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，中國人正在修筑一條世界上海拔最高的鐵路——青藏鐵路。
專(zhuān)家稱(chēng)，多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱是青藏鐵路建設無(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(zhù)青藏鐵路的成敗。
如今，青藏鐵路已從格爾木鋪過(guò)沱沱河，鋪軌里程近全線(xiàn)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(xiàn)建設進(jìn)度大大加快。這無(wú)疑表明，中國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(fǎng)，承擔青藏鐵路多年凍土問(wèn)題研究的中國科學(xué)家，以及他們?yōu)橹リP(guān)的艱辛的科研歷程，開(kāi)始浮出水面。
凍土研究列入中科院知識創(chuàng )新工程重大項目
二00一年，與青藏鐵路開(kāi)工幾乎同步，有中國科研機構“國家隊”之稱(chēng)的中國科學(xué)院經(jīng)過(guò)充分論證，決定以其四十多年青藏鐵路全線(xiàn)多年凍土調查、勘探和研究為基礎，在知識創(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”重大項目。
項目領(lǐng)軍人物、中科院蘭州分院院長(cháng)、凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任程國棟院士介紹說(shuō)，圍繞青藏鐵路迫切需要解決的及未來(lái)可能遇到問(wèn)題，該項目設立七個(gè)研究課題：青藏鐵路建設中凍土工程結構穩定性研究、青藏鐵路沿線(xiàn)路基凍融病害形成機理及其防治對策研究、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)荷載穩定性及含鹽土工程特性研究、青藏鐵路數字路基及仿真平臺開(kāi)發(fā)研究、青藏鐵路典型地段高原雷暴天氣災害預警和防御的應用研究。
程國棟稱(chēng)，這一知識創(chuàng )新工程重大項目啟動(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的設計、施工提供了有力的科學(xué)技術(shù)保障，也為其后期運營(yíng)維護和潛在病害整治做好科學(xué)與技術(shù)儲備。項目組參與編制出《青藏鐵路多年凍土區工程勘察暫行規定》、《青藏鐵路多年凍土區工程設計暫行規定》，提出路基設計應以冷卻路基的保護凍土的設計思路、合理路基高度的設計依據、橋涵防凍脹措施及寒區隧道防凍害措施等關(guān)鍵設計問(wèn)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”項目設有兩位首席科學(xué)家，他們就是被稱(chēng)為程國棟“左膀右臂”的青年研究員馬巍和吳青柏。
科學(xué)思路：主動(dòng)冷卻路基保護多年凍土
在中科院寒區旱區環(huán)境與工程研究所的凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室里，剛剛從青藏鐵路北麓河試驗段回來(lái)的馬巍尚未洗凈高原風(fēng)塵，便投身于實(shí)驗室研究之中。提起凍土研究，他興奮地打開(kāi)了話(huà)匣子：
青藏鐵路處于邊勘測、邊設計、邊施工、邊研究的“四邊”建設狀態(tài)，必須采用動(dòng)態(tài)設計理念�！扒嗖罔F路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應”項目科研人員通過(guò)試驗段研究發(fā)現，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暖條件根本無(wú)法確保路基穩定。
因此，“我們提出改變以往單純依賴(lài)增加熱阻保護多年凍土的方法，采用冷卻路基思路、主動(dòng)保護多年凍土工程措施來(lái)確保工程穩定性”。這一思路的具體措施包括塊石路基、碎石護坡，在路基兩旁埋設高效導熱的熱棒、熱樁，在路基中鋪設通風(fēng)管，在路基頂部和路基邊坡鋪設遮陽(yáng)棚、遮陽(yáng)板等。
還有一種工程設計措施就是以橋代路，這個(gè)橋可不是一般跨江過(guò)河的橋，凍土科研攻關(guān)人員將之命名為“旱橋”。馬巍稱(chēng)，旱橋橋樁穿越凍土層而直接打在堅實(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的清水河特大橋，就是典型的旱橋，該橋長(cháng)達十一點(diǎn)七公里，氣勢巍然壯觀(guān)。
