青藏铁路破解三大科技难题

作者:梁沂滨 来源:经济日报 2012-11-24 15:02:04 0人评论 666次浏览 分类:地基处理

    青藏公路的南段蜿蜒于拉萨河河谷,伴随着它的是一条最新筑就的铁路路基,一期和二期长达1956公里的青藏铁路最后几十公里拉萨段铺轨即将完工,青藏铁路全线贯通在即。

    不久前,记者沿青藏铁路走完全程,实地目睹了铁路建设职工和铁路科技工作者是怎样战胜种种常人难以想象的困难,撰写出一篇篇世界铁路建设和铁路科技史上的鸿篇巨制。

    青藏铁路穿行于被称为“世界第三极”的青藏高原,这里地质环境异常复杂,高寒缺氧,平均海拔4000米以上,地震、冻土、高寒等诸多难题横亘在铁路建设者和铁路科技人员面前,其中最为艰巨的堪称世界级的课题就有三个————如何稳住高原冻土?如何开展高原施工?如何保护高原生态?如今,眼前的事实告诉我们,这些难题在智慧而坚毅的铁路建设者面前都被一一攻克,从奔驰而过的雪域快车,人们看到的是一份满意的答卷。

    难题之一

    在永久冻土的路基上筑路 

    青藏铁路新建的从格尔木至拉萨的1142公里路段中,约有500多公里要建在多年冻土层上,在冻土层上建路,是世界上尚未完全解决的技术难题,何况我们又要在世界上最高的冻土层上建最长的铁路线。青藏铁路建设总指挥部指挥长黄弟福告诉我们,在冻土层上修路,含冰量大,冬天会发生冻胀,夏天又会发生融沉,使路基变形,再加上全球性气温升高,使原本已经十分复杂的问题变得更为复杂。

    为了攻克这一难题,中国的铁路科技工作者进行了长达40多年的科技攻关。上世纪60年代初,中科院的冰川所、铁道部的高原所等就在高寒而险峻的昆仑山至唐古拉山之间进行了自然环境和冻土特征的考察。几十年来,科学家们陆续开展了高原气象、多年冻土温场、冻土热学、冻土力学等以及冻土地区施工、桥梁建设、隧道等工程的实验研究。据早期参与研究的科学家们回忆,在研究实验的高峰期,位于海拔近5000米的风火山实验基地的科技人员多达数百人,昔日荒凉寂寥的风火山上竟帐篷座座,灯火点点,一番会战的热闹场景。

    严肃的科学研究使我们大体模清了冻土的脾气,找出了稳定冻土层的各种技术。青藏铁路专家咨询部部长、冻土专家张鲁新一路上给我们讲述了这些技术的原理。一种是以桥代路,在最敏感的冻土地带,可用修桥的办法跨过冻土带,大桥的桥墩建得很深,接触面又小,对冻土的影响不大。清水河特大桥就是这一技术的体现,建设者们在这里修了一座长达11.7公里的大桥,光桥墩就有1366个,走得快的人从桥头走到桥尾也要两小时。

    张鲁新教授说,一般人直觉上认为,可以用隔热的方法让夏天的高温不能传导到路基下从而保护了冻土层的稳定性,这种被动降温的方法也确实在一些国家得到应用,但效果并不理想。我国的科学家经过大量的研究发现,采取主动降温的方法似乎比被动降温方法更有效,比如我国发明的气冷片石路基和碎石护坡的技术就可主动降温。当夏天来临时,青藏高原气温升高,块石路基表面温度上升,空气密度降低,而路基冻土中的温度较低,空气密度较大,冷热空气不易对流,无形中形成了一个隔热层;而当冬天来临时,情况正好相反,冷热发生对流,使路基冻土层温度降低,保护了冻土的稳定性。

    还有一种方法叫热棒技术,也叫无源制冷虹吸管技术,它要求在路基上每隔3米左右插上一个里面装有介质的圆棒,其原理有点像冰箱和空调机中的制冷剂,夏天时可以吸收外部的热量冷却冻土,而冬天可以吸收外部的冷温加固冻土层。这项技术是我们受到国外为保护高寒地区的输油管道措施启发,当然也凝结了我国科技人员的创新和改进。

    如今,青藏铁路的桥涵和路基已全部完成,从观测的数据看,经过近四个冻融期的考验,原有的冻土层环境得到保护,冬天没有发生大的冻胀,夏天没有发生大的融沉。去年9月,参加第六届国际多年冻土工程会议的专家们认为,青藏铁路建设采取的工程措施可行,其技术已达到世界先进水平。

    难题之二

    在生态脆弱的高原中筑路

    两千万年前,年轻的青藏高原从浩淼的古特提斯海中崛起,成为地球上离太阳最近的大陆,青藏铁路从青藏高原腹地通过,能否保护这块被视为地球上最后一方净土的地方不受污染,成为工程成败的又一标志。

    青藏高原是长江、黄河、雅鲁藏布江等中国乃至南亚、东南亚的大江大河的发源地,有“中国和亚洲水塔”之称。这里有地球上其他地方看不到的高耸入云连绵不绝的高山、广袤无际的草甸、平展荒凉的大漠戈壁,令人敬畏和震撼。但青藏高原的环境又是脆弱的、易毁的,稍有不慎,将遭万劫不复之难。一位细心的科学家曾观察到,40年前他们在一个实验站无意中挖掉的一块带有低矮植物的地方至今仍没有复生的植物。

