你们见过铁路两旁的“铁棒”吗?有些人肯定会疑惑,自己没少坐火车,但是从来没有见过这种东西。其实,这种铁棒叫做“热棒”,只在青藏铁路的附近能够看到,虽然这种“热棒”看上去平平无奇,但是一根造价就高达20万元,“热棒”是用来干什么的呢?
“热棒”
“热棒”,是为了解决青藏铁路冻土问题而设计的,是一种非常有效的散热装置。青藏高原我们都不陌生,是中国乃至世界上,海拔最高的平原,更有着“世界屋脊”的美誉。但是正因为这样,想要在青藏高原上修建铁路还是非常困难的。
因为海拔较高的缘故,导致青藏高原的气温非常低,经常在0℃以下。这也使得青藏高原存在许多的冻土。冻土是一种比较特殊的土壤,土壤的温度低于0℃以下,并且土壤中还有冰屑存在。
简单的来说,就是含有水分的土壤结成了冰。这种土壤一般情况下非常结实,按理说应该是一种好事,但是当夏天来临,这也冻土就开始了“摆烂行为”。虽然青藏高原的夏季依旧寒冷,但是由于海拔比较高的缘故。
青藏高原受到的阳光照射也比较强烈,在阳光的照射下,这些冻土就会迅速地吸取热量,在这种情况下,冻土中存在的冰屑会逐渐的融化,而冻土也会逐渐变得松软。如果在这种土地上行驶车辆,土地就会发生比较明显的变形。
等夏天过去,严寒再次降临青藏高原,此时的土地又会重新膨胀变成冻土。你们可以想象一下,如果是铁路建造在这种土地上,短短几年内,斥巨资建造铁轨就会因冻土而报废。而“热棒”就是为了解决这种问题而被发明出来的装置。
“热棒”究竟是如何解决青藏铁路的冻土问题呢?
“热棒”的原理
青藏铁路两旁的“热棒”,虽然不起眼,但是正是这种热棒保护了青藏铁路。虽然这种装置叫做“热棒”,但实际上,他们是一种“散热棒”。从外表来看,我们能非常容易地观察出,热棒的上端是由许多个环形散热片组成。
再来看热棒的内部结构,热棒的内部可以分为三个部分,第一个部分是吸热区、吸热区就是埋在冻土下面的部分,里面主要成分是液态氨。氨气是一种氮气的氢化物,有着非常刺激的恶臭味,在常温下的沸点为-33.5℃。
如此低的沸点,就成为了吸热剂的不二之选。我们知道,溶液态变为气态的过程,需要吸取大量的热量,而这种液氮就可以利用吸热的原理,让冻土常年保持低温直接变为“永冻土”,而热棒中间的部分叫做隔热层。
这一层的目的,主要是为了防止高温天气下,热棒顶端的热传递现象。而热棒的上端就是“散热层”,变为气态的氨气,在散热片的帮助下,会散去热量重新变为液态氨流到热棒的底部,这样的过程不断循环,就会让冻土一直保持低温。
到了夏天,虽然顶端散热区的散热效率会变低,但是热棒依然可以使冻土保持低温。并且为了保险起见,热棒每隔一米左右就会安装一个,这样能够在最大限度内保证冻土的温度,这样冻土问题就被有效地解决了。
虽然听上去非常简单,但是“热棒”可是铁路设计者们半个世纪的智慧结晶,并且内部构造非常复杂,仅仅一根热棒的造价就高达20万元左右。虽然热棒在很大程度上,让冻土问题得到缓解,但是想要彻底解决还需要其他的方法。
基建狂魔的实力
在海拔四千米以上的地方修铁路有多困难?仅是一个冻土问题,就困扰了铁路设计者一个多世纪,因为冻土会根据温度改变土壤硬度,非常容易让铁轨和公路变形。在人们的研究下,散热装置被研发出来。
但是这也是其中一种方法。如今科学家们也研究出一种特殊的隔热材料,在施工的过程中,将隔热材料覆盖在冻土上面,这样就形成了一种非常有效的隔热层,使高温无法传递到冻土中。
再加上热棒的散热作用,几乎可以完美地做到,让冻土彻底变为永冻土。这还没完,在路基修建完成后,还会在路基上铺设反射层,利用白色反光的效果,反射太阳的直射光线,从而进一步减少了热量的传递。
还有一种温度调节手段,相信大家都见到过,那就是铁路上铺设的碎石块,这些碎石块也可以从多个方面起到调节温度的效果,在多重保护下,铁路的冻土问题几乎得到了完美的解决。
曾经,中国刚想修建青藏铁路时,就遭到了许多质疑,青藏高原环境非常恶劣,想要在那里建成铁路绝非易事,一些国家的专家甚至认为,中国是无法完成青藏铁路的。结果,中国用自己的实力打了他们的脸。只能说,中国不愧是基建狂魔!
其实,不只是铁路,就连青藏高原的公路也一样,两边也插满了“热棒”。现如今,高原冻土问题依旧是世界性难题,有能力完成高原铁路建设的国家,也屈指可数。其中中国更是脱颖而出,利用独有的黑科技完成了一个又一个的奇迹。
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