论文部分内容阅读
在青藏铁路格拉段(格尔木至拉萨)2001年开始建设时，各种质疑的声音就没有间断过，其中以“无法解决多年冻土的问题”为最。时至今日，又有专家指出，青藏铁路经过的青藏高原冻土层几十年来持续退化，刚刚建成铺通的青藏铁路在一段时间之后将会有安全之虞……带着种种疑问，我们踏上了高原冻土解密之旅。
高原的天气非常捉弄人，一会儿是冰雹，一会儿是阳光，一会儿是雨雪，短短一天，你可经历地球上所有的气象。唯一不变的是寒冷。虽然已是5月中旬，空气却如刀割般，一会儿便在裸露的脸颊上划出道道冰冷的伤痕来。
还没到冠名为“青藏高原综合观测研究站”的冰土工程国家重点研究室青藏高原研究基地，雪就把路面下花了。刹车在这座筑在海拔高达4737米的小房子前的空地上将一小块还没来得及抽青的草皮翻卷了上来，闻声后，刘永智的藏狗及时而守职地朝我们狂吠起来。刘永智用带着兰州口音的普通话严厉地呵斥了一声。藏狗马上听话地收起了它的鲁莽。
刘永智是中国冻土研究首席科学家之一。自从1974年大学毕业后，就再也没有离开过可可西里。
在这个寂静的科研基地，刘永智和他的几位同事共同守望着这片地球上中低纬度面积最大、海拔最高、温度最低的多年冻土区和山地冰川分布区。这个观测研究站是我国在多年冻土区唯一的也是高原地区唯一的综合性观测研究站。
刘永智面肤黝黑，长年在高原上工作，步子已经有些踉跄了。因为刚刚去了外地回来，来不及适应高原反应的他还有些气喘。
近处是刘永智温驯下来的藏狗的喘息和招待我们的缭绕的浓香咖啡，远处是沿地平线起伏的青藏铁路。我们的话题就从铁路和冻土开始。
冻在土中的高科技
根据资料显示，全世界在多年冻土区修建铁路已有百年以上历史，但已建成的多年冻土区铁路病害率很高。有百年历史的俄罗斯第一条西伯利亚铁路，由于对冻土的认识不清，缺乏工程经验，采取的措施单一，已经出现了大范围的融化下沉和冻胀隆起等病害，1996年调查的线路病害率达45%。俄罗斯西伯利亚的冻土铁路虽然比我们的青藏铁路长，有三四千公里，但其海拔只有两三千米。冻土虽然在加拿大、美国等国家也存在，但它们属高纬度冻土，比较稳定且列车时速并不高。
鉴于这样的背景，在青藏铁路格拉段2001年开始建设时，各种质疑的声音就没有间断过，其中以“无法解决多年冻土的问题”为最。即使是2006年青藏铁路全线铺通之后，国内仍有专家公开指出，青藏高原冻土正在退融，青藏铁路必经之地冻土层几十年来持续退化，刚刚建成铺通的青藏铁路在一段时间之后将会有安全之虞。刘永智和他的同事们就是在这样紧张而高压的氛围中，经过各种各样的实验和尝试，首创了“片石气冷路基、热棒路基、通风管路基等冻土保护措施”和“主动降温，冷却路基”为核心的积极保护冻土思路。这条已建成并成功运营5年的青藏铁路目前已成了世界上穿越多年连续冻土里程最长（550公里）、拥有世界最高冻土隧道风火山隧道（海拔4905米）、世界上最长高原冻土隧道昆仑山隧道（全长1686米）、在世界高原冻土铁路上的最高时速——100公里的高原铁路……而其间每一厘米的天路都饱含着刘永智和他同事们的艰辛，也富含令人叹服和惊咋的高科技。
“通过主动降温，减少传入地基土层的热量，保证多年冻土层的热稳定。冻土退融得越少，地表变形越不明显，上面的铁轨就越安全。”刘永智力求用简单的语言给我们扫盲。他还告诉我们，在青藏铁路线上经常看到的那种类似雷达测速的铁棒子，是他们众多冻土降温措施中的一种，学名叫热管，也就是当地人通常俗称的“散热棒”。这种用来稳定冻土路基的散热装置是从俄罗斯引入的一种高科技，其原理与冰箱雷同：将热管插入路基两侧的地基土中就可以有效地将空气中的冷量传递到土中，且将土中的热量散发出去，从而有效地控制了热量向下传递，保持地基土处于冻结状态，达到路基稳定的目的。从西大滩到安多的铁路段沿线，路基两旁都插有这种像栅栏一样的散热棒，就是这18200根热棒，让青藏铁路跨越了546公里的多年冻土区。