    既要架设起这座藏族同胞的“幸福金桥”,又要精心呵护这块洁净美丽的圣地,成为青藏铁路建设者们追求的双目标。从青藏铁路开工的第一天起,保护好青藏高原的一山一水、一草一木就成为对建设者的一个新挑战也是一个新课题。

    藏羚羊是我国特有的高寒草甸动物,十分珍稀。它有着定期迁徙的特殊习性。对于从北到南横亘于高原之上的青藏铁路,怎样尽可能地减少对它们的干扰呢?铁路指挥部多次请教动物学家研究制定保护方案。青藏铁路总体设计师李金城告诉我们,沿线共设计了33处野生动物的通道,有的筑成高桥,让它们在桥梁下通过,有的建成缓坡,便于它们迁徙通行。到底藏羚羊买不买我们的账呢?一开始谁也没有底。为了寻求答案,科学家们在若干个地方装置了有夜视功能的监视设备。去年6月22日,电子监视传来喜讯,共有数百上千只藏羚羊通过桥涵向东跑过,看来它们已逐渐适应和接受了这一新变化。记者于8月2日也曾在玉珠峰站铁路附近亲眼看到几只有点像羚羊的野生动物,同行的专家说可能是岩羊或是藏原羚。

    高原上的植被也是珍贵的,施工的单位都要求,被占用的有植被的地方都要先连腐植土一起移到其他地方保存,等路基修好再移回完成的路基边坡或施工完的场地表面。在青藏铁路沿线,建设者们还开展了人工育草的实验,在错那湖段,施工单位先后种植了9万平方米的草。过沱沱河站后,我们是乘汽车沿途从侧面观看青藏铁路绵延的路基,发现路基边坡上都是精心种植和移植的细细的绿草。这绿色伴随着青藏铁路向前延伸,与远处的蓝天和雪山构成一幅精妙的画图,令人怜爱和激动。有人称青藏铁路是一条绿色之路、生态之路,实不为过。

    景观也是一种资源,到了青藏高原你才会对这一观念表示首肯。那高山的巍峨、雪峰的圣洁、戈壁的凄美让你目不暇接。它给途经者一种永志难忘的美的享受和视觉冲击。为了保护沿线的景观,许多施工单位都到目及不到的山的背面去取土挖石,其工程量无疑增加了多倍。

    青藏铁路作为浩大的跨区域工程,不可能对环境没有任何干扰,但我们毕竟在努力、在探索,并将保护生态作为一种崇高的追求和理念,它终究会引导我们抵达与大自然和谐相处的彼岸。

    难题之三

    在环境恶劣的条件下筑路 

    设计再好的工程也要人去施工,但青藏高原却给上来施工的人们出了一道道难题。青藏铁路总指挥部副指挥长才凡介绍,海拔每升高100米温度就下降0.6摄氏度,海拔每升高1000米,氧气就减少10%。冬天就不用说了,可谓天寒地冻,周天彻寒。夏天飘雪也是常有的事。7月28日,正在唐古拉山车站指导工作的铁道部副部长孙永福就赶上了一场大雪,雪花飘飘一会儿就把四周染白了。沿途总有人叮嘱我们,不要“乱说乱动”,要常吸点氧。即使如此,我们也总在气喘吁吁,脚下像踩着棉花。有专家形象地说,在海拔4000米以上的地方,就如同背负着20多公斤的重量行动。

    为了保证建设者们的健康,青藏铁路的决策者们从一开始就制定了严密而科学的卫生安全保障系统,在雪域高原上铺设了一张生命安全网,让参加青藏铁路建设的人能上得去,待得住,健康返回。这些措施有:

————每个上高原的人都能得到一本关于青藏高原卫生防病常识的小册子,施工单位常常组织员工学习有关高原病的知识。

————在全线建立了三级医疗保障体系,一级的有115个,分布在施工现场;二级的有23个,分布在施工较为集中的地方;三级医疗机构有6个,分布在中心城镇,主要解决疑难重症。

————请高原病专家到施工现场巡诊,讲授防治高原病的专业知识,解决施工现场救治高原病的技术难题。

————加大投入。在青藏铁路的施工中,医务人员达到总人员的1.5%以上,是我国重大工程中医务人员比例最高的。

    水是生命之源。针对高原水质含盐高、浑浊度大、不宜直接饮用的情况,中国铁道建筑总公司等与军队医学专家们专门研制了水的净化装置。这一装置一天能产生供约7000人的饮用水量。

    氧也是人须臾不可少的。我们采访时,接待单位从西宁就给我们配备了氧气袋,一有时间我们就吸几口氧。而工人们怎么样呢?在风火山工地上,工人们告诉我们,他们有时也是轮流吸氧。过去隧道施工中最难受,背着氧气袋又不方便。中铁20局等专门为此研制了大型制氧站,不但可以充足供应氧气,还可以直接向施工隧道中进行弥漫性供氧,相当于使工作作业面的海拔降低了1200米。

    完善而科学的保障体系使青藏铁路的施工创造了世界高原作业的惊人奇迹————高原病的零死亡率。在去年举行的国际高原医学大会上,与会的专家们认为青藏铁路卫生保障和救护防治卓有成效,人员健康保障科学可靠,为世界高原医学作出了贡献。

    青藏铁路是一个奇迹,是中国的铁路建设者和科技工作者共同创造的奇迹。他们不单铸就了世界屋脊上的这一钢铁巨龙,成为雪域高原筑路技术的征服者,同时也向世人宣告,他们也是这片净土的仰慕者和呵护者。文/本报记者 梁沂滨
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