破解冻土难题 奠基“天路”工程

　　在世界铁路建设史上，任何一条铁路的跨越都没有青藏铁路的跨越那样令人感到神奇和振奋，它所跨越的不仅仅是世界屋脊上的那些白雪皑皑的陡峭山峰，更为主要的是在这些跨越中，实现的是生命极限的大跨越、生理极限的大跨越以及技术难关的大跨越。

　　破解冻土难题奠基“天路”工程

　　在中国人开始自己设计修筑铁路101年后，一条钢铁“天路”在“世界屋脊”开通。面对青藏高原多年冻土、高原缺氧和生态脆弱的三大世界难题，中科院寒旱所一批从事青藏科学基础研究的科学家和修建铁路的工程技术人员，付出了巨大的辛勤和智慧，创造了多项世界铁路建设纪录。

　　寒旱所是以西部干旱、高寒的特殊环境为背景，开展以冰川、冻土、沙漠、高原大气、寒旱区水土资源、脆弱生态与农业为主要研究对象。青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长、穿越冻土里程最长，也要穿越戈壁荒漠、沼泽湿地和雪山草原等“生命禁区”的高原铁路，大部分铁路处于海拔4000米以上的地段。这是人类铁路建设史上的奇迹，也是对工程技术的巨大挑战。中国科学院寒旱所副所长、承担国家自然科学基金“中国西部环境和生态科学重大研究计划”重点项目的马巍说，青藏铁路成败的关键在路基，路基成败的关键在冻土，冻土的关键问题在融沉。格拉段铁路的大部分路段在高海拔、多冻土地区，如何解决青藏铁路冻土路基稳定性难题，成了青藏铁路建设的关键问题。1984年，青藏铁路工程历时10年，从西宁穿越高山、戈壁、盐湖、沼泽修到了700公里外的格尔木，但工程却戛然而止。当时科研者对冻土已有深入研究，但思路还是属于被动解决。直到中国科学院兰州分院院长、冻土专家程国栋院士提出了“冷却路基”的思路，冻土难题才最终得到破解。

　　“台上一分钟，台下十年功”，这句俗话用来形容青藏铁路工程中的科技成果应用也十分贴切。实际上，从20世纪60年代起，寒旱所科研人员就开始对青藏公路沿线进行冻土调查与勘探。

　　在修建青藏铁路的过程中，除了修建铁路本身，还涉及如何保护青藏铁路沿线生态环境问题。寒旱所的研究人员很早就开始针对这一问题进行研究，他们建立植被恢复示范点，为青藏铁路干扰地段植被恢复提供技术支持。在铁路修建施工过程中，为保护植被主要采用分段施工、植被移植的方法，先将施工区的草皮切成块，然后用铲车将草皮连同土壤一起搬到草皮移植区，专人负责养护。路基成型后，再把草皮移植恢复到路基边坡上，对昆仑山以南自然条件较好的地段，精选适合高原生长的草种，辅以适合的喷播、覆膜等技术，尽力恢复地表植被。

　　寒旱所马巍、吴青柏等研究员以青藏铁路试验工程项目为基础，选择敏感性地表，建立天然和工程活动因素影响下冻土环境变化监测系统。根据青藏铁路沿线的资料给出了冻土环境因素影响下的冻土工程适应性分区图。通过对比青藏公路沿线20世纪80年代和90年代环境变化，并用地面调查结果验证，评价了多年冻土稳定性和环境的变化关系。他们分析青藏公路沿线多年冻土在气候和工程影响下的变化，预测青藏高原未来50年气温的变化，建立多年冻土热状态预测模型，对青藏铁路沿线冻土变化进行预测，综合评价了百年尺度多年冻土变化对青藏铁路的影响。

　　青藏铁路建设总指挥部对该研究给予高度评价，认为“气候预测、多年冻土变化预测及其编制的多年冻土变化的趋势图，对施工、设计具有重要的指导作用”。围绕该项研究累计发表研究论文51篇，其中SCI收录论文14篇、EI收录论文9篇。该项成果作为“青藏铁路工程冻土路基筑路技术与示范工程建设”中的重要内容，获得2005年“中国科学院杰出科技成就奖”。

　　青藏铁路破冻土生态之“困” 创造多项中国第一

　　青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，中国科技人员和铁路建设者在历时4年多的施工中攻坚克难，填补了中国铁路建设领域多项技术空白，创造了诸多中国第一。

　　在海拔4400多米的青藏铁路青水河冻土试验段，每隔15米就竖立着一根根高约三四米的铁棒。据青藏铁路建设总指挥部专家组组长、中国科学院寒旱所冻土工程国家重点实验室张鲁新教授介绍，这就是热棒，通过它能够起到冷却地基、保护冻土的作用。

　　冻土是指温度在零摄氏度以下，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塌陷。专家认为，青藏铁路成败的关键在路基，路基成败的关键在解决冻土问题。

　　青藏铁路格尔木至拉萨段全长1142公里，其间穿越多年冻土层550公里。建设部门选取5个不同冻土类型的区段、选取不同地温和地层条件下的路基、桥涵、隧道作为试验工程，设立了39项科研课题，先后攻克多年冻土隧道、桥梁、路基使用应用技术等世界性难题，创造性地采用了热棒、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，不少冻土工程措施填补了国内技术空白。

　　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，这里冰厚达150多米，在冰山上打隧道难以想像。为啃下这块硬骨头，负责施工的中铁二十局成立了技术攻关组，科技人员创造性地采用“随开挖、随支护、早封闭、快衬砌”的施工方案，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。风火山隧道成功贯通，被评为2002年全国公众关注的十大科技事件之一。

　　青藏高原由于特殊的地理环境和严酷的气候条件，生态环境一旦受到破坏，短期内极难恢复，甚至根本无法恢复，具有不可逆转性。青藏铁路格尔木至拉萨段沿线分布5个已建的自然保护区和一个特殊生态功能区，跨越五大水系。如何保护沿线独特而脆弱的生态环境，一直是摆在建设者们面前的一道难题。

　　铁道部第一勘察设计院青藏铁路项目总体设计师李金诚告诉记者，青藏铁路建设者从立项开始，就对沿线自然保护区、生物多样性和多年冻土环境状况进行了8次大规模现场调研、踏勘和采样。用获得的试验成果指导青藏铁路建设的环保设计和施工，在攻克生态脆弱难题中起到重要作用。例如，为了保护4000多平方米的沼泽湿地，首次在施工中采用了加筋挡土墙技术等。国家环保总局、国土资源部、水利部、国家林业局等多次检查后认为，青藏铁路运用科技手段进行环保的经验，填补了中国大型工程环保建设领域的多项空白。

　　青藏铁路建设总指挥部党委副书记才凡介绍说，经过不懈的努力，青藏铁路已完工工程的优良率达90％以上。冻土区路基稳定，桥梁坚固；非冻土区工程质量达到国内先进水平。建成后的青藏铁路出现大规模冻土工程病害的可能性比较小，通行在青藏铁路上的列车时速可达100公里以上。