除了热管，青藏铁路还使用了其他一些方法来稳定冻土的路基：通风管路基，顾名思议就是通过在路基上加设通风管道达到空气循环和保温的目的；片石冷路基，既可降温又可以防止铁路路肩的流失和防止雨水对路基的冲刷；片石护坡路基，作用同上；空心管路基；保温材料路基，通过在路基底下埋设挤缩板等达到稳定路基的作用。
昂贵的生态保护费
在监测站外不远处的高原公路实验段，我们见到了刘智永刚才介绍的各种路基段。5月中旬的天气，可可西里正在大面积地“泛浆”。“泛浆”是当地人的说法，指的是冻土解冻变软，土中所含的水开始起威力了。不用说，这对铁路来说会意味着什么。
“这段长达550公里的冻土层因全球变暖的影响已比几十年前变薄了10到40厘米。如今冻土层仍在持续退融，而冻土层融化受威胁最大的就是冻土层上面的青藏铁路。冻土层融沉导致的地表变形将使铁轨失去平顺性，影响列车行驶。”
如果仅仅是面对一年一融的冻土那还好说，现在，我们面对的是全球性难题——全球变暖——而在全球变暖的大环境下，草原退化和冻土退融几乎是同步成正比在进行的。草原植被好，冻土层的隔热效果在自然就好。刘永智发现，从他来这儿工作到现在的几十年间，草场已经退化了不少，高原植被也遭到了很大的破坏，而高原植被破坏得越多，冻土退融速率也就会变得越快。2009年国家立项投资300万元在监测站不远处建立的这个实验基地就是为了应对各种气候和地质变化的极限。面对全球气候变暖这个人人谈虎色变的灾难趋势，刚刚建成的青藏铁路也必须采取各种应对措施。“一旦冻土层持续退融变得极不稳定的话，‘以桥代路’可能是目前最好解决的方法。”刘永智说。
青藏铁路线上最长的“以桥代路”工程就是全长11.7公里的清水河大桥，也是世界上建在高原冻土地段上的最长铁路桥。“以桥代路”不仅是为解决高原冻土地带路基稳定的问题，各桥墩间的1300多个桥孔也可供藏羚羊等野生动物自由迁徙。每一公里以桥代路的工程费用要5000万元。
“以前铁路修到哪里，植被就破坏到哪里”。而全长1142公里的青藏铁路是世界上海拔最高的铁路，修建在珍稀物种丰富、生态环境脆弱的青藏高原之上，一旦破坏环境很难恢复。
50年前修建的青藏公路限于当时条件艰苦，修建时一般都是就地取材，一些当年取土挖砂的小土坑至今没有长出绿草。50年后，青藏铁路在自然保护区内遵循“能避绕就避绕”的原则，施工场地、便道、砂石料场的选址都经反复踏勘确定，尽量避免破坏植被。为了恢复铁路用地上的植被，高原冻土区植被恢复与再造采用先进技术，使植物试种成活率达70％以上。在铁路修建管护和过程中，施工人员在取土前就把表层的植被和表土铲除后集中堆放、养护，取完了以后回铺。据说仅修建时沿线草皮移植的花费就高达2亿多元，回铺的草皮达数千万平方米。
回到青藏高原综合观测研究站，雪中的高原风依然很大。虽然这对靠风力供电的监测站来说是件好事，但却侵害着年事已高的刘永智的身体。头发花白的刘永智嘴唇有些发乌，他说这是因为刚“进山”不久的缘故。“多喝咖啡，咖啡能够抗高原反应。”刘永智将自己发明的土办法告诉我们，同时，也有些黯然地说：“老了，适应能力再也不能与年轻那会儿相比了。
“年一过我就要退休离开这里了，说不上是庆幸还是留恋。但只要青藏铁路还在运营，这里的工作就永远不能放松。”我们听得出，是留恋多于庆幸，毕竟，恶劣的自然适应起来容易，要戒掉专业领域的痴情与迷恋难。
链接：
风火山隧道
位于可可西里“无人区”边缘的风火山隧道，全长1338米，，是目前世界上海拔最高的铁路隧道。隧道所处风火山垭口高寒缺氧、平均海拔4900米左右，年均气温零下7℃，寒季最低气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％左右，被喻为“生命禁区”。隧道洞身全部位于冻土、冻岩中，地质岩层复杂，集饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰、泥砂岩等恶劣地质于一体。隧道最大埋深100米，隧道采用5层先后施作的隧道支护衬砌结构形式，成功突破高原冻土技术难题，是世界上最长的“冻土隧道”之一。
