一首如天籁之音的《天路》让正在建设的世界上海拔最高的一条铁路——青藏铁路家喻户晓。 青藏铁路自2001年6月29日开工后，经过4年多的建设，依靠技术创新成功破解在多年冻土区进行高原铁路建设面临的多项难题，使青藏铁路建设得以顺利进行。今年，青藏铁路建设已进入决战阶段，站前收尾、站后配套、铺轨架梁以及各项工程建设全面展开，拉萨河特大桥、拉萨车站站房等重点工程主体完工，8月24日，青藏铁路铺轨胜利通过世界铁路最高点——海拔5072米的唐古拉车站。 海拔最高冻土最长 青藏铁路格尔木至拉萨段(简称格拉段)全长1142公里，国家批准的建设工期为6年，总投资330.9亿元。 今年8月在唐古拉铺轨现场，青藏铁路建设工程技术人员介绍说，青藏铁路工程建设主要面临以下困难：一是地处雪域高原。线路位于海拔4000米以上地段960公里，占线路总长84%，翻越唐古拉山的铁路最高点海拔5072米（世界上已建铁路最高点是4817米）。沿线空气稀薄，氧气只有海平面的50%-60%，年平均气温在0°C以下，极端最低气温为-45°C，属于“生命禁区”。二是地质极为复杂。线路经过连续多年冻土区长达550公里，另有部分岛状冻土、深季节冻土、沼泽湿地和斜坡湿地。沿线地震、崩坍、滑坡、泥石流、风沙、雷电等灾害严重。三是生态环境脆弱。由于特殊的地理环境和严酷的气候条件，生态环境一旦受到扰动破坏，短期内极难恢复，甚至根本无法恢复，具有不可逆转性。四是施工组织难度大。每年有效施工期仅有6个月左右，有的工程必须冬季施工。大量建设物资要通过公路运输，施工由北向南推进，运输距离长，架梁数量很大，需要时间长。 主动降温冷却地基 据青藏铁路建设指挥部有关技术人员介绍，他们坚持依靠科技创新，加大科技投入，在青藏铁路建设中共列部级科研课题96项，安排科研经费近1亿元。在科技部、中国科学院、中国工程院等部门的指导帮助下，总结借鉴国内外冻土工程经验，组织路内外科研、设计单位联合开展冻土攻关，在理论研究、现场试验、勘察设计和科学施工等方面进行了积极探索，在冻土理论与冻土工程实践的结合上取得突破，获得了一大批具有自主知识产权的科技创新成果。 在多年冻土区修建铁路，关键在于保护基础下冻土不发生融化和退化，使工程结构置于稳固的地基上。 从铁道部青藏铁路办公室提供的资料显示，以往在多年冻土区修建铁路，主要采取增加路堤高度和铺设保温材料等措施，隔断或减少外界进入路基下部的热量，从而阻止或延缓多年冻土退化。 大量工程实践表明，这种方法不能从根本上改善路基的热物理状态。青藏铁路确立了“主动降温、冷却地基、保护冻土”的设计思想，使冻土工程设计实现了“三大转变”，即：对冻土环境分析由静态转变为动态；对冻土保护由被动保温转变为主动降温；对冻土治理由单一措施转变为多管齐下、综合施治。 他们在建设过程中还提出了评价多年冻土热稳定性的地温分区和工程分类方法，考虑了全球气候变化可能带来的影响，突出了主动降温措施的动态应用，确定了冻土区桥涵基础形式和设计参数，加强了冻土工程防水设施，体现了中国高原冻土技术的最高水平。 加大勘察现场试验 青藏铁路在建设中还加大地质勘察工作力度，以钻探手段为主导，探地雷达、地震反射波法、电磁法等多种物探方法为辅助和扩充，在550公里多年冻土地段，平均200米一个钻孔，共完成地质钻探17万米、土工化验6万组、地温观测孔800多个、综合物探剖面400公里。