解决冻土区铁路病害：青藏铁路旁1.5万根“热棒”，究竟有啥用？

中国被称为“基建狂魔”是有原因的，因为在条件允许的情况下，我们这些年四处架桥通路，甚至无惧高原天险，修成了青藏铁路。正如韩红在歌中所唱的一样，“这条神奇的天路，带我们走进人间天堂”。

如今许多人都会专门乘坐火车去西藏旅行，不放过沿途美丽的风景。不过在路上大家还有一些奇怪的发现，那就是在冻土区青藏铁路的两旁插着许多类似铁棒一样的东西，这一情况在其他的铁路附近从未见过。

实际上，这1.5万根“热棒”，是青藏铁路两旁的“禁卫军”，别看它们表面上没什么用，但当我们搞清楚其作用原理，就会发现它们大有用途。

冻土区铁路路基主要病害

青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，其线路的长度达到了1956千米，海拔4000米以上的路段长达960千米。

如今我们乘坐着前往西藏的列车，穿越这片雪域高原时，可能只会感觉到“缺氧”，却无法体会到当年铁路修建者们的艰辛。

毕竟青藏铁路的地基，可不是寻常的土壤构成，而是有许多多年冻土层，其穿越多年冻土地带的路段达到了550千米。

所以，青藏铁路修建首先需要克服的困难就是“冻土变化”，那么，冻土区铁路路基会遭遇哪些病害呢？

第一就是路基沉降变形，要知道冻土可不是永远能冻得梆硬，它对外界气候的变化非常敏感，不论是冬去春来的温度变化，还是如今全球变暖的影响，冻土区都会做出反应。当气温上升，冻土区就会出现热融下沉的病害，最终破坏铁路路基。

第二就是冻土退化导致的下沉病害，由于冻土非常的脆弱，所以不管是铁路的建设还是公路的建设都改变了原来的水热情况，影响了多年冻土的热稳定性，加速了冻土的退化。

这种影响会让冻土的天然上限下移，最终导致铁路路基下沉。

青藏铁路沿线现场监测及调查结果表明，在整个青藏铁路沿线冻土区，有超过85％的路基变形表现为沉降变形，这严重影响着路基的平稳性，给列车安全行驶带来隐患。

第三就是冻胀的病害，影响冻胀的因素有很多，比如土质、温度、水分等等，但其中影响最大的就是水分了，大部分专家认为水分的迁移是铁路路基产生冻害的本质原因。

很多人可能无法理解什么是冻胀，简单来说就是冻土在外界环境变化的影响下，其中的水分会出现凝结。而凝结之后的水会带着土壤的体积一起膨胀，这种变化会让地面发生变形，严重时甚至会形成冻胀垄岗。

专家认为，青藏铁路沿线的多年冻土区有着明显的三向地带性，即热量和水分随高度变化造成的垂直地带性、水平分布上的不完整性和热量南北差异引起的维度地带性、距海洋远近和大气环流特点造成的水分状况不同产生的干燥地带性。

这些特性使得该冻土区显得更加脆弱，并且在未来的50年当中，在全球气候变化的影响下，其必然呈现出退化的趋势。

因此，未雨绸缪，为目前的冻土变化和日后的冻土危机做好准备是很有必要的，而青藏铁路两旁的1.5万根热棒就是科学家们想出的应对方法。

那么，到底什么是热棒？这些热棒的工作原理是什么？安置它们又有何作用呢？

“热棒”是如何守护青藏铁路的？

这些插在青藏铁路两旁的热棒看起来是普通的铁棒，其实它们的内部却大有玄机。

热棒技术的运用历史可以追溯至上世纪六十年代初，1964年时，由美国Los Alamos科学实验室的Grover等人推出的一种器件，取名为热棒。

我国对热棒的研究始于上世纪七十年代初期，当时青藏公路需要穿越多年冻土区，公路的修建和维护也受到了冻土活动的诸多影响，所以为了减少多年冻土地基因冻害被不断破坏，1989年时我国科学院研究的专家在可可西里山区的涵洞上装了8根热棒，用来做研究试验。

后来科学家发现热棒应对高原冻土区的冻害确实很有用，人们就将其用在了青藏铁路的修建当中，让这1.5万根热棒成为了守护青藏铁路的“禁卫军”。

热棒又叫热桩或者热管，是一种两相液汽对流循环热传导系统，从本质上来说是由一根密封的管子组成的。在管子当中有工质，上部接着冷凝器，下部则为蒸发器。

其工作原理是当冷凝器与蒸发器之间存在温差(冷凝器温度低于蒸发器温度时），蒸发器中的液体工质吸收热量蒸发成气体工质，在压差作用下至冷凝器；与较冷的冷凝器管壁接触，放出汽化潜热……如此往复循环，将热量传出去。

当人们将热棒埋入地基当中后，它就会根据温度的变化进行工作，比如在冷凝段温度等于和高于蒸发端的时候，热棒就会停止工作。

而到了冬天时，感应到气温低于土温后，热棒又会开始工作，将地热带走，确保冻土不会受温度的影响。至于夏天，热棒就会停止工作，防止热量传入地基，加速冻土融化。

因此，从本质上来说热棒在冬天强化了冻土层的冷冻过程，夏天又不会增加热量，从而增加了冻土层的冷储量，使地下冻土层变厚，加固了冻土的强度，减小了冻土对铁路路基造成的威胁。

除此之外，热棒的工作安全可靠，使用寿命可以达到30年。从其外表就能看出，它的结构比较坚固，一般情况下不需要日常的维修和养护。

当然定期检查热棒是否正常工作还是很重要的，因为当其内部的壳体容器破裂，液体发生渗漏，就很难正常工作了。

除了在铁路两旁安插热棒之外，人们还想出了其他的方法来解决冻土退化的危机。这些防治措施在相互配合之下，共同守护着青藏铁路的正常运行。

其他防治技术

首先就是使用遮阳板，这种做法非常简单粗暴，直接用遮挡太阳辐射的方式，降低路基的温度，减少路基受水蚀和风蚀的影响，保证其处在冻结状态。

此外遮阳板的制造也要因地制宜，由于青藏高原的海拔很高，意味着其辐射会更加强烈。所以在遮阳板表面涂抹上高反射性的涂料油漆，能够提升防辐射效果。

其次就是多管齐下的治理，以“综合治理，控制融化速度”为原则，采取多种措施协同治理的方法。

比如先做好地表水和冻结层上水的防排工作，再增设片石护坡，减少路基两侧的传热，缓解融化速率。最后再在含冰量较高的路段铺设热棒，让其保持稳定工作，使得冻土在冬季是能够得到充分的冷冻。

资料显示自青藏铁路正式运营以来，针对多年冻土路基沉降，采取土护道、片石护坡、路基两侧种草等综合水热防护措施，对22.72km路基进行了整治，采取增设导流盲沟排水、热棒冷却地基等方式对56段路桥过渡段热融沉降地段进行整治。

总的来说，青藏铁路能够保持长期稳定的运行，是无数人付出了无数智慧与汗水的结果。而现在更需要关注的是，在全球变暖的影响下，青藏铁路未来是否会遭遇其他的威胁。