高原的天气非常捉弄人，一会儿是冰雹，一会儿是阳光，一会儿是雨雪，短短一天，你可经历地球上所有的气象。唯一不变的是寒冷。虽然已是5月中旬，空气却如刀割般，一会儿便在裸露的脸颊上划出道道冰冷的伤痕来。
还没到冠名为“青藏高原综合观测研究站”的冰土工程国家重点研究室青藏高原研究基地，雪就把路面下花了。刹车在这座筑在海拔高达4737米的小房子前的空地上将一小块还没来得及抽青的草皮翻卷了上来，闻声后，刘永智的藏狗及时而守职地朝我们狂吠起来。刘永智用带着兰州口音的普通话严厉地呵斥了一声。藏狗马上听话地收起了它的鲁莽。
刘永智是中国冻土研究首席科学家之一。自从1974年大学毕业后，就再也没有离开过可可西里。
在这个寂静的科研基地，刘永智和他的几位同事共同守望着这片地球上中低纬度面积最大、海拔最高、温度最低的多年冻土区和山地冰川分布区。这个观测研究站是我国在多年冻土区唯一的也是高原地区唯一的综合性观测研究站。
刘永智面肤黝黑，长年在高原上工作，步子已经有些踉跄了。因为刚刚去了外地回来，来不及适应高原反应的他还有些气喘。
近处是刘永智温驯下来的藏狗的喘息和招待我们的缭绕的浓香咖啡，远处是沿地平线起伏的青藏铁路。我们的话题就从铁路和冻土开始。
冻在土中的高科技
根据资料显示，全世界在多年冻土区修建铁路已有百年以上历史，但已建成的多年冻土区铁路病害率很高。有百年历史的俄罗斯第一条西伯利亚铁路，由于对冻土的认识不清，缺乏工程经验，采取的措施单一，已经出现了大范围的融化下沉和冻胀隆起等病害，1996年调查的线路病害率达45%。俄罗斯西伯利亚的冻土铁路虽然比我们的青藏铁路长，有三四千公里，但其海拔只有两三千米。冻土虽然在加拿大、美国等国家也存在，但它们属高纬度冻土，比较稳定且列车时速并不高。
鉴于这样的背景，在青藏铁路格拉段2001年开始建设时，各种质疑的声音就没有间断过，其中以“无法解决多年冻土的问题”为最。即使是2006年青藏铁路全线铺通之后，国内仍有专家公开指出，青藏高原冻土正在退融，青藏铁路必经之地冻土层几十年来持续退化，刚刚建成铺通的青藏铁路在一段时间之后将会有安全之虞。刘永智和他的同事们就是在这样紧张而高压的氛围中，经过各种各样的实验和尝试，首创了“片石气冷路基、热棒路基、通风管路基等冻土保护措施”和“主动降温，冷却路基”为核心的积极保护冻土思路。这条已建成并成功运营5年的青藏铁路目前已成了世界上穿越多年连续冻土里程最长（550公里）、拥有世界最高冻土隧道风火山隧道（海拔4905米）、世界上最长高原冻土隧道昆仑山隧道（全长1686米）、在世界高原冻土铁路上的最高时速——100公里的高原铁路……而其间每一厘米的天路都饱含着刘永智和他同事们的艰辛，也富含令人叹服和惊咋的高科技。
“通过主动降温，减少传入地基土层的热量，保证多年冻土层的热稳定。冻土退融得越少，地表变形越不明显，上面的铁轨就越安全。”刘永智力求用简单的语言给我们扫盲。他还告诉我们，在青藏铁路线上经常看到的那种类似雷达测速的铁棒子，是他们众多冻土降温措施中的一种，学名叫热管，也就是当地人通常俗称的“散热棒”。这种用来稳定冻土路基的散热装置是从俄罗斯引入的一种高科技，其原理与冰箱雷同：将热管插入路基两侧的地基土中就可以有效地将空气中的冷量传递到土中，且将土中的热量散发出去，从而有效地控制了热量向下传递，保持地基土处于冻结状态，达到路基稳定的目的。从西大滩到安多的铁路段沿线，路基两旁都插有这种像栅栏一样的散热棒，就是这18200根热棒，让青藏铁路跨越了546公里的多年冻土区。
