【zt】神秘的冻土1:青藏高原上的神奇天路

转自宋基会嘉公益
原文:https://mp.weixin.qq.com/s/UNLXxEaigNWjYSlut_dr6Q (音频版)
作者:赵淑萍、南昭瑾
音频:青藏高原上的神奇天路,09:19

当你坐着火车沿着这条神奇的天路在青藏高原穿行时,你可能会发现铁路边上有很多稀奇古怪的东西。比如,铁路路基边上铺着碎石块、路基里面埋着管子、路上搭着蓝色的小棚子,路两边还插着一排排的杆子。

青藏公路两侧的通风管(南卓铜摄)

青藏高原被称为“世界屋脊”,平均海拔4000多米,是世界上最高的高原,上面有大面积的冻土分布。冻土是指土壤里面含有冰的土体。根据冰在土里的存留时间,分为季节冻土和多年冻土。在冻结过程中,水变成冰、体积会膨胀,就会引起土体的不均匀冻胀;而在融化过程中,冰变成水,体积减小,又会引起土体的不均匀融沉。

在青藏高原冻土地区修建铁路,必须要考虑冻土这个因素,在外界因素的影响下,土体不均匀冻胀、融沉会导致路基破坏、铁路轨道的严重扭曲变形,使得铁路无法正常运行。

“保护冻土”的措施主要是为了降低气温的影响,在夏季,减少进入冻土层内的热量,在冬季,尽量多的将土层内热量带出来,这样,起到冷却土层的作用。

  • 最常用的保护冻土的措施有块石路基,和碎石护坡,这是因为它们的成本最低。“块石路基”是在地面上先平铺一层大块的石头,然后再修筑路基;“碎石护坡”是在路基边坡上铺一层碎石。
  • 通风管其实就是在路基内部铺设一排两头贯通的管子,一般是PVC塑料管或水泥管。
  • 在青藏铁路的有些地段,路上方、或者路基边坡上搭着的蓝色棚子,叫做“遮阳棚”。
  • 效果最好、但成本较高的保护措施——热棒。一般在路基两侧按一定的间隔插入1排或2排热棒。

热棒是一根密封的管,里面充填容易发生气化的物质,常见的有氨、氟利昂、CO2等,管的上半部分露在空气中,下半部分埋入土内。上半部叫冷凝器,是由散热片组成的,而下半部叫蒸发器。冬季,气温很低,相对而言,土层的温度较高。因此,热棒的下部温度高于上部,管内的物质吸收热量、变成气体向上流动,到达上部后,因为冬天外面的温度低,冷凝器里的物质与外部空气交换热量,温度就下降了、变成液体,液体在重力作用下沿管子流回到下部,这样就形成了对流循环,不断地将路基土层内的热量带出来、散发到空气中。

但热棒只在冬季工作,在夏季不工作,这是因为夏季外面的气温高、土层温度较低,所以热捧的上部温度高于下部,管内物质保持在气态、停留在热棒上部,不发生对流,热棒不工作,这样也阻止了夏季外界空气的热量传到土层里面去。所以从全年来看,热棒能够使路基里的热量减少的,这样就达到“保护冻土”的目的。

青藏铁路采取了一系列“保护冻土”的措施,保证了工程稳定性。俄罗斯的第一条西伯利亚铁路,时速只有60-70km/h,在1996年调查的时候,发现其病害率高达45%。青藏铁路2006年7月1日通车,运行时速达到100km/h,一直运行良好。

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