冻土问题专家吴青柏:青藏铁路成功克服冻土难题

　　7月1日，举世瞩目的青藏铁路即将开通。6月28日，新浪网连线中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室副主任吴青柏，向网友介绍青藏铁路工程与冻土环境效应问题。以下为连线实录：

　　新浪网：青藏铁路之所以举世瞩目，是因为它必须要攻克冻土、高原缺氧、植被恢复、野生动物通道等系列世界性的难题。其中，冻土问题尤受关注。

　　吴青柏：是这样，青藏铁路的成败决定于路基，而路基最大问题就是多年冻土，而对温度极为敏感的多年冻土层，极易受天然因素气候变化或人为活动的影响。

　　新浪网：从格尔木往前行120公里就是西大滩，而再往前就是被工程界称为“禁区”的冻土世界。冻土对铁路工程最大的影响是什么？

　　吴青柏：从上世纪60年代起，高原地质勘探人员通过钻孔研究地下的结构，但提取的岩芯心让人心寒：地表是薄薄的草皮，往下两米的范围就是冻结的砂砾土层，再往下便是混杂有泥土的冰块，甚至是纯冰块。冻土最大的问题就是不稳定性，气温稍微上升，地下的冰层就要融化，下面软了，上面的路也就塌了；而冬天温度降低体积发生膨胀，就会把建在上面的路基和钢轨顶起来，一降一升铁路就成了大麻花。

　　新浪网：中国科研者研究冻土已有半个世纪了吧？

　　吴青柏：上世纪50年代初期，中国政府最初提出修建

　　新浪网：青藏公路也是修建在冻土层之上，怎么解决冻土问题？

　　吴青柏：青藏公路修建于上世纪50年代，那时对冻土的认识还非常浅，也没有什么新方法、新技术。当时只是采用了将路基加高到一定的合理高度，以减少路面热扰动对冻土层的影响这一最简单的方法。

　　新浪网：现在的青藏公路有些路段坑坑洼洼，受到冻土影响还是较为严重。

　　吴青柏：相比铁路，公路的使用年限较短，要求也不高，一般经历12-15年就要进行大修。实际上，青藏公路的整修工作从没有停止过，近年来也加入了很多解决冻土问题的新技术，路况已大为改善。

　　新浪网：1984年，青藏铁路工程历时10年，从西宁穿越高山、戈壁、盐湖、沼泽修到了700公里外的格尔木，但工程却嘎然而止。是不是因为那时冻土问题还没有得到破解？

　　吴青柏：是。当时科研者对冻土已有深入研究，但思路还是属于被动解决。打个比方，夏天卖冰棍都装在木箱子里，怕化了拿棉被捂上，原来修路大概就是这个思路，但拿棉被捂冰棍早晚要化。直到中国科学院兰州分院院长、冻土专家程国栋院士提出了“冷却路基”的思路，冻土难题才最终得到破解。

　　新浪网：能解释一下什么是“冷却路基”吗？

　　吴青柏：所谓冷却路基的思路，就是变被动为主动，将“棉被”换成“

　　二

　　新浪网：冻土问题大家都很好奇和关注。冷却路基的思路听起来非常神奇，能具体讲讲吗？

　　吴青柏：其实说起来很简单，中学物理我们都学过热有三种方式：辐射、对流和传导，我们也就是通过材料、结构等很简单的办法调控这三种传热方式，最终达到降温的目的。

　　新浪网：在青藏铁路中，解决冻土运用最多的是什么方法？

　　吴青柏：块抛石路基，俗称“土空调”。青藏铁路的路基与传统的土方路基有所不同，是一种“肉夹馍”的结构??在土层路基中间，填筑了一定厚度的块碎石。目前青藏铁路已经建成的路基中，有80%以上采取了以块抛石路基和块、碎石抛石护坡为主的路基新结构。

　　新浪网：块抛石路基这种特殊的“肉夹馍”结构如何降温？

　　吴青柏：抛石路基的新技术来自一次野外的无意发现。在青藏高原冻土区考察中，科研人员无意间扒开了一片碎石堆，在下面发现了冰雪，而附近的地面因阳光照射升温都已翻了浆。科研人员把这个意外发现模拟进了铁路施工，实验证明：块碎石间因有空隙，相当于一个半导体，冬季从路堤及地基中排除热量，夏季较少吸收热量，起到冷却作用。

