中新網(wǎng)北京8月25日電 題：青藏鐵路多年凍土科研攻關(guān)探秘
中新社記者孫自法
巍巍昆侖，皚皚雪山。
在這塊被譽(yù)為“世界屋脊”和地球“第三極”的土地上，中國(guó)人正在修筑一條世界上海拔最高的鐵路——青藏鐵路。
專家稱，多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱是青藏鐵路建設(shè)無(wú)法回避的三大難題，其中多年凍土尤為關(guān)鍵，是“最難啃的一塊骨頭”，它的解決與否，直接決定著青藏鐵路的成敗。
如今，青藏鐵路已從格爾木鋪過沱沱河，鋪軌里程近全線一半。六月下旬，安多成為青藏鐵路第二個(gè)鋪軌點(diǎn)，青藏線建設(shè)進(jìn)度大大加快。這無(wú)疑表明，中國(guó)已初步解決鐵路穿越多年凍土地帶的工程技術(shù)難題。
最難啃的骨頭誰(shuí)來(lái)啃？難題又是怎樣解決的？記者不久前為此赴蘭州、上青海采訪，承擔(dān)青藏鐵路多年凍土問題研究的中國(guó)科學(xué)家，以及他們?yōu)橹リP(guān)的艱辛的科研歷程，開始浮出水面。
凍土研究列入中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目
二00一年，與青藏鐵路開工幾乎同步，有中國(guó)科研機(jī)構(gòu)“國(guó)家隊(duì)”之稱的中國(guó)科學(xué)院經(jīng)過充分論證，決定以其四十多年青藏鐵路全線多年凍土調(diào)查、勘探和研究為基礎(chǔ)，在知識(shí)創(chuàng)新工程中啟動(dòng)實(shí)施“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)”重大項(xiàng)目。
項(xiàng)目領(lǐng)軍人物、中科院蘭州分院院長(zhǎng)、凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任程國(guó)棟院士介紹說(shuō)，圍繞青藏鐵路迫切需要解決的及未來(lái)可能遇到問題，該項(xiàng)目設(shè)立七個(gè)研究課題：青藏鐵路建設(shè)中凍土工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究、青藏鐵路沿線路基凍融病害形成機(jī)理及其防治對(duì)策研究、青藏鐵路氣候與多年凍土間的相互作用、青藏鐵路工程與多年凍土間的相互作用、鐵路路基動(dòng)荷載穩(wěn)定性及含鹽土工程特性研究、青藏鐵路數(shù)字路基及仿真平臺(tái)開發(fā)研究、青藏鐵路典型地段高原雷暴天氣災(zāi)害預(yù)警和防御的應(yīng)用研究。
程國(guó)棟稱，這一知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，已取得重要的創(chuàng)新性階段研究成果，為青藏鐵路在凍土區(qū)的設(shè)計(jì)、施工提供了有力的科學(xué)技術(shù)保障，也為其后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)和潛在病害整治做好科學(xué)與技術(shù)儲(chǔ)備。項(xiàng)目組參與編制出《青藏鐵路多年凍土區(qū)工程勘察暫行規(guī)定》、《青藏鐵路多年凍土區(qū)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》，提出路基設(shè)計(jì)應(yīng)以冷卻路基的保護(hù)凍土的設(shè)計(jì)思路、合理路基高度的設(shè)計(jì)依據(jù)、橋涵防凍脹措施及寒區(qū)隧道防凍害措施等關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題。
頗為引人注目的是，“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)”項(xiàng)目設(shè)有兩位首席科學(xué)家，他們就是被稱為程國(guó)棟“左膀右臂”的青年研究員馬巍和吳青柏。
科學(xué)思路：主動(dòng)冷卻路基保護(hù)多年凍土
在中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所的凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，剛剛從青藏鐵路北麓河試驗(yàn)段回來(lái)的馬巍尚未洗凈高原風(fēng)塵，便投身于實(shí)驗(yàn)室研究之中。提起凍土研究，他興奮地打開了話匣子：
青藏鐵路處于邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊研究的“四邊”建設(shè)狀態(tài)，必須采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念�！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)目科研人員通過試驗(yàn)段研究發(fā)現(xiàn)，保溫材料只能夠延緩多年凍土融化，在高溫高含冰量條件和氣候轉(zhuǎn)暖條件根本無(wú)法確保路基穩(wěn)定。
因此，“我們提出改變以往單純依賴增加熱阻保護(hù)多年凍土的方法，采用冷卻路基思路、主動(dòng)保護(hù)多年凍土工程措施來(lái)確保工程穩(wěn)定性”。這一思路的具體措施包括塊石路基、碎石護(hù)坡，在路基兩旁埋設(shè)高效導(dǎo)熱的熱棒、熱樁，在路基中鋪設(shè)通風(fēng)管，在路基頂部和路基邊坡鋪設(shè)遮陽(yáng)棚、遮陽(yáng)板等。
