新浪網(wǎng)：中國科研者研究凍土已有半個世紀了吧？
回答：2006-07-31 13:13
吳青柏：上世紀50年代初期，中國政府最初提出修建青藏鐵路。當時成立了凍土大隊，奔赴高原研究凍土問題，這其實也就是現(xiàn)在中國科學院寒旱所的前身。雖然后來青藏鐵路工程上馬一波三折，但中國科研者對青藏高原凍土的研究卻沒有停止過。
新浪網(wǎng)：青藏公路也是修建在凍土層之上，怎么解決凍土問題？
吳青柏：青藏公路修建于上世紀50年代，那時對凍土的認識還非常淺，也沒有什么新方法、新技術。當時只是采用了將路基加高到一定的合理高度，以減少路面熱擾動對凍土層的影響這一最簡單的方法。
新浪網(wǎng)：現(xiàn)在的青藏公路有些路段坑坑洼洼，受到凍土影響還是較為嚴重。
吳青柏：相比鐵路，公路的使用年限較短，要求也不高，一般經(jīng)歷12-15年就要進行大修。實際上，青藏公路的整修工作從沒有停止過，近年來也加入了很多解決凍土問題的新技術，路況已大為改善。
新浪網(wǎng)：1984年，青藏鐵路工程歷時10年，從西寧穿越高山、戈壁、鹽湖、沼澤修到了700公里外的格爾木，但工程卻嘎然而止。是不是因為那時凍土問題還沒有得到破解？
吳青柏：是。當時科研者對凍土已有深入研究，但思路還是屬于被動解決。打個比方，夏天賣冰棍都裝在木箱子里，怕化了拿棉被捂上，原來修路大概就是這個思路，但拿棉被捂冰棍早晚要化。直到中國科學院蘭州分院院長、凍土專家程國棟院士提出了“冷卻路基”的思路，凍土難題才最終得到破解。
新浪網(wǎng)：能解釋一下什么是“冷卻路基”嗎？
吳青柏：所謂冷卻路基的思路，就是變被動為主動，將“棉被”換成“冰箱”，通過技術手段將凍土層的溫度降下來，青藏鐵路才敢最終拍板決定上馬。
二
新浪網(wǎng)：凍土問題大家都很好奇和關注。冷卻路基的思路聽起來非常神奇，能具體講講嗎？
吳青柏：其實說起來很簡單，中學物理我們都學過熱有三種方式：輻射、對流和傳導，我們也就是通過材料、結構等很簡單的辦法調(diào)控這三種傳熱方式，最終達到降溫的目的。
新浪網(wǎng)：在青藏鐵路中，解決凍土運用最多的是什么方法？
吳青柏：塊拋石路基，俗稱“土空調(diào)”。青藏鐵路的路基與傳統(tǒng)的土方路基有所不同，是一種“肉夾饃”的結構??在土層路基中間，填筑了一定厚度的塊碎石。目前青藏鐵路已經(jīng)建成的路基中，有80%以上采取了以塊拋石路基和塊、碎石拋石護坡為主的路基新結構。
新浪網(wǎng)：塊拋石路基這種特殊的“肉夾饃”結構如何降溫？
吳青柏：拋石路基的新技術來自一次野外的無意發(fā)現(xiàn)。在青藏高原凍土區(qū)考察中，科研人員無意間扒開了一片碎石堆，在下面發(fā)現(xiàn)了冰雪，而附近的地面因陽光照射升溫都已翻了漿。科研人員把這個意外發(fā)現(xiàn)模擬進了鐵路施工，實驗證明：塊碎石間因有空隙，相當于一個半導體，冬季從路堤及地基中排除熱量，夏季較少吸收熱量，起到冷卻作用。
新浪網(wǎng)：塊拋石路基的降溫效果如何？
吳青柏：塊拋石路基的成本較很低廉，但它卻很有效，能有效地降低將路基下部土體的溫度降低0.5℃以上。。
新浪網(wǎng)：青藏鐵路沿線，路基兩旁插有一排排碗口粗細、高約2米的鐵棒。這種鐵棒也是一種降溫設施嗎？
吳青柏：是的，我們叫它熱棒，但很多旅客誤以為是雷達測速。熱棒在路基下還埋有5米，整個棒體是中空的，里面灌有液氨。熱棒的工作原理很簡單，當大氣溫度低于路基內(nèi)部的受外界影響溫度上升時，液狀氨受熱發(fā)生氣化，氣化的氨上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導給空氣，氣態(tài)氨由此冷卻變成了液態(tài)氨，靠重力作用又沉入了棒底。而熱棒最獨特的性能是單向傳熱，熱量只能從地下向上端傳輸，反向則不能傳熱。熱棒就相當于一個天然制冷機，而且還不需動力。
