破解青藏公路凍土技術之謎
- 發佈時間:2014-10-10 02:29:47 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
平均海拔4500米的青藏高原,多年凍土區能否修築瀝青公路?凍土公路病害能否克服?多年凍土區能否修築高等級公路?為破解這些謎團,中交第一公路勘察設計研究院的凍土科研工作者,從上世紀70年代開始,就在高寒缺氧的“生命禁區”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採訪,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”
驅車走在青藏公路上,越過崑崙山,不時感到汽車顛簸和上下翻騰,不時遇到“搓板路”和“坑洼路”,凍土正是“罪魁禍首”。
“青藏公路的凍土問題,主要分佈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。”中交一公院黨委書記汪雙傑告訴記者。
高原凍土對溫度極為敏感。冬季結冰狀態下的凍土,會隨溫度降低發生劇烈膨脹,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‘攔路虎’。”汪雙傑説。
交通運輸部多年凍土區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室執行主任、中交一公院寒區環境與工程研發中心主任陳建兵告訴記者,青藏高原凍土最厚的地方達到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,高原凍土對工程的應變能力較弱。
“對我們而言,多年凍土是個‘生命體’,凍融交替形成的季節活動層是它與外界進行物質與能量交換的呼吸系統。當人們進行工程建設時,應該首先改善和調節它的呼吸系統。”陳建兵説,瀝青路面吸熱,相當於在凍土上加了吸熱器,公路病害不斷出現,道路壽命縮短,路基穩定性變差,正是凍土不能“自由呼吸”的反饋。
攻關:青藏線上的凍土病害“治療師”
説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説不完的話題。
“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油路的重大決定。這一決定需要技術支撐。”汪雙傑説。
1973年5月,青藏公路多年凍土科研團隊的第一代工作者集結在被稱為“鬼門關”的五道梁,開始了他們在凍土上修築瀝青路的征程,也拉開了一公院三代科研人員薪火相傳、攻堅克難的凍土科研序幕。
“‘上了五道梁,難見爹和娘’,對凍土區的研究是在高原反應的暈眩中展開的。”汪雙傑説,“我們前輩在滿眼荒涼的青藏線上連續觀測了5年,積累起第一批寶貴的原始數據。之後,繼續研究青藏公路地下冰分佈規律、路基穩定和橋涵修築等問題。正是在他們的努力下,人類築路史上有了第一條穿越高原凍土區的二級公路。1985年後,青藏公路實現了全線鋪築黑色瀝青路面。”
作為一公院凍土科研“掌門人”,汪雙傑30年前與凍土結緣。2002年,他擔任多年凍土地區公路修築成套技術項目負責人後,每年都要去青藏公路一線,佈置實驗方案,現場踏勘測量,並進行病害處置的現場施工指導。
“你必須去現場,因為青藏公路是病害整治研究,跟給人看病一樣,要先望聞問切、找準病因,才能對症下藥。”汪雙傑説。
2003年在青藏高原完成入職報到的陳建兵,十多年來在青藏公路上平均每年工作達3個月之久。他告訴記者,有時為了觀測埋到青藏線地下的熱棒是不是在工作,每隔兩小時就要觀測一次,晚上就在簡陋的公路道班房裏等。
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裏親人“靠不住”的人,卻是馴服高原凍土最可靠的人。
“如果不是當成一項事業,沒有人願意去青藏高原,因為不管身體多好,反反覆復上高原,總是對身體不好。”汪雙傑説,人生有很多制高點需要去攀登,必須跨過這座山,才能領略山的美。“所以有些困難必須去挑戰、去完成”。
希望:青藏高速不是夢
“公路兩旁不時閃過的熱棒,以及塊石-通風管複合路基,都是對付凍土病害的有效辦法。”隨行的中交一公院寒區環境與工程研發中心副主任劉戈告訴記者。
為攻克凍土公路病害,一公院的專家修築了隔熱層路基、熱棒路基、片塊石路基、通風管路基等多達十余種特殊路基結構的試驗工程,在青藏公路500多公里多年凍土區設置了近百個凍土地溫、變形觀測斷面。
據劉戈介紹,目前,青藏公路不凍泉一帶採用的是塊石-通風管複合路基,以達到排水、通風的目的;可可西裏自然保護區一帶採用的是熱棒,每根熱棒長12米,地下8米、地上4米,利用其高效傳熱特性,達到降低凍土溫度,預防道路病害的發生和發展的目的。
記者看到,青藏公路K2983里程碑附近有一寬幅綜合觀測場地,包括氣象、地溫、變形、水分等觀測項目,可以把路基水熱狀態的特徵數據實時傳送到西安的數據觀測中心。
“其他不能實時傳輸的觀測斷面也採用自動數採系統,我們在格爾木有觀測基地,每月上山兩次取數據,這些都是為建設高速公路做研究儲備。畢竟高速公路的路面更寬、更厚,瀝青吸熱對凍土的影響會比普通公路大好多倍,對凍土的研究必須更深入、更全面。”劉戈説。
“我們將提出更加科學合理的技術途徑,解決高海拔高寒地區高速公路建設前期迫切需要解決的路線走廊選擇、大尺度路基災變防治、高性能路面結構與材料、大型橋隧構造物災害防護與環境保護技術等重大問題。”汪雙傑表示,一公院將為青藏高速公路建設提供全面的技術保障,為高速公路跨越地球第三極——青藏高原,實現國家高速公路網在500多公里多年凍土地區的最後貫通保駕護航。(新華社)
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