中国科学家呵护冻土上的“天路”

  这是靠近唐古拉山口的一段青藏公路，路两边密布热棒（无人机照片，11月30日摄）。 新华社记者 姜帆 摄

  新华社拉萨12月9日电 题：中国科学家呵护冻土上的“天路”

  新华社记者白明山、格桑边觉、刘洪明

  青藏高原是全球高海拔多年冻土集中分布的地区。作为世界上海拔最高公路之一的青藏公路，多年冻土段分布平均海拔在4500米以上，工程技术人员不得不面临一个世界性难题——冻土对公路的影响。

  记者日前从西藏拉萨出发，沿青藏公路直抵青海格尔木市，这一路的直观感受就是有的路段高低起伏，犹如在波浪中行船。

  “海绵路”“搓板路”“弹坑路”，这是司乘人员对这类路段的戏称，车速稍快一点就会颠簸得厉害。这种路的出现，与该地区的冻土有直接关系。

  由于高原冻土影响，青藏公路高海拔部分路段路面呈波浪状（12月2日摄）。新华社记者 姜帆 摄

  青藏公路是人员、物资进出西藏的主要通道之一，1954年建成通车，距今已70年。

  中国科学家对冻土的研究也已经持续了很多年。他们通过在高原上布设观测站，收集了大量关于永久冻土层变化的数据。这些数据显示，过去几十年，青藏高原的永久冻土层温度在逐渐上升，融化速度在加快。

  中交第一公路勘察设计研究院有限公司格尔木观测研究基地的科研人员长期致力于高原冻土的研究。

  中交第一公路勘察设计研究院有限公司格尔木观测研究基地主任陈冬根（左）与同事在实验室里检查冻土样品（12月3日摄）。新华社记者 姜帆 摄

  基地主任陈冬根说：“在冬季，冻土就像水结冰一样，会随着气温的降低而剧烈膨胀，导致公路路面隆起。到了夏季，冻土又像冰块融化一样，体积迅速缩小，公路路面也随之下沉。”

  这也导致了青藏公路成为世界上“病害”较多的公路之一，路面的沉降变化直接影响汽车通行安全。

  70年来，中国政府投入巨资，多次对青藏公路进行整治改建，青藏公路实现了世界首例在高寒高海拔冻土区铺设黑色等级路面——由原来的砂石路面逐步改造为现在的沥青路面。

  受惠于这条公路，沿途形成一条条经济带、文化带、旅游带，各族群众称它为“彩虹”“金桥”。为确保这条路的安全畅通，中国科学家几十年如一日进行研究和“出谋划策”。

  货车从两侧遍布热棒的青藏公路一段经过（12月2日摄）。新华社记者 姜帆 摄

  记者在沿路看到，部分路段两旁竖立着一根根“金箍棒”，这是解决冻土层路面沉降的方法之一。陈冬根介绍，这叫热棒，是一种利用重力和气液相互转变的原理为路基降温的装置，是保持冻土层温度稳定的导热管。

  在冬季，热棒下端吸收热量后，液态物质会转化为气态，然后上升至冷凝器。在冷凝器中，热量被发散到空气中，气态物质再转化为液态，最后在重力的作用下流回热棒下端。通过热棒的单向导热性和高效的传热和散热效率，源源不断地带走路基的热量，保持路基的稳定。

  除此之外，科学家还想到了在冻土层上加装“隔热板”，即用特殊材料制作的保温板“XPS板”——它能阻止夏季热量向下传输。陈冬根说：“通俗讲，这就类似我们小时候看到卖冰棍的老人给冰棍裹住厚厚的被子。”

  这是在中交第一公路勘察设计研究院有限公司格尔木观测研究基地拍摄的“热棒加XPS板路基”模型（12月3日摄）。新华社记者 姜帆 摄

  这是看得见的装置措施，还有看不见的手段，它们隐藏在地面下。通风管路基是一种在路基底部以上一定高度横向埋设的钢筋混凝土通风管。通过通风管内的空气流动，可以带走周围路基土体中的热量，有效保持路基的低温。这种方法可以减少冻土的融化，保持路基的稳定。

  青藏公路事业发展和应急保障中心党委书记高永利介绍，不少工程技术人员跟这条路打了一辈子交道，要解决好雨、雪、冰的问题，就是跟“水”作斗争，该疏的要疏、该堵的要堵。对冻土层的扰动越小，越有利于地基稳定。

  尽管科学家对冻土的研究越来越深入，但是他们还要面临一个长期变量的挑战，那就是全球气候变暖。“随着气温的攀升，不同地段冻土的融解速率不一，这就需要我们因地制宜，持续开展精细化分析。”陈冬根说。