還有一種工程設(shè)計(jì)措施就是以橋代路，這個(gè)橋可不是一般跨江過河的橋，凍土科研攻關(guān)人員將之命名為“旱橋”。馬巍稱，旱橋橋樁穿越凍土層而直接打在堅(jiān)實(shí)的底層，橋上鋪架鐵軌即可最大限度地避免凍土的影響。青藏鐵路穿越可可西里凍土區(qū)的清水河特大橋，就是典型的旱橋，該橋長(zhǎng)達(dá)十一點(diǎn)七公里，氣勢(shì)巍然壯觀。
雖然對(duì)凍土區(qū)的青藏鐵路線建設(shè)、運(yùn)營(yíng)而言，旱橋是最可靠、最安全的工程措施，但由于其造價(jià)太昂貴，每公里要耗資五千萬(wàn)元人民幣之巨，而全長(zhǎng)一千多公里的青藏鐵路全線總投資僅約三百億元人民幣。因此，旱橋不能、也無(wú)法推廣使用，只是在凍土條件復(fù)雜、安全性要求高的區(qū)域采用。
北麓河試驗(yàn)段：幾乎涵蓋青藏鐵路所有工程措施
從格爾木出發(fā)，沿青藏公路驅(qū)車在三百二十公里，在青藏公路和鐵路線之間的山崗上，藍(lán)天白云下一幢紅頂藍(lán)墻的塑鋼建筑格外醒目。它就是青藏鐵路北麓河試驗(yàn)段的大本營(yíng)——中科院凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原研究基地。
這里海拔四千六百多米，據(jù)稱是中國(guó)每拔最高的一個(gè)科研單元。凍土研究另一位首席科學(xué)家吳青柏稱，總投資一千多萬(wàn)元人民幣建成的該研究基地，是中科院為青藏鐵路建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)提供的一個(gè)科學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)和示范工程。
他介紹說(shuō)，北麓河試驗(yàn)段全長(zhǎng)十四公里，整個(gè)試驗(yàn)段多年凍土上限附近富含厚層地下冰，且多年凍土低溫空間分布狀態(tài)分異性較強(qiáng)，是青藏線五個(gè)試驗(yàn)段中凍土條件最復(fù)雜、地下冰含量最高、溫度場(chǎng)變化最復(fù)雜的一個(gè)試驗(yàn)段。鐵道部于二00一年將這一試驗(yàn)段交給中科院負(fù)責(zé)，科研人員對(duì)試驗(yàn)段各個(gè)斷面內(nèi)有關(guān)變形、地溫、水分、沉降等內(nèi)容的九千多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行全年不間斷高精度的觀測(cè)和分析，迄今已完成包括塊石路基、通風(fēng)路基、塊石、碎石護(hù)坡等青藏鐵路幾乎所有工程措施的實(shí)體工程試驗(yàn)。
看上去頗似藏族同胞的劉永智研究員在這個(gè)試驗(yàn)段資歷最老，一九七五年三月，新婚一個(gè)月的他為凍土研究就只身來(lái)到高原，每次一呆就是六到七個(gè)月，最長(zhǎng)一年多。他說(shuō)，那時(shí)青藏鐵路剛剛上馬，如今鐵路已成功穿越多年凍土，“凍土事業(yè)后繼有人，大有希望”。
高原是“上來(lái)不想下去，下去不想上來(lái)，來(lái)來(lái)回回反應(yīng)更強(qiáng)烈”。吳青柏表示，為了青藏鐵路建設(shè)，為了凍土科研事業(yè)，他們將竭盡全力。
未雨綢繆加強(qiáng)機(jī)理及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究
北麓河試驗(yàn)段青藏線之畔，正在修筑的一條僅兩百四十米長(zhǎng)的鐵路路基引起人們注意。吳青柏告訴記者，這是投入一百五十萬(wàn)元人民幣，與青藏鐵路建設(shè)總指揮部聯(lián)合建造的對(duì)比試驗(yàn)路基，主要是驗(yàn)證凍土工程措施的可靠性，開展各種工程措施及凍土變化的機(jī)理研究。
青藏高原多年凍土具有地溫高、厚度薄等特點(diǎn)，其復(fù)雜性和獨(dú)特性舉世無(wú)雙，加之全球氣候變暖、工程擾動(dòng)因素，勢(shì)必對(duì)凍土產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。為此，高原科研基地的科學(xué)家們一方面進(jìn)行“知其所以然”的機(jī)理研究，一方面未雨綢繆，著手加強(qiáng)青藏線凍土及環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究。
馬巍說(shuō)，考慮到青藏線與青康公路(青海西寧至四川康定)地質(zhì)條件非常近似，科研人員提出“以空間換時(shí)間”概念，通過青康公路沿線多年凍土現(xiàn)狀與收集到的數(shù)據(jù)，可分析青藏鐵路沿線工程和氣候變化下多年凍土變化趨勢(shì)。
吳青柏稱，青藏線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究是一項(xiàng)涉及面很廣的系統(tǒng)工程，近三年來(lái)，他們?cè)谇嗖罔F路沿線系統(tǒng)地布設(shè)了二十九個(gè)監(jiān)測(cè)段面和三個(gè)不同多年凍土溫度區(qū)的塊石路基監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，設(shè)立十個(gè)多年凍土深孔監(jiān)測(cè)點(diǎn)和十三個(gè)活動(dòng)層監(jiān)測(cè)場(chǎng)地，基本構(gòu)建起青藏鐵路工程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。與此同時(shí)，青藏鐵路多年凍土與氣候監(jiān)測(cè)網(wǎng)目前已初步建立，并開始正常的監(jiān)測(cè)工作。
多年凍土問題的解決，對(duì)青藏線的貢獻(xiàn)有多大？嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家們對(duì)此不愿多說(shuō)，但他們均表示，通過參與青藏鐵路建設(shè)，凍土大國(guó)中國(guó)已躋身于凍土研究國(guó)際先進(jìn)行列。