　　新浪网：块抛石路基的降温效果如何？

　　吴青柏：块抛石路基的成本较很低廉，但它却很有效，能有效地降低将路基下部土体的温度降低0.5℃以上。。

　　新浪网：青藏铁路沿线，路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2米的铁棒。这种铁棒也是一种降温设施吗？

　　吴青柏：是的，我们叫它热棒，但很多旅客误以为是雷达测速。热棒在路基下还埋有5米，整个棒体是中空的，里面灌有液氨。热棒的工作原理很简单，当大气温度低于路基内部的受外界影响温度上升时，液状氨受热发生气化，气化的氨上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却变成了液态氨，靠重力作用又沉入了棒底。而热棒最独特的性能是单向传热，热量只能从地下向上端传输，反向则不能传热。热棒就相当于一个天然制冷机，而且还不需动力。

　　新浪网：青藏铁路沿线，路基护坡两端露出一排排空心塑料管，这是用来作什么的？

　　吴青柏：这叫通风管，与热棒的垂直插设相反，通风管则是水平插入路基里。路基受外界影响温度会发生变化，而通风管利用对流原理及时将这些热量进行交换，从而将零点幕的位置有效地抬升多年冻土上限了上来，保证了下部界冻土的热稳定性。

　　新浪网：青藏高原因此被誉为中国太阳能最丰富的地区，青藏高原早晚温差很大，这对冻土有影响吗？

　　吴青柏：太阳光辐射在路基上，下面的冻土肯定会受不了。就象夏天外出要戴太阳帽一样，我们给路基表面盖上一层遮光板光照问题就能很好地解决。

　　新浪网：沿线青藏铁路，给人印象最深的是桥多。最高的三岔何大桥有50米高，最矮的旱桥只有1米高，而最长的清水河大桥的长度则达到了11公里。据悉，青藏铁路全线“以桥代路”桥梁达156.7公里。我们想知道，以桥代路是不是也是基于一种解决冻土的技术？

　　吴青柏：是的。对于极不稳定的高含冰量冻土区，你用热棒、块抛石路基等方法都是不一定保险管用的，而以桥代路是解决冻土问题的最后办法绝招。桥墩打进冻土层30多米，桥墩与冻土层间的摩擦力足以支撑路基的稳固性，冻土的融化和冻膨胀对路基的影响这时已显得微乎其微。

　　三

　　新浪网：青藏铁路是全球穿越永久性冻土地带最长的高原铁路。修建之初，西方专家就早有预言，称“这是无法攻克的世界性难题”。

　　吴青柏：青藏高原的冻土问题确实棘手，但经过半个世纪的科学研究，这个难题现在已基本得到了解决被攻破。从上世纪50年代起，我们就对冻土区进行了大量的地下勘探，钻孔深度累计已达几十万米，前期几代科研者做了大量的基础研究。修建铁路前，我们做了大量的实验室的模拟实验，同时，我们还在冻土区建立了铁路实验路段，实地进行实验模拟。可以这样说，无论是理论还是实际，现在青藏铁路采用的每一项解决破解冻土的技术都经过了严格的验证。

　　新浪网：青藏高原是先兆区，转暖的信号比别的地方来得早，而幅度又比别的地方要大。科学家曾预测，到2050年青藏高原温度将升高2度左右。投入巨资的青藏铁路作为一项百年工程，如何应对全球转暖的问题？

　　吴青柏：刚才已讲过，以前修建青藏公路时，我们只是被动地去解决冻土问题。这次修建青藏铁路，我们转被动为主动，采取了“冷却路基”的思路，就是考虑了全球气候变暖的趋势。在前期实验中，温度上升对路基的破坏我们作了大量的实验。在2003年，也就是青藏铁路开工2年的时候，我们根据实地监测，建设部门对一些敏感的冻土路段进行了规划调整，很多地段增加了冷却路基的方法装置，有些地段甚至直接改成了以桥带路的方案。可以这样说，青藏高原今后气温真的要上升2度，现在我们采取的冷却技术是完全可以应对的。

　　新浪网：一份资料显示，俄罗斯冻土区铁路的病害率达到了40%，列车时速一般只能达到50公里左右。青藏高原的冻土区与俄罗斯的冻土区有何区别？

　　吴青柏：国外大部分冻土区的温度较低，而我国青藏冻土层厚度大薄，温度高，很多地区的年平均地温高于零下1度，难度非常大。修建于100年前的俄罗斯冻土区铁路病害率达到了40%，修建于上世纪80年代的俄罗斯冻土区铁路病害率达到了30%，我曾坐过俄罗斯的冻土区的火车，时速只有30-40公里，非常慢。虽然青藏高原的冻土问题更为棘手，但中国的青藏铁路修建时，冻土技术已非常比较先进，目前青藏铁路的时速被定为100公里，从中你也能看出科技的进步。