针对青藏高原多年冻土特征分布的复杂性，综合考虑地温、含冰量、岩土性质以及地形、地貌、水文等因素，按地温、含冰量等对冻土进行了归类分析，掌握了铁路沿线多年冻土分布特征和变化规律，为工程设计提供了大量技术参数和可靠依据。 青藏高原多年冻土的主要特征是：热稳定性差、厚层地下冰和高含冰量冻土所占比重大、对气候变暖反应极为敏感、太阳辐射强烈。据悉，有关部门正紧密注视全球气候变暖趋势，建立多年冻土铁路地温变形长期动态监测系统。 有关技术人员介绍说，在青藏铁路全面展开施工之前，为检验理论研究成果和工程设计措施的可靠性，建设方就在清水河高温冻土细粒土地段、北麓河厚层地下冰地段、沱沱河融区和多年冻土过渡地段、安多深季节冻土地段、昆仑山和风火山隧道建立了5个工程试验段。试验段的科研工作取得了阶段性成果。 创新整套工程措施 我们在青藏铁路建设工地还了解到建设单位从冻土区创新的一整套工程措施。 ——片石气冷措施。片石气冷路基是在路基垫层之上设置一定厚度和空隙度的片石层，因片石层上下界面间存在温度梯度，引起片石层内空气的对流，热交换作用以对流为主导，利用高原冻土区负积温量值大于正积温量值的气候特点，加快了路基基底地层的散热，取得降低地温、保护冻土的效果。 ——碎石（片石）护坡或护道措施。在路基一侧或两侧堆填碎石或片石，形成护坡或护道。碎石（片石）护坡空隙内的空气在一定温度梯度作用下产生对流，寒季碎石（片石）内空气对流换热作用强烈，有利于地层散热，暖季碎石（片石）内空气对流作用减弱，对热量的传入产生屏蔽作用，减少了暖季的传热，达到了降低地温、保护冻土的效果。 ——通风管措施。在路基内横向埋设水平通风管，冬季冷空气在管内对流，加强了路基填土的散热，有利于降低基底地温，提高冻土的稳定性。 ——热棒措施。热棒是利用管内介质的气液两相转换，依靠冷凝器与蒸发器之间的温差，通过对流循环来实现热量传导的系统。青藏铁路有32公里路基采用了热棒措施。 此外还有遮阳棚、隔热保温、基底换填、路基排水、路桥过渡段、桥涵基础等等。 在多年冻土区昆仑山、风火山隧道建设中，充分考虑冻融作用对隧道结构的影响，控制隧道开挖施工的环境温度，减少围岩冻融圈范围。采用合理的衬砌断面形式和钢筋混凝土衬砌结构，设置隔热保温层，减少围岩的热交换，减轻冻胀作用对衬砌的影响。按寒区隧道特点设置防排水系统，有效防止地下水的危害。 风火山隧道是多年冻土隧道，施工单位研制了隧道大型空调系统，把洞内开挖温度控制在-5℃至5℃之间，衬砌混凝土入模温度控制在5℃，提高了冻土回冻速度，减少了扰动冻土，确保了混凝土质量。在高含冰量冻土路堑地段，分段分层采用机械或爆破开挖，减少地基暴露时间。基坑开挖后白天用遮阳材料覆盖，晚上揭开以利于回冻，施工前作好充分准备，连续快速作业，减少热扰动。 据悉，目前青藏铁路已完工程经过两个以上冻融循环的检验，初步证明所采取的工程措施效果良好，冻土路基没有发生大的冻胀融沉病害，路基基底的冻土上限普遍上升，路基阴阳坡不均匀沉陷和部分试验路基开裂问题基本得到解决，变形逐步趋于稳定。建成后的桥梁和隧道处于稳定状态。去年9月，在兰州召开的第六届国际多年冻土工程会议上，中外冻土专家考察了建设中的青藏铁路，认为青藏铁路采取保护冻土的设计原则正确，主要工程措施可靠，能够保证安全稳定。
（科技日报）