如果你去过青藏高原,在座火车时一定会发现一个特殊的东西,就是在铁路的路基两旁,时不时地会闪过一排排金属管,这些金属管齐刷刷地排列在路面两侧,一端埋在地底,一端露出地面,有两米多长。
图片来源于网络
这些金属管是什么
其实这些金属管是一种名叫热棒的东西,在内地很少见。你可不要小瞧它,它的作用可大着呢。
大家都知道青藏高原环境恶劣,海拔高气温低,不仅会缺氧,还有一些融尘和高原冻土,这些融尘和冻胀的冻土在日积月累下,会破坏土层结构,致使路面发生变形甚至是塌陷,可以说是青藏铁路修建过程中最大的拦路虎。
冻土的存在给青藏高原地区的道路基建带来了极大的挑战。当年在修建青藏铁路时,冻土问题可是困扰了我们很久。
图片来源于网络
因为冻土里的含冰量很高,温度升高冻土就会融化下沉,导致路基也跟着下沉。但是一到冬天,路基被冻住后又会上升,在这种情况下,铁路就算修好了也会受到损害,严重的还会造成铁路事故。
所以青藏铁路的设计师们苦心研究,终于找到了给冻土降温的方法,其中一个就是我们看到的热棒。
热棒是一种高约7米、内部中空、外部有散热片的金属柱子。它们就像是为地基准备的无需能源的“空调”。
当路基受热时会产生水汽,这些水汽顺着空心管道上升到热棒中。然后冷风吹过热棒的散热片,把热量带走,水汽因此降温凝结。从而保障路基始终处在一个低温状态下。
同时热棒还能把低温不断地输送给路基下的冻土,使冻土保持稳定。路基自然也不会产生升降了,而是稳稳地支撑着道路。
图片来源于网络
工作原理
曾经就有很多外国人认为只要有昆仑山在,中国人是无法翻越唐古拉山,跨越可可西里,将火车开往拉萨的。
然而在年7月1日,我国宣布青藏铁路开通。这是在中国铁路三代人背着氧气瓶建造完成的青藏线。列车的内外温度相差有二三十度,而且是在高原高寒冻土上行驶的。
在这样恶劣的条件下,列车是怎么在地面上正常运行的呢?
其实列车能够安全地在冻土上运行,靠的是一种叫热棒的东西,就是青藏铁路两旁排列整整齐齐的金属棒。
这是青藏铁路工程队为解决冻土问题而设计的。道路两旁的热棒数量有根,被插进了地基下5米深的地方。
图片来源于网络
热棒其实是一种高效导热装置,它是为解决冻土问题而专门设计的。它的全身是由碳素制作的无缝钢管打造的。
除了插入地底的5米外,在地面上露出的热棒有2米高。热棒主要分为上下两部分,上半段是散热段,上面装的有散热片,下半部分主要是吸热段,被直接埋进冻土中。
热棒的内部是空心封闭的,里面装的是沸点极低的液氨。那么为什么装的是液氨呢?
液氨的熔点很低,如果遇到较高的温度就会汽化成气体,在压差的作用下将下半段的热量传递到上半部分。上半部分接收到的热量,在外部冷空气的作用下迅速冷却。
液氨冷却回凝,埋入底下的部分又重新开始吸热,通过这种循环往复的吸热散热,从而让冻土保持稳定,列车也就能安全的在路面上行驶了。
热棒继续工作
有人可能会担心,进入炎热的夏季,热棒还会不会持续工作?这点不用担心,设计师在设计的时候,就已经把季节问题考虑在内了。
热棒主要是单向传热的,在这种情况下,大气中的热量不会被热棒传递到冻土中,而且热棒在冬季的时候就存储了足够多的冷量,进入夏季也不会使冻土内部的温度上升到融化的临界点上
图片来源于网络
从而形成了一个稳定坚固的“永冻层”,这个时候的热棒就相当于一个天然的制冷机。
在大规模使用热棒后,青藏铁路上的千年冻土就一直处于一个稳定的状态,很少发生冻融现象,而这些热棒也像守卫一样,为青藏铁路保驾护航。
这个技术后来也被广泛应用于公路,桥梁,隧道等工程建设方面,大大降低了施工难度。
其实在建设青藏铁路时,除了利用热棒保障路基稳定外,还应用了另外两个关键措施。第一个就是“抛石路基”,它就像天然的“空调”。就是在冻土层路基的中间抛填了具有一定厚度的碎石块,这些碎石块之间留有空隙,不完全填实,能够与外界空气保持流通,使冻土层的温度不随外界气温的变化而变化,有效地保持冻土的稳定性。
图片来源于网络
第二种就是在路基的边坡上安装一层遮挡太阳的板材,也叫作遮阳板路基,他就像给路基穿上了防晒衣,能够有效的减弱太阳对路基温度的影响。
在这三个关键措施的作用下,青藏铁路顺利完工,成了一条神奇的天路。不仅加强了青藏地区与内陆的联系,还增强了当地的经济发展。
直到现在青藏铁路仍然是一个奇迹,是世界铁路建设史上的一座丰碑,在年9月成功入选了“全球百年工程”,具有极高的重要意义。