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中国怎样破解青藏铁路高原冻土这一世界性难题（传热基础应用）---增强民族自豪感

在青藏高原上修建铁路极为困难，除了恶劣的气候和脆弱的环境，最难解决的技术难题就是高原多年冻土。冻土指的是土体温度低于0℃且含有冰的特殊岩土体，可分为短时冻土、季节冻土以及多年冻土。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰、水分，会产生迁移并具有相变变化特征。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，具有融化下沉性和冻胀性。所谓冻胀，就是土在冻结过程中，土中水分转化为冰，引起土颗粒间的相对位移使土体积产生膨胀，土表面升高。而当温度升高，土中冰融化为水时，土便发生融化，体积缩小而下沉，简称融沉。

经过几代人半个多世纪的努力，青藏铁路终于在2006年建成通车。这是人类铁路建设史上的奇迹，西方媒介称之：堪与长城媲美。青藏铁路是我国建设的世界上海拔最高且跨度最长的高原冻土铁路。冻土工程问题一直是一项世界性难题，为解决青藏铁路建设的冻土工程问题，自1960年开始，铁道第一勘察设计院、中铁西北科学研究院、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所等单位就着手相关试验，积累了长达40余年的不可替代的基础数据资料，为青藏铁路建设实践提供经验。经过近半个世纪艰辛探索，中国的冻土专家们终于找到了解决高原多年冻土筑路问题的办法。

守护天路的“被动措施”

给路基保温有两个办法，一个是主动措施，一个是被动措施。主动措施是指能够主动冷却地基多年冻土的技术，被动措施是依靠材料或结构增大热阻，减少传入多年冻土热量的技术。被动措施的原理就是充分利用热能的辐射、对流和传导等热传导的三种方式，具体而言分为以下几种：选择合理的路基高度、路基铺设隔热层、片石路基结构、热棒路基结构、通风管路基结构、遮阳棚以及以桥代路等多种模式。

　　普通热棒如何给路基降温？

热棒是一根密封的管子，里面填充了氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等物质，管子的上段是冷凝器，下端为蒸发器，中间为绝热段，通俗讲就是“吸热段、绝热段和散热段”三部分。当热棒下端吸收热量后，液态物质会转化为气态，然后上升至冷凝器，热量通过冷凝器发散。气态物质再液化为液态，在重力的作用下流回热棒下端。热棒里的物质在气态和液态之间不断进行转换，依靠热棒的单向导热性和高效的传热和散热效率，从而源源不断带走路基的热量，保持路基的稳定。

热棒的长度短则几米，长则几十米，直径从几厘米到几十厘米，一般斜插着埋入路基两侧，吸热段和绝热段埋入地面以下约5米，散热段露出地面约2米，其中最关键的吸热段则深入到永久冻土最大融化深度之下。在寒冷的冬季，空气的温度低于冻土层的温度，热量就会源源不断被吸走。到了暖季，情况正好相反，外面空气的温度大于冻土层的温度，气态物质无法散热进行冷凝，吸热段的液体物质停止蒸发，管内达到气液两相平衡，热棒停止工作，使得外界的热空气无法反向进入路基冻土层，从而起到了保温作用。

其余“守护神”

其余的路基降温技术，也充分体现了科技人员的智慧。

　　选择合适的路基高度，这等于是给路基基底的冻土层覆盖一层保温层，防止太阳辐射和季节气候变化对多年冻土层带来的影响。

　　铺设隔热层的路基结构，是指在路基的底部或路基表面以下某一深度铺设具有单向导热能力的隔热层，增大热阻，以减小大气和人为热源的热量进入到冻土层内，防止多年冻土地下冰融化。一般采用聚苯乙烯板或聚胺酯板作为隔热保温层。

　　片石通风路基，就是向路堤覆盖碎石块，千万别小看了这些碎石，它们能起到热调节作用。在暖季，由于热空气密度较小，因此热量很难进入路基基地，而碎石头之间的空气流动和地表水蒸发后又能带走热量，可以起到热屏蔽作用；在寒季，由于冷空气密度较大，在自重和风的作用下将片石层中的热空气挤走，冷空气更容易进入路基基底，因而能对冻土层起到保护作用。

通风管路基，是在路基底部以上一定高度横向铺设一定孔径的通风管，与路堤填筑材料组成复合式通风路堤。在通风管的一端安装了自动温控风门，当温度较高时，风门会自动关闭，温度较低时，风门自动打开，这样可以避免夏季热量进入通风管，能够主动对路基进行保温。

遮阳棚措施，是在路基上部或边坡设置遮阳棚，可有效减少太阳辐射对路基的影响，减少传入冻土地基的热量。而桥梁的基础可以深入冻土层30米之下，通过冻土层与基础的摩擦力就能保证桥梁的稳定性。

保持青藏铁路的冻土路基的稳定性和耐久性，我国科学家创造性开发出了神奇的低温热管技术, 利用低温热管的单向导热作用, 不仅在冬天强化了冻土层的冷冻过程, 而且在夏天又不会增加冻土层的融化过程, 从而保证了冻土路基的长期稳定, 这使得青藏铁路在冻土地区的运行速度始终保持在 100 公里/小时, 远远超过世界同类铁路 40 公里/小时的平均速度。如今，我国的低温热管技术已经成功推广到了俄罗斯和加拿大等 “一带一路”沿线国家。