　　新浪网：冻土的融化和冻结变化对铁路的影响很大，目前青藏铁路列车时速始终会保持在100公里不变，还是会随季节有所调整？

　　吴青柏：青藏高原冻土区活动层随季节会发生变化，每年4月份冻土开始融化，到9月份才停止融化开始冻结，冻土层在其中会发生相应的变形。虽然但目前青藏铁路开展了的运营实验还没有开展，但这方面还缺少经验过多的考虑。按理说，青藏铁路列车的时速应按照季节变化做出科学的调整，这应该是我们今后的一个研究工作。

　　新浪网：去年9月，我在青藏铁路沿途考察中，在五道梁段发现铁轨出现了此起彼伏的麻花状，铁路工人也用工具对变形的铁轨进行修整。我想知道，这种情况，是不是冻土造成的？

　　吴青柏：铁路在开通前，刚刚铺设完的铁轨需要一段时间的调整期，比如路基碎石的压实就需要一个过程，所以铁轨出现变形属于正常现象。去年9月，青藏铁路正处于铁轨调整期，今年7月1日铁路开通后，这种现象应该不会再出现了。

　　新浪网：冻土对青藏铁路一旦会造成病害，我们如何能监测？

　　吴青柏：这两年，我们所做的一项重要工作，就是在铁路沿线的冻土区布设监测仪器。在路基、坡脚角、路肩等断面位置分别埋设了各种仪器，对铁路断面温度和微小的变形都会有详细的监测。目前，我们在长达550公里的敏感冻土区布设了40多处这样的监测点。

　　新浪网：550公里的冻土区基本属于无人区，收集这些监测是不是一个很大的工作量？

　　吴青柏：这些监测仪器都带有无线传输系统，我们在格尔木设立了自动接收站，监控工作非常先进，哪出了问题，隐患很快就能找到，相应的

　　四

　　新浪网：前一段时间，外国媒体对青藏铁路冻土安全问题提出了担忧，中国外交部也出面给予了回应。

　　吴青柏：这个新闻我也关注了，这完全是外国媒体的毫无根据的指责，并没有专家的言论。

　　新浪网：国外专家对青藏铁路解决冻土问题的技术有没有什么评价？

　　吴青柏：2004年9月5日，第六界国际多年冻土工程会议在兰州召开，青藏铁路当时成为了与会专家讨论的焦点。在这次会议上，美国俄勒冈州立大学著名冻土专家T.文森教授说：“青藏铁路是二十一世纪工程建设领域最伟大的成就之一。中国工程技术人员在冻土工程设计和施工中作出了正确的选择，采取的主要工程措施是安全可靠的。”俄罗斯铁道运输勘察设计院著名冻土专家瓦连金博士说，“青藏铁路采取保护冻土的设计原则是完全正确的，主要工程措施可靠，能够保证安全可靠。”

　　新浪网：外国专家对青藏铁路是非常认可的。

　　吴青柏：是这样的。今年8月，高亚洲国际冻土会议将在兰州召开，目前报名的国外冻土专家已达100多名，人数非常之多。目前，全世界的冻土专家对青藏铁路的开通非常关注，这次会议我们也会向世界展示我国冻土研究的成果，并带领他们考察青藏铁路。

　　新浪网：中国目前在冻土方面的研究在国际上处于什么水平？

　　吴青柏：目前，国际上对冻土的研究非常热，中国的冻土研究在国际上已占有一席之地，而冻土工程技术方面的研究和运用已处于国际领先进水平。

　　新浪网：青藏铁路即将开通，而长达半个世纪的冻土研究成果今后有什么现实意义吗？

　　吴青柏：意义非常重大，青藏铁路破解冻土难题的经验对我国寒区的工程建设具有重要的指导和借鉴价值。今年6月20日，东北的漠河机场开始破土动工，那里也是个冻土区，青藏铁路解决冻土的经验就可以对在漠河机场建设具有一定借鉴意义得到了很好的推广运用。与此同时，东北中国与俄罗斯的输油管的铺设也将穿越冻土区，届时也会吸纳青藏铁路的冻土研究成果对穿越冻土区的输油管线有指导意义经验。

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