當(dāng)你來到青藏高原時(shí)，一定會(huì)在鐵路旁發(fā)現(xiàn)一個(gè)特別的現(xiàn)象，那就是路基兩旁時(shí)不時(shí)會(huì)閃過一排排齊刷刷插入地底的金屬管，這些金屬管被安裝在路面兩側(cè)，露出地面之上的部分長(zhǎng)達(dá)兩米。它們是什么呢？

其實(shí)，這些金屬管的名字叫做熱棒，這些金屬管在內(nèi)地很少見到，你可別小看它，它的作用可大著呢！它是用來給凍土降溫的。所謂凍土，就是指溫度低于0℃時(shí)水分凍結(jié)的土壤或疏松巖石。按凍融變化情況，凍土可以分成幾個(gè)類別，如季節(jié)凍土、隔年凍土和多年凍土。青藏高原由于海拔高氣溫低，凍土層分布很廣泛。我國北方和西部廣大地區(qū)都可見季節(jié)凍土和隔年凍土，而像黑龍江的北部和青藏高原、天山、阿爾泰山等高寒地區(qū)則是永久凍土的“領(lǐng)地”。隨著溫度的變化，土體會(huì)產(chǎn)生多次凍融和凍脹，這一過程容易造成土層結(jié)構(gòu)破壞、地基承載力降低、邊坡失穩(wěn)等不良結(jié)果。

凍土的存在給青藏高原地區(qū)的道路基建帶來了極大的挑戰(zhàn)，當(dāng)年在多年凍土地區(qū)修建青藏鐵路時(shí)，筑路技術(shù)問題就成為了一個(gè)大難題。因?yàn)閮鐾林泻亢芨?，溫度升高后凍土?xí)诨鲁?，那么路基也跟著下沉；但是到冬天，氣溫降低后，路基一凍以后又要往上升，這種隨溫度變化而產(chǎn)生沉降的情況對(duì)鐵路來說也是一種危害。而且當(dāng)表層凍土消融后會(huì)形成融沉湖，當(dāng)它出現(xiàn)在鐵路的路基下面，很容易造成嚴(yán)重的災(zāi)禍。為此，青藏鐵路的建設(shè)者們苦心研究，找到了給凍土降溫的方法，在路基沿線架設(shè)熱棒就是其中一個(gè)環(huán)節(jié)。熱棒是一種高約4米、內(nèi)部中空、外部有散熱片的金屬柱子。它們的存在就像是一個(gè)個(gè)為地基準(zhǔn)備的無需能源的“空調(diào)”。熱棒的根部有很多空心管通入路基之中，當(dāng)路基受熱有水汽出現(xiàn)，這些水汽就會(huì)順著空心管道上升至熱棒中。再加上高原地區(qū)的氣溫低、風(fēng)力大，寒冷的風(fēng)吹過熱棒的散熱片后，就會(huì)把熱量帶走，水汽就此也降溫凝結(jié)。這樣一個(gè)環(huán)節(jié)走完，原本的熱量就不會(huì)在路基中積累，就能保持路基始終處在一個(gè)低溫狀態(tài)下。同時(shí)熱棒還能把低溫不斷地輸送給路基下的凍土，使凍土保持穩(wěn)定。凍土保持穩(wěn)定的狀態(tài)后，路基自然也不會(huì)因此產(chǎn)生升降，而是穩(wěn)穩(wěn)地成為道路的依托。

在給凍土降溫的整套措施中，除了熱棒以外，還有架設(shè)在不穩(wěn)定凍土區(qū)的高架橋、片石通風(fēng)路基等。高架橋是當(dāng)鐵路通過高含冰量?jī)鐾羺^(qū)和凍土濕地區(qū)域時(shí)，以橋梁替代路基的方法，讓鐵路與凍土隔離。如青藏鐵路的清水河大橋就是這樣一座特殊的橋梁。片石通風(fēng)路基則是另一種充滿智慧的創(chuàng)造。從它的名字我們可以窺探到這種特殊路基的不少細(xì)節(jié)，如它是在凍土地面上用片石壘成的，片石的存在改變了凍土的不穩(wěn)定性，片石間的孔隙可以透過空氣，熱空氣上升，冷空氣下降，在冷氣流的保護(hù)下，凍土就會(huì)保持相對(duì)的穩(wěn)定。另一種通風(fēng)管路基的設(shè)計(jì)原理也與此大同小異，當(dāng)空氣在通風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)，帶走多余的熱量，保持了凍土層的低溫狀態(tài)，從而確保地基的穩(wěn)定性。

本文由中國人民大學(xué)附屬中學(xué)第二分校一級(jí)教師王和意進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)。


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