除了热管，青藏铁路还使用了其他一些方法来稳定冻土的路基：通风管路基，顾名思议就是通过在路基上加设通风管道达到空气循环和保温的目的；片石冷路基，既可降温又可以防止铁路路肩的流失和防止雨水对路基的冲刷；片石护坡路基，作用同上；空心管路基；保温材料路基，通过在路基底下埋设挤缩板等达到稳定路基的作用。
昂贵的生态保护费
在监测站外不远处的高原公路实验段，我们见到了刘智永刚才介绍的各种路基段。5月中旬的天气，可可西里正在大面积地“泛浆”。“泛浆”是当地人的说法，指的是冻土解冻变软，土中所含的水开始起威力了。不用说，这对铁路来说会意味着什么。
“这段长达550公里的冻土层因全球变暖的影响已比几十年前变薄了10到40厘米。如今冻土层仍在持续退融，而冻土层融化受威胁最大的就是冻土层上面的青藏铁路。冻土层融沉导致的地表变形将使铁轨失去平顺性，影响列车行驶。”
如果仅仅是面对一年一融的冻土那还好说，现在，我们面对的是全球性难题——全球变暖——而在全球变暖的大环境下，草原退化和冻土退融几乎是同步成正比在进行的。草原植被好，冻土层的隔热效果在自然就好。刘永智发现，从他来这儿工作到现在的几十年间，草场已经退化了不少，高原植被也遭到了很大的破坏，而高原植被破坏得越多，冻土退融速率也就会变得越快。2009年国家立项投资300万元在监测站不远处建立的这个实验基地就是为了应对各种气候和地质变化的极限。面对全球气候变暖这个人人谈虎色变的灾难趋势，刚刚建成的青藏铁路也必须采取各种应对措施。“一旦冻土层持续退融变得极不稳定的话，‘以桥代路’可能是目前最好解决的方法。”刘永智说。
青藏铁路线上最长的“以桥代路”工程就是全长11.7公里的清水河大桥，也是世界上建在高原冻土地段上的最长铁路桥。“以桥代路”不仅是为解决高原冻土地带路基稳定的问题，各桥墩间的1300多个桥孔也可供藏羚羊等野生动物自由迁徙。每一公里以桥代路的工程费用要5000万元。
“以前铁路修到哪里，植被就破坏到哪里”。而全长1142公里的青藏铁路是世界上海拔最高的铁路，修建在珍稀物种丰富、生态环境脆弱的青藏高原之上，一旦破坏环境很难恢复。
50年前修建的青藏公路限于当时条件艰苦，修建时一般都是就地取材，一些当年取土挖砂的小土坑至今没有长出绿草。50年后，青藏铁路在自然保护区内遵循“能避绕就避绕”的原则，施工场地、便道、砂石料场的选址都经反复踏勘确定，尽量避免破坏植被。为了恢复铁路用地上的植被，高原冻土区植被恢复与再造采用先进技术，使植物试种成活率达70％以上。在铁路修建管护和过程中，施工人员在取土前就把表层的植被和表土铲除后集中堆放、养护，取完了以后回铺。据说仅修建时沿线草皮移植的花费就高达2亿多元，回铺的草皮达数千万平方米。
回到青藏高原综合观测研究站，雪中的高原风依然很大。虽然这对靠风力供电的监测站来说是件好事，但却侵害着年事已高的刘永智的身体。头发花白的刘永智嘴唇有些发乌，他说这是因为刚“进山”不久的缘故。“多喝咖啡，咖啡能够抗高原反应。”刘永智将自己发明的土办法告诉我们，同时，也有些黯然地说：“老了，适应能力再也不能与年轻那会儿相比了。
“年一过我就要退休离开这里了，说不上是庆幸还是留恋。但只要青藏铁路还在运营，这里的工作就永远不能放松。”我们听得出，是留恋多于庆幸，毕竟，恶劣的自然适应起来容易，要戒掉专业领域的痴情与迷恋难。
链接：
风火山隧道
位于可可西里“无人区”边缘的风火山隧道，全长1338米，，是目前世界上海拔最高的铁路隧道。隧道所处风火山垭口高寒缺氧、平均海拔4900米左右，年均气温零下7℃，寒季最低气温达零下41℃，空气中氧气含量只有内地的50％左右，被喻为“生命禁区”。隧道洞身全部位于冻土、冻岩中，地质岩层复杂，集饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰、泥砂岩等恶劣地质于一体。隧道最大埋深100米，隧道采用5层先后施作的隧道支护衬砌结构形式，成功突破高原冻土技术难题，是世界上最长的“冻土隧道”之一。