受邀研究冻土 南京学者三年绘出青藏冻土图谱

　　【龙虎网报道】修建青藏铁路过程中，施工方遇到的最大难题就是高原上到处都是冻土层，这些冻土冬天冻结体积膨胀，夏天则融化体积缩小，在这两种现象的反复作用下，路基就会破裂或塌陷。

　　南大地球科学系教授、国际环境岩土工程协会副主席、南大地球环境计算工程研究所所长施斌应邀参与中科院的一项课题，并且花费了3年的时间才绘制了青藏线方圆600多公

　　冻土是青藏线成败关键

　　施斌告诉记者，青藏铁路的成败关键在于冻土路基融沉稳定性问题，这种工程的灾害主要与冻土的温度和冻融过程有关。冻土最可怕的特性就是“热融冻胀”。经过这“一沉一胀”，就会严重影响路基的稳定性和铁路运营的安全性。

　　从青藏公路的建设经验来看，道路的严重破坏主要是受到冻土区路基融化下沉造成的，占总破坏长度的83％以上。而青藏铁路格尔木至拉萨段全长1118公里，其中多年冻土区就达632公里。

　　施斌告诉记者，不同区域的冻土层厚度并不一致，在岩土工程中应用可靠性理论，分区域推行概率安全评估，为工程风险决策提供较为精准的依据。

　　南京专家受邀研究冻土

　　3年前，施斌应邀参与中国科学院寒气旱气环境与工程研究所邀请冻土攻关项目。研究所派了大量的人力物力在无人区建立观测点，长期监测冻土层的温度变化，并把收集到的数据传输到研究所的指定数据库里。

　　施斌采用的是数学建模上的3种精准计算方法。即，随机有限元、遗传算法、神经网络法。通过烦琐的计算，可以得出某一范围内的冻土路基温度场的变化规律，勾勒出一个曲线变化图。如果把其随季节变化的现象比作冻土的喜怒哀乐，施斌所做的就是精确地抓住冻土变化的每一个瞬间，然后把它们绘成一张张“脸谱”。最后，则根据这些“脸谱”总结出冻土的性格特征。

　　3种方案拿下冻土难题

　　施斌告诉记者，道路施工专家拿到他画的“冻土脸谱”后，前后总共设计了3种方案才解决了冻土在青藏线施工过程中遇到的问题。即，“以桥代路”、热棒和片石通风路基。

　　“在我绘制的‘脸谱’中，最‘凶悍’是高温极不稳定冻土区。”施斌告诉记者，这些区域内的冻土在夏天与冬天之间路基变化非常大，毁损程度也很难控制。为此，专家们经过研究决定采取“惹不起而躲得起”的策略——修建铁路桥。而对于那些变化不是很明显的冻土区，则被专家们当成了冰棍处理保护起来。

　　“卖冰棍的小贩总是拿棉被把冰棍与外面的热空气隔开以减缓冰棍的融化速度，从而增强它抵挡温度变化的能力。”施斌解释说。

　　施斌告诉记者，青藏铁路的“棉被”主要有两种。一种是在路基斜坡上铺筑一定厚度的碎石，称之为“碎石护坡”。另一种是在路基下填筑一定厚度的片石，称之为“片石通风路基”。碎石之间有一定的空隙，不仅可以用来起到通风的作用，还可以起到冬季从路基中排除热量。“由于成本低廉，目前青藏铁路已建成的路基中，一半以上采取了这种办法。”

　　但是，施斌告诉记者，采用“棉被”毕竟是传统的老办法，目前还有一种高科技热棒，也可起到“冰箱”的作用。即，保护冻土夏天不融化，冬天也不会冷胀得厉害。

　　冻土克星———热棒，南京造

　　从已公布的青藏线照片来看，其沿线路基两旁常常能看到一些碗口粗细、高约1米的钢管，施斌告诉记者，那就是解决冻土对策中最有科技含量的热棒，这些高科技产品就产自南京。

　　目前，青藏线铁路已经使用了近万根热棒。

　　热棒是由碳钢做成的长8米至10米的全密封金属管，棒体中空，灌有液态氨。它具有单向高效传热性能，热量只能从地下传到地上。可有效降低地下温度，不同程度地抬高多年冻土上限，控制多年冻土变化，确保路基的稳定。

　　由于热棒只能在铁路建成以后，路基出现冻土不良反应后，才添加热棒，而且是沿着问题路基两边插下去，每边的热棒彼此相隔4米，因此，随着时间的推移，只要发现问题，就要逐步增加热棒的使用量。