藏公路東側(cè)懷胎的藏羚羊要兩次跨越青藏公路往返,，才能完成產(chǎn)羔的全過程,。

    青藏鐵路與青藏公路走向基本平行。修建之初,，就有專家憂慮,，鐵路會(huì)破壞完整的自然環(huán)境，不僅會(huì)阻斷野生動(dòng)物的繁殖遷徙,，還會(huì)影響它們正常的覓食活動(dòng),。

    2001年2月，鐵道部和國家環(huán)?？偩值?部委聯(lián)合主持了青藏鐵路環(huán)保研討會(huì),，90多位專家明確提出，要“對沿線重點(diǎn)保護(hù)的野生動(dòng)物采用工程和管理措施解決遷徙通道問題”,。

    在中國鐵路建設(shè)史上,，修建野生動(dòng)物通道青藏鐵路是首次。但通道修成什么樣子,？修在哪里,？負(fù)責(zé)此項(xiàng)任務(wù)的鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院（簡稱鐵一院）一頭霧水。

    很快，鐵一院找到了中科院動(dòng)物所著名動(dòng)物學(xué)家馮祚健教授,。從上世紀(jì)70年代,，馮祚健就在青藏公路沿線調(diào)查野生動(dòng)物分布情況。

    由于身體原因,，馮將接力棒交給了他的學(xué)生——楊奇森研究員,。

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    通道要符合動(dòng)物的“胃口”

    “高原野生動(dòng)物有幾十種，不同的動(dòng)物有各自的習(xí)性,，設(shè)置通道自然也要符合它們的胃口,。”楊奇森給記者舉起了例子,。

    “棕熊,、白唇鹿等高山山地動(dòng)物善于攀援而不適宜奔跑，它們喜歡沿山坡脊梁走,，這樣鐵路通過的時(shí)候最好打隧道,，保持山坡的原貌,?！?/span>

    “而藏羚羊、野牦牛,、藏野驢等野生動(dòng)物,，機(jī)警并善于長距離快速奔跑，它們喜歡在寬谷和河灘活動(dòng),，鐵路最好架橋通過,。如果考慮造價(jià)成本，將路基的坡度修緩,，這些動(dòng)物也是可以過去的,。”

    從格爾木到拉薩,，按野生動(dòng)物的分布范圍,，楊奇森規(guī)劃設(shè)置了33處野生動(dòng)物通道。按照野生動(dòng)物口味,，33處通道又有橋梁下方,、隧道上方及路基緩坡3種形式。

    三年之變

    楚馬爾河鐵路橋,、五北鐵路橋,，位于五道梁和不凍泉之間，是33處野生動(dòng)物通道中的最主要的兩個(gè),。根據(jù)楊奇森多年的調(diào)查,，鐵路沿線90％以上的藏羚羊?qū)倪@兩點(diǎn)遷徙通過。

    2003年6月，通道相繼完工,，又值藏羚羊開始遷徙的日子,。但當(dāng)大群的藏羚羊來到橋邊時(shí)，楊奇森卻發(fā)急了,。

    “藏羚羊根本不敢靠近大橋,，有的甚至沿著鐵路路基一路狂奔?！睏钇嫔貞浾f,。

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    此時(shí)正在該路段施工的中鐵十四局為了不打擾藏羚羊遷徙，下達(dá)了20天的停工通知,?！盁嵝牡墓と藗兩踔羾亓缪蛉黑呞s，但無濟(jì)于事,?！比绱饲樾卧?004年6月又再次上演。但讓楊奇森欣慰的是,，2500只藏羚羊在通道附近徘徊了一周后,，最終從橋下奔騰通過。

    “今年情況很好,，藏羚羊幾乎沒有猶豫很快就過關(guān)了,，速度很快?！睏钇嫔f,，今年的監(jiān)測結(jié)果說明鐵路對藏羚羊的影響非常小了。

    9月21日,，索南達(dá)杰自然保護(hù)站隊(duì)員尕瑪神情嚴(yán)肅,。兩天前，一只藏羚羊在走過青藏公路時(shí),，被疾馳而來的汽車撞死,。

    索南達(dá)杰自然保護(hù)站門前就是青藏公路，再向前1000米就是青藏鐵路,。

    “藏羚羊穿越鐵路不需要我們費(fèi)心,。”尕瑪指著遠(yuǎn)處的鐵路說,，“那里有通道,，通道就是藏羚羊的生命?！?/span>

    一群藏羚羊正穿越楚瑪爾河一帶的青藏鐵路動(dòng)物通道,。

    （摘自《新特寫 新京報(bào)特稿精選》,，南方日報(bào)出版社出版）