新浪網(wǎng)：青藏鐵路沿線，路基護坡兩端露出一排排空心塑料管，這是用來作什么的？
吳青柏：這叫通風管，與熱棒的垂直插設相反，通風管則是水平插入路基里。路基受外界影響溫度會發(fā)生變化，而通風管利用對流原理及時將這些熱量進行交換，從而將零點幕的位置有效地抬升多年凍土上限了上來，保證了下部界凍土的熱穩(wěn)定性。
新浪網(wǎng)：青藏高原因此被譽為中國太陽能最豐富的地區(qū)，青藏高原早晚溫差很大，這對凍土有影響嗎？
吳青柏：太陽光輻射在路基上，下面的凍土肯定會受不了。就象夏天外出要戴太陽帽一樣，我們給路基表面蓋上一層遮光板光照問題就能很好地解決。
新浪網(wǎng)：沿線青藏鐵路，給人印象最深的是橋多。最高的三岔何大橋有50米高，最矮的旱橋只有1米高，而最長的清水河大橋的長度則達到了11公里。據(jù)悉，青藏鐵路全線“以橋代路”橋梁達156.7公里。我們想知道，以橋代路是不是也是基于一種解決凍土的技術？
吳青柏：是的。對于極不穩(wěn)定的高含冰量凍土區(qū)，你用熱棒、塊拋石路基等方法都是不一定保險管用的，而以橋代路是解決凍土問題的最后辦法絕招。橋墩打進凍土層30多米，橋墩與凍土層間的摩擦力足以支撐路基的穩(wěn)固性，凍土的融化和凍膨脹對路基的影響這時已顯得微乎其微。
三
新浪網(wǎng)：青藏鐵路是全球穿越永久性凍土地帶最長的高原鐵路。修建之初，西方專家就早有預言，稱“這是無法攻克的世界性難題”。
吳青柏：青藏高原的凍土問題確實棘手，但經(jīng)過半個世紀的科學研究，這個難題現(xiàn)在已基本得到了解決被攻破。從上世紀50年代起，我們就對凍土區(qū)進行了大量的地下勘探，鉆孔深度累計已達幾十萬米，前期幾代科研者做了大量的基礎研究。修建鐵路前，我們做了大量的實驗室的模擬實驗，同時，我們還在凍土區(qū)建立了鐵路實驗路段，實地進行實驗模擬?？梢赃@樣說，無論是理論還是實際，現(xiàn)在青藏鐵路采用的每一項解決破解凍土的技術都經(jīng)過了嚴格的驗證。
新浪網(wǎng)：青藏高原是先兆區(qū)，轉暖的信號比別的地方來得早，而幅度又比別的地方要大?？茖W家曾預測，到2050年青藏高原溫度將升高2度左右。投入巨資的青藏鐵路作為一項百年工程，如何應對全球轉暖的問題？
吳青柏：剛才已講過，以前修建青藏公路時，我們只是被動地去解決凍土問題。這次修建青藏鐵路，我們轉被動為主動，采取了“冷卻路基”的思路，就是考慮了全球氣候變暖的趨勢。在前期實驗中，溫度上升對路基的破壞我們作了大量的實驗。在2003年，也就是青藏鐵路開工2年的時候，我們根據(jù)實地監(jiān)測，建設部門對一些敏感的凍土路段進行了規(guī)劃調(diào)整，很多地段增加了冷卻路基的方法裝置，有些地段甚至直接改成了以橋帶路的方案。可以這樣說，青藏高原今后氣溫真的要上升2度，現(xiàn)在我們采取的冷卻技術是完全可以應對的。
新浪網(wǎng)：一份資料顯示，俄羅斯凍土區(qū)鐵路的病害率達到了40%，列車時速一般只能達到50公里左右。青藏高原的凍土區(qū)與俄羅斯的凍土區(qū)有何區(qū)別？
吳青柏：國外大部分凍土區(qū)的溫度較低，而我國青藏凍土層厚度大薄，溫度高，很多地區(qū)的年平均地溫高于零下1度，難度非常大。修建于100年前的俄羅斯凍土區(qū)鐵路病害率達到了40%，修建于上世紀80年代的俄羅斯凍土區(qū)鐵路病害率達到了30%，我曾坐過俄羅斯的凍土區(qū)的火車，時速只有30-40公里，非常慢。雖然青藏高原的凍土問題更為棘手，但中國的青藏鐵路修建時，凍土技術已非常比較先進，目前青藏鐵路的時速被定為100公里，從中你也能看出科技的進步。
新浪網(wǎng)：凍土的融化和凍結變化對鐵路的影響很大，目前青藏鐵路列車時速始終會保持在100公里不變，還是會隨季節(jié)有所調(diào)整？
