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“冻土攻关”：青藏铁路成败的关键——中科院青藏铁路工程冻土攻关纪实本报记者王光荣通风管路基2004年6月22日，青藏铁路建设又迎来一个里程碑——西藏段开始铺轨，西藏即将告别没有铁路的历史。青藏铁路再次成为众人关注的焦点，作为目前世界上海拔最高、穿越多年冻土里程最长的高原铁路，其“冻土攻关”更是备受瞩目。专家指出：“青藏铁路成败的关键在路基，路基成败的关键在冻土。”近日，记者走访了中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室。“冻土问题”：建设高原铁路的世界性难题我国是世界上第三大冻土大国，有75%的国土面积呈冬冻夏融的周期变化。土体在冻结的状态下体积会发生膨胀（冻胀），到了夏季，冻土融化会产生下沉（融沉）。冻土的冻结和融化交替出现，对在冻土地基上进行工程建筑提出了严峻挑战。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，冻土问题，一直被认为是建设高原铁路的一项世界性难题。因为冻土体容易发生冻胀和融沉作用，这对路基、桥涵以及隧道工程的破坏是相当严重的。如，俄罗斯1994年调查表明，20世纪70年代建成的第二条西伯利亚铁路，其线路病害率当时达27.5%﹔运营近百年的第一条西伯利亚铁路1996年调查的线路病害率则高达45%。我国有关部门在1990年调查表明，青藏公路当时病害率达31.7%，东北多年冻土区铁路病害率高达40%。据了解，青藏铁路格尔木至拉萨段全长1142公里，海拔4000米以上地段长度约为965公里，要穿越连续多年冻土区632公里，这是目前世界上穿越多年冻土里程最长的高原铁路。其中，穿越年平均地温高于1.0℃多年冻土区275公里，高含冰量多年冻土区221公里,高温高含冰量重叠路段约为134公里。在工程的作用下，这些多年冻土极易发生变化而产生融化下沉问题。因此，众多专家指出，在青藏铁路建设要解决的冻土、高原和生态脆弱三大难题中，冻土问题是最为重要和复杂的科学技术问题。“冷却路基”：创造性的解决思路冻土的关键问题在融沉。那么，如何解决冻土路基的融沉问题？以程国栋院士为首的青藏铁路冻土科研攻关团队一改以往单纯依赖增加热阻这种消极的方法，在国际上首次提出了以“冷却路基”为核心的积极保护冻土的新思路。目前高温高含冰量路段均采用了冷却路基、主动保护多年冻土的工程措施。中科院知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目首席科学家马巍研究员介绍说，在这一思路指导下，我们进一步研究了新的地温调控原理和高新技术，通过调控辐射、对流、传导等方法，为多年冻土区提出了相应的筑路技术：块石路基结构、通风管路基、热棒保温材料结构措施、遮阳板措施等。在青藏铁路沿线，记者看到了一段段长长的块石路基结构，即在土路堤底部填筑一定厚度块石，上面再铺筑土层的路堤。据介绍，这种多空隙的“块石层路基”能有效地保护冻土，它好似散热排风扇，冬季从路堤及地基中排除热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用，能降低地基土温度0.5℃以上。在中科院青藏铁路北麓河试验段示范工程现场，记者还看到一种全新的“热棒保温材料结构”措施：在冻土路基的两旁插着一排排直径约15厘米、高约2米的铁棒。同是“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目首席科学家的吴青柏研究员介绍，这就是热棒。热棒是一根密封的管，里面充以工质（如氨、氟利昂、丙烷、CO2等），管的上端为冷凝器（由散热片组成），下端为蒸发器。当冷凝器温度低于蒸发器的温度时，蒸发器中的液体工质吸收热量，蒸发成汽体工质，在压差作用下，蒸汽上升至冷凝端，放出汽化潜热，再通过冷凝器散热片散出。同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体，在重力作用下，液体沿管壁回流至蒸发段，再蒸发。如此往复循环，将热量传出。“创新背后”：一段段感人的科研经历“青藏铁路建设承载着几代科研人的梦想和心血！”程国栋院士感慨地说，“为了了解和解决青藏铁路多年冻土问题，科研工作者几十年如一日，一直坚持在条件极为恶劣的高原环境里做科研。”据介绍，40多年来，中科院原冰川冻土研究所（现合并到寒区旱区环境与工程研究所内）的科研人员几乎参与了我国在冻土区所有的重大工程建设。正是一批批科研人员无私付出，为解决青藏铁路建设中重大冻土技术难题积累了宝贵的第一手资料。高寒、缺氧的恶劣环境还造就了一支敢于吃苦、不畏艰难、乐于奉献、本领过硬的科研队伍。采访中，记者听到很多感人的科研事迹。程国栋院士，这位受人尊敬的国际著名冻土专家在青藏高原一扎就是40年。一位科研人员回忆起与程国栋院士进行野外考察的情景说：“在人迹罕至的青藏高原，种种困境连我们这些土生土长的西北人都适应不了，而他一个南方人却丝毫没有退缩。”在海拔4700多米的北麓河青藏高原研究基地，中科院冻土工程国家重点实验室俞祁浩副研究员说：“北麓河高寒缺氧、晚上休息特别难受。基地现在还没有通电，也没有任何通讯手段。手机在50公里外的一个地方才有信号﹔打个固定电话要到七、八公里外的铁路工程局去。”在基地现场，记者看到了刘永智研究员。53岁的他，现在还像年轻人一样长期工作在北麓河试验站。谈起刘教授，俞祁浩非常激动，他说：“由于老刘长期工作在野外，他孩子小的时候对他很陌生，好几次竟叫他'叔叔'。前两年，项目比较忙，老刘在这里一呆就一年多。他老伴开玩笑说，'后悔找了他'。”当记者问及刘永智为什么这么玩命地工作，刘永智很平静地说：“搞我们这个专业的，大家都一样。”遮阳板措施块石路基来源：《光明日报》