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破解青藏公路凍土技術(shù)之謎
- 發(fā)布時(shí)間:2014-10-10 02:29:47 來源:科技日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯:羅伯特
平均海拔4500米的青藏高原,多年凍土區(qū)能否修筑瀝青公路??jī)鐾凉凡『δ芊窨朔??多年凍土區(qū)能否修筑高等級(jí)公路?為破解這些謎團(tuán),中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院的凍土科研工作者,從上世紀(jì)70年代開始,就在高寒缺氧的“生命禁區(qū)”用生命和智慧尋找著答案。
記者日前來到中交一公院所在地西安和青藏公路沿線采訪,切身感受著凍土公路病害及科研人員的不懈努力。
凍土:青藏線上的最大“攔路虎”
驅(qū)車走在青藏公路上,越過昆侖山,不時(shí)感到汽車顛簸和上下翻騰,不時(shí)遇到“搓板路”和“坑洼路”,凍土正是“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>
“青藏公路的凍土問題,主要分布在西大灘與安多之間。格爾木到拉薩1100公里中,有500多公里的多年凍土?!敝薪灰还狐h委書記汪雙杰告訴記者。
高原凍土對(duì)溫度極為敏感。冬季結(jié)冰狀態(tài)下的凍土,會(huì)隨溫度降低發(fā)生劇烈膨脹,在路面隆起一片片冰丘,叫凍脹。夏季又隨著氣溫升高而融化,叫融沉,還易形成路面積水,造成翻漿。
“一次次的凍脹與融沉,導(dǎo)致路面塌陷、下沉、變形、破裂、翻漿,形成‘搓板路’、‘坑洼路’,車輛通行困難、甚至無法通行,成為青藏公路最大的‘?dāng)r路虎’?!蓖綦p杰說。
交通運(yùn)輸部多年凍土區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任、中交一公院寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心主任陳建兵告訴記者,青藏高原凍土最厚的地方達(dá)到287米,最薄的也有四五米,溫度從零攝氏度到零下三四攝氏度,高原凍土對(duì)工程的應(yīng)變能力較弱。
“對(duì)我們而言,多年凍土是個(gè)‘生命體’,凍融交替形成的季節(jié)活動(dòng)層是它與外界進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的呼吸系統(tǒng)。當(dāng)人們進(jìn)行工程建設(shè)時(shí),應(yīng)該首先改善和調(diào)節(jié)它的呼吸系統(tǒng)?!标惤ūf,瀝青路面吸熱,相當(dāng)于在凍土上加了吸熱器,公路病害不斷出現(xiàn),道路壽命縮短,路基穩(wěn)定性變差,正是凍土不能“自由呼吸”的反饋。
攻關(guān):青藏線上的凍土病害“治療師”
說起青藏線上的凍土病害及其“診斷治療”,中交一公院的專家們有說不完的話題。
“1954年12月,青藏公路建成通車。直到1973年,近20年過去,這條順地爬的土路被多年凍土折磨得千瘡百孔。為此中央作出了青藏公路鋪設(shè)油路的重大決定。這一決定需要技術(shù)支撐。”汪雙杰說。
1973年5月,青藏公路多年凍土科研團(tuán)隊(duì)的第一代工作者集結(jié)在被稱為“鬼門關(guān)”的五道梁,開始了他們?cè)趦鐾辽闲拗r青路的征程,也拉開了一公院三代科研人員薪火相傳、攻堅(jiān)克難的凍土科研序幕。
“‘上了五道梁,難見爹和娘’,對(duì)凍土區(qū)的研究是在高原反應(yīng)的暈眩中展開的?!蓖綦p杰說,“我們前輩在滿眼荒涼的青藏線上連續(xù)觀測(cè)了5年,積累起第一批寶貴的原始數(shù)據(jù)。之后,繼續(xù)研究青藏公路地下冰分布規(guī)律、路基穩(wěn)定和橋涵修筑等問題。正是在他們的努力下,人類筑路史上有了第一條穿越高原凍土區(qū)的二級(jí)公路。1985年后,青藏公路實(shí)現(xiàn)了全線鋪筑黑色瀝青路面?!?/p>