吳青柏：青藏高原凍土區(qū)活動層隨季節(jié)會發(fā)生變化，每年4月份凍土開始融化，到9月份才停止融化開始凍結，凍土層在其中會發(fā)生相應的變形。雖然但目前青藏鐵路開展了的運營實驗還沒有開展，但這方面還缺少經(jīng)驗過多的考慮。按理說，青藏鐵路列車的時速應按照季節(jié)變化做出科學的調(diào)整，這應該是我們今后的一個研究工作。
新浪網(wǎng)：去年9月，我在青藏鐵路沿途考察中，在五道梁段發(fā)現(xiàn)鐵軌出現(xiàn)了此起彼伏的麻花狀，鐵路工人也用工具對變形的鐵軌進行修整。我想知道，這種情況，是不是凍土造成的？
吳青柏：鐵路在開通前，剛剛鋪設完的鐵軌需要一段時間的調(diào)整期，比如路基碎石的壓實就需要一個過程，所以鐵軌出現(xiàn)變形屬于正?，F(xiàn)象。去年9月，青藏鐵路正處于鐵軌調(diào)整期，今年7月1日鐵路開通后，這種現(xiàn)象應該不會再出現(xiàn)了。
新浪網(wǎng)：凍土對青藏鐵路一旦會造成病害，我們?nèi)绾文鼙O(jiān)測？
吳青柏：這兩年，我們所做的一項重要工作，就是在鐵路沿線的凍土區(qū)布設監(jiān)測儀器。在路基、坡腳角、路肩等斷面位置分別埋設了各種儀器，對鐵路斷面溫度和微小的變形都會有詳細的監(jiān)測。目前，我們在長達550公里的敏感凍土區(qū)布設了40多處這樣的監(jiān)測點。
新浪網(wǎng)：550公里的凍土區(qū)基本屬于無人區(qū)，收集這些監(jiān)測是不是一個很大的工作量？
吳青柏：這些監(jiān)測儀器都帶有無線傳輸系統(tǒng)，我們在格爾木設立了自動接收站，監(jiān)控工作非常先進，哪出了問題，隱患很快就能找到，相應的鐵道部門會迅速做出反應對問題路段進行檢修。
四
新浪網(wǎng)：前一段時間，外國媒體對青藏鐵路凍土安全問題提出了擔憂，中國外交部也出面給予了回應。
吳青柏：這個新聞我也關注了，這完全是外國媒體的毫無根據(jù)的指責，并沒有專家的言論。
新浪網(wǎng)：國外專家對青藏鐵路解決凍土問題的技術有沒有什么評價？
吳青柏：2004年9月5日，第六界國際多年凍土工程會議在蘭州召開，青藏鐵路當時成為了與會專家討論的焦點。在這次會議上，美國俄勒岡州立大學著名凍土專家T.文森教授說：“青藏鐵路是二十一世紀工程建設領域最偉大的成就之一。中國工程技術人員在凍土工程設計和施工中作出了正確的選擇，采取的主要工程措施是安全可靠的。”俄羅斯鐵道運輸勘察設計院著名凍土專家瓦連金博士說，“青藏鐵路采取保護凍土的設計原則是完全正確的，主要工程措施可靠，能夠保證安全可靠。”
新浪網(wǎng)：外國專家對青藏鐵路是非常認可的。
吳青柏：是這樣的。今年8月，高亞洲國際凍土會議將在蘭州召開，目前報名的國外凍土專家已達100多名，人數(shù)非常之多。目前，全世界的凍土專家對青藏鐵路的開通非常關注，這次會議我們也會向世界展示我國凍土研究的成果，并帶領他們考察青藏鐵路。
新浪網(wǎng)：中國目前在凍土方面的研究在國際上處于什么水平？
吳青柏：目前，國際上對凍土的研究非常熱，中國的凍土研究在國際上已占有一席之地，而凍土工程技術方面的研究和運用已處于國際領先進水平。
新浪網(wǎng)：青藏鐵路即將開通，而長達半個世紀的凍土研究成果今后有什么現(xiàn)實意義嗎？
吳青柏：意義非常重大，青藏鐵路破解凍土難題的經(jīng)驗對我國寒區(qū)的工程建設具有重要的指導和借鑒價值。今年6月20日，東北的漠河機場開始破土動工，那里也是個凍土區(qū)，青藏鐵路解決凍土的經(jīng)驗就可以對在漠河機場建設具有一定借鑒意義得到了很好的推廣運用。與此同時，東北中國與俄羅斯的輸油管的鋪設也將穿越凍土區(qū)，屆時也會吸納青藏鐵路的凍土研究成果對穿越凍土區(qū)的輸油管線有指導意義經(jīng)驗。
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