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青藏铁路破解世界技术难题

2005-09-12 15:38:08
华夏经纬网

新华网青海频道西宁0911日电   (记者王圣志、拉巴次仁   这是人类铁路建设史上亘古未有的穿越:它全长1100公里,大部分线路处于"生命禁区""无人区",穿越550公里的多年冻土地区。在多年冻土上修建铁路,国外专家认为"几乎不可能"。数万名青藏铁路建设者遵循科学,求实创新,在克服"多年冻土"这一世界性技术难题方面 ,取得了突破性进展,将奇迹定格在青藏高原!

 

冻土是指温度在摄氏0℃以下,并含有冰的各种岩土和土壤。冻土在冻结的状态下体积膨胀,到了夏季,冻土融化体积缩小。在这两种现象的反复作用下,道路或房屋的基底就会出现破裂或者塌陷。

 

俄罗斯1994年调查,20世纪70年代建成的第二条西伯利亚铁路,线路病害率达27.%。第一条西伯利亚铁路,1996年调查的线路病害率为45%。我国1990年调查,青藏公路病害率达31.%。世界冻土区铁路由于冻土病害,列车时速一般只能达50公里。

 

青藏铁路必须翻越昆仑山、唐古拉山,最高海拔5072米。沿线湿地广布,高地温、高含冰量冻土地段较长,地下水发育,冻胀、融沉作用强烈;安多以南分布有岛状冻土和深季节冻土。青藏高原纷繁芜杂的冻土环境,成为制约青藏铁路建设的世界性难题。冻土虽然在加拿大、俄罗斯等国家也存在,但它们属高纬度冻土,比较稳定。而青藏铁路格尔木至拉萨段纬度低,与湖北省在同一纬度上,海拔高,日照强烈。加上青藏高原年轻,构造运动频繁,这里的多年冻土具有地温高、厚度溥、热融发育等特点,其复杂性和独特性举世无双。

 

"世界第一高隧"之称的风火山隧道全长1338米,轨面标高4905米,全部位于永久冻土层以内,是世界上海拔最高、冻土区最长的高原永久冻土隧道。青藏铁路开工前,有西方媒体预言:青藏铁路根本过不了风火山,因为风火山地下全是长年冻土,冰厚达150多米,在冰山上打隧道根本不可能。

 

2001年10月18日,风火山隧道打响第一炮,炸出的弃碴令人触目惊心,几乎全是晶莹剔透的冰块。这些弃碴含土量仅为15%至20%,隧道地质结构主要为含土冰层,饱冰冻土、原始冰川、裂隙冰、砂岩、泥岩及泥沙互层。

 

这样的地质环境一直是隧道施工的禁区。负责风火山隧道施工的中铁二十局,创造性地研制了两台大型隧道空调机组,将隧道施工温度控制在±5℃,有效防止了地下冰融化滑塌。他们和多家科研单位合作,相继攻克了浅埋冻土隧道进洞、冰岩光爆、冻土防水隔热等20多项世界性高原冻土施工难题。风火山隧道顺利贯通,被中国工程院等权威单位评为2002年全国公众关注的十大科技事件之一。

 

我国早在1961年,就在青藏高原风火山建立了观测站,开展冻土研究。科技人员共测取了1200多万个涵盖高原冻土地区各种气象条件和地温变化的数据,积累了极为宝贵的第一手资料。科学家们对青藏公路沿线的多年冻土进行了多学科、综合性的科学考察,奠定了坚实的冻土学理论基础。

 

专家们根据多方面的研究成果和借鉴国外成功经验,在世界上首次提出"主动降温、减少传入地基土的热量、保证多年冻土的热稳定性,从而保证修筑在上面的工程质量的稳定性"的青藏铁路工程设计原则,创造性地采取了解决冻土施工难题的相应对策:对于不良冻土现象发育地段、线路尽量绕避;对于高温极不稳定冻土区的高含冰量地质,采取"以桥代路"的办法;在施工中采用了热棒、片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、铺设保温板等多项设施,提高冻土路基的稳定性。    

 

青藏铁路堪称冻土工程的"博物馆"。在青藏铁路上一种特殊的路基,即在土路堤底部填筑一定厚度片石,上面再铺筑土层的路基。这种长达111公里的"片石层通风路基"为国内首创,它好似散热排风扇,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,可有效保护冻土路基稳定。青藏铁路"以桥代路"桥梁达156.7公里,铁轨飞架而过而不惊扰冻土,如此大规模采取"以桥代路"措施,在世界上还是首次。

 

建设参建单位大力推广使用新设备、新材料、新技术和新工艺,最大限度地释放先进生产力,确保青藏铁路工程质量经得起历史检验。全线先后围绕施工难点立项近80个科研课题 ,投入数千万元,在多年冻土隧道开挖、支护、衬砌、通风成套技术、冻土区桥梁桩基施工旋挖钻机应用技术等方面取得新成果。

 

青藏铁路建设专家组组长、中国科学院冻土工程国家重点实验室教授张鲁新说,冻土问题是世界性的难题,世界上几个冻土大国俄罗斯、美国、加拿大等都在为解决冻土难题进行不懈的努力。中国在冻土研究方面起步较晚,在上世纪八十年代中期以前,中国的冻土研究基本上继承了前苏联在多年冻土方面研究的经验和理论。但通过青藏公路建设、兰西拉(兰州、西宁、拉萨)光缆的铺设,以及格尔木至拉萨输油管道的建设,为我国的冻土技术积累了丰富的实践经验。 正在建设的青藏铁路又为我国冻土研究提供了一个巨大的平台,在青藏铁路四年来的建设过程中,广泛深入、大规模的冻土勘察测量、工程实践、科学试验,使我国冻土研究取得了突破性进展,已居世界前列。

 

   张鲁新说:"中国基本上掌握了青藏高原多年冻土工程地质的普通性和特殊性,在高原冻土地区建设重大工程的关键技术问题已基本解决。青藏铁路未来大规模出现冻土工程病害的可能性较小,行车速度可达每小时100公里,实现铁道部提出的'列车在全线运行时间最短、全线行车设备实现免维修、沿线基本实现无人管理'目标大有希望。" 

  
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