作為一公院凍土科研“掌門人”,汪雙杰30年前與凍土結(jié)緣。2002年,他擔(dān)任多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人后,每年都要去青藏公路一線,布置實(shí)驗(yàn)方案,現(xiàn)場(chǎng)踏勘測(cè)量,并進(jìn)行病害處置的現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)。
“你必須去現(xiàn)場(chǎng),因?yàn)榍嗖毓肥遣『φ窝芯?,跟給人看病一樣,要先望聞問切、找準(zhǔn)病因,才能對(duì)癥下藥?!蓖綦p杰說。
2003年在青藏高原完成入職報(bào)到的陳建兵,十多年來在青藏公路上平均每年工作達(dá)3個(gè)月之久。他告訴記者,有時(shí)為了觀測(cè)埋到青藏線地下的熱棒是不是在工作,每隔兩小時(shí)就要觀測(cè)一次,晚上就在簡(jiǎn)陋的公路道班房里等。
記者了解到,這些凍土研究者一次次診斷和治愈多年凍土造成的公路病害,自身卻長(zhǎng)期飽受心臟病、高血壓等高原疾病折磨;因志在高原而成了家里親人“靠不住”的人,卻是馴服高原凍土最可靠的人。
“如果不是當(dāng)成一項(xiàng)事業(yè),沒有人愿意去青藏高原,因?yàn)椴还苌眢w多好,反反復(fù)復(fù)上高原,總是對(duì)身體不好?!蓖綦p杰說,人生有很多制高點(diǎn)需要去攀登,必須跨過這座山,才能領(lǐng)略山的美?!八杂行├щy必須去挑戰(zhàn)、去完成”。
希望:青藏高速不是夢(mèng)
“公路兩旁不時(shí)閃過的熱棒,以及塊石-通風(fēng)管復(fù)合路基,都是對(duì)付凍土病害的有效辦法?!彪S行的中交一公院寒區(qū)環(huán)境與工程研發(fā)中心副主任劉戈告訴記者。
為攻克凍土公路病害,一公院的專家修筑了隔熱層路基、熱棒路基、片塊石路基、通風(fēng)管路基等多達(dá)十余種特殊路基結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)工程,在青藏公路500多公里多年凍土區(qū)設(shè)置了近百個(gè)凍土地溫、變形觀測(cè)斷面。
據(jù)劉戈介紹,目前,青藏公路不凍泉一帶采用的是塊石-通風(fēng)管復(fù)合路基,以達(dá)到排水、通風(fēng)的目的;可可西里自然保護(hù)區(qū)一帶采用的是熱棒,每根熱棒長(zhǎng)12米,地下8米、地上4米,利用其高效傳熱特性,達(dá)到降低凍土溫度,預(yù)防道路病害的發(fā)生和發(fā)展的目的。
記者看到,青藏公路K2983里程碑附近有一寬幅綜合觀測(cè)場(chǎng)地,包括氣象、地溫、變形、水分等觀測(cè)項(xiàng)目,可以把路基水熱狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到西安的數(shù)據(jù)觀測(cè)中心。
“其他不能實(shí)時(shí)傳輸?shù)挠^測(cè)斷面也采用自動(dòng)數(shù)采系統(tǒng),我們?cè)诟駹柲居杏^測(cè)基地,每月上山兩次取數(shù)據(jù),這些都是為建設(shè)高速公路做研究?jī)?chǔ)備。畢竟高速公路的路面更寬、更厚,瀝青吸熱對(duì)凍土的影響會(huì)比普通公路大好多倍,對(duì)凍土的研究必須更深入、更全面?!眲⒏暾f。
“我們將提出更加科學(xué)合理的技術(shù)途徑,解決高海拔高寒地區(qū)高速公路建設(shè)前期迫切需要解決的路線走廊選擇、大尺度路基災(zāi)變防治、高性能路面結(jié)構(gòu)與材料、大型橋隧構(gòu)造物災(zāi)害防護(hù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)等重大問題?!蓖綦p杰表示,一公院將為青藏高速公路建設(shè)提供全面的技術(shù)保障,為高速公路跨越地球第三極——青藏高原,實(shí)現(xiàn)國(guó)家高速公路網(wǎng)在500多公里多年凍土地區(qū)的最后貫通保駕護(hù)航。(新華社)
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