雖然對凍土區的青藏鐵路線(xiàn)建設、運營(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(cháng)一千多公里的青藏鐵路全線(xiàn)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，只是在凍土條件復雜、安全性要求高的區域采用。
北麓河試驗段：幾乎涵蓋青藏鐵路所有工程措施
從格爾木出發(fā)，沿青藏公路驅車(chē)在三百二十公里，在青藏公路和鐵路線(xiàn)之間的山崗上，藍天白云下一幢紅頂藍墻的塑鋼建筑格外醒目。它就是青藏鐵路北麓河試驗段的大本營(yíng)——中科院凍土工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室青藏高原研究基地。
這里海拔四千六百多米，據稱(chēng)是中國每拔最高的一個(gè)科研單元。凍土研究另一位首席科學(xué)家吳青柏稱(chēng)，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、運營(yíng)和維護提供的一個(gè)科學(xué)試驗平臺和示范工程。
他介紹說(shuō)，北麓河試驗段全長(cháng)十四公里，整個(gè)試驗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，是青藏線(xiàn)五個(gè)試驗段中凍土條件最復雜、地下冰含量最高、溫度場(chǎng)變化最復雜的一個(gè)試驗段。鐵道部于二00一年將這一試驗段交給中科院負責，科研人員對試驗段各個(gè)斷面內有關(guān)變形、地溫、水分、沉降等內容的九千多個(gè)觀(guān)測點(diǎn)進(jìn)行全年不間斷高精度的觀(guān)測和分析，迄今已完成包括塊石路基、通風(fēng)路基、塊石、碎石護坡等青藏鐵路幾乎所有工程措施的實(shí)體工程試驗。
看上去頗似藏族同胞的劉永智研究員在這個(gè)試驗段資歷最老，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(cháng)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)回回反應更強烈”。吳青柏表示，為了青藏鐵路建設，為了凍土科研事業(yè)，他們將竭盡全力。
未雨綢繆加強機理及動(dòng)態(tài)監測研究
北麓河試驗段青藏線(xiàn)之畔，正在修筑的一條僅兩百四十米長(cháng)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，與青藏鐵路建設總指揮部聯(lián)合建造的對比試驗路基，主要是驗證凍土工程措施的可靠性，開(kāi)展各種工程措施及凍土變化的機理研究。
青藏高原多年凍土具有地溫高、厚度薄等特點(diǎn)，其復雜性和獨特性舉世無(wú)雙，加之全球氣候變暖、工程擾動(dòng)因素，勢必對凍土產(chǎn)生長(cháng)遠影響。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”的機理研究，一方面未雨綢繆，著(zhù)手加強青藏線(xiàn)凍土及環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)監測研究。
馬巍說(shuō)，考慮到青藏線(xiàn)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(guò)青康公路沿線(xiàn)多年凍土現狀與收集到的數據，可分析青藏鐵路沿線(xiàn)工程和氣候變化下多年凍土變化趨勢。
吳青柏稱(chēng)，青藏線(xiàn)動(dòng)態(tài)監測研究是一項涉及面很廣的系統工程，近三年來(lái)，他們在青藏鐵路沿線(xiàn)系統地布設了二十九個(gè)監測段面和三個(gè)不同多年凍土溫度區的塊石路基監測場(chǎng)地，設立十個(gè)多年凍土深孔監測點(diǎn)和十三個(gè)活動(dòng)層監測場(chǎng)地，基本構建起青藏鐵路工程動(dòng)態(tài)監測平臺。與此同時(shí)，青藏鐵路多年凍土與氣候監測網(wǎng)目前已初步建立，并開(kāi)始正常的監測工作。
多年凍土問(wèn)題的解決，對青藏線(xiàn)的貢獻有多大？嚴謹的科學(xué)家們對此不愿多說(shuō)，但他們均表示，通過(guò)參與青藏鐵路建設，凍土大國中國已躋身于凍土研究國際先進(jìn)行列。
