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青藏铁路两边有1.5万根铁棒，每根价格20万！美国想购买却被拒绝

2024-11-01 09:05   广东  
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美国想购买却被拒绝





透过青藏铁路列车的玻璃窗，在欣赏人迹罕至的高原风景时，你是否注意过铁路轨道两旁竖立着的一根根“铁棒”？它们像一位位士兵一般，守护着青藏铁路的轨道。别看这些“铁棒”的外表朴实无华，但其价值极高，美国也想购买这种“铁棒”，却被果断拒绝。这种“铁棒”究竟有什么魔力，美国竟不惜高价钱购买它？


01
青藏铁路两边有1.5万根铁棒
青藏铁路相信大家不陌生，也是世界上最高和最长的高原铁路，它连接青海省和西藏自治区，成为这两个地区的重要交通干线。很多乘坐青藏铁路火车的朋友，可能注意到铁路两旁插着很多铁棒，据说这些铁棒一共有1.5万根，每根的造价高达20万元，在这个过程中，
美国想购买却被拒绝。

青藏铁路全长1956公里，
超过960公里的路段位于海拔4000米以上的高原地区，环境极其恶劣。高原地区的低氧、寒冷和强紫外线等自然条件，给铁路建设带来巨大的挑战，工人在高原上工作，不仅需应对高寒和缺氧的环境，还要克服地形复杂、气候多变等困难。
号称“世界屋脊”的青藏高原，是世界上面积最大、海拔最高的高原。我国的多年冻土主要分布在该地区，青藏高原的冻土面积约占我国冻土面积的72%，可见其分布之广。
高原顾名思义就是海拔很高，表面宽广平坦的地区。冻土其实就是一种内部含有冰的岩石和土壤类型，形成的气温一般在0℃以下。高原巨大的海拔高度导致了该地区气温很低，使其具备了形成和保存多年冻土低温条件。
从外形来看，热棒全身缠满了一圈圈像铁片和线圈一样的散热片，
这是一种用碳素无缝钢管制作而成的高效导热装置，

非常适合于青藏高原的环境。
尤其是在解决高原冻土层融化这个世界问题上，热棒发挥了不可替代的作用。所以，无论是在青藏铁路还是青藏公路上，热棒几乎都是随处可见的。
那么，为什么在青藏高原地区修建道路一定要用热棒呢？这和青藏高原特殊的地形和气候条件有很大关系。
青藏高原又被称为“世界屋脊”，它是我国最大，也是世界上海拔最高的高原，平均海拔在4000米以上。高海拔导致青藏高原的平均气温很低，高原冻土层密布，冻土指的是土壤温度低于0℃且含有冰屑的特殊岩土体。
在冬季气温较低的时候，冻土层中的冰晶和土壤紧密结合在一起，让路基显得十分坚硬。但是一到夏天，由于高原上缺少云层遮挡，太阳直接照射到地面时，气温上升速度很快，就会导致部分冻土层内的冰屑融化，冰水与泥土变得异常柔软，不利于车辆在路面上行驶。
尤其是，冰融化成水的时候，体积会缩小，导致路基和钢轨随之产生凹陷；而等到冬天，这些泥泞的土地再次因为低温冻结时，体积又会膨胀，导致建在上面的路基和钢轨被膨胀的冻土顶起。在冻土的冻结和融化反复交替作用下，路基就会出现翻浆、冒泥、沉降变形现象，使得钢轨扭曲变形，用不了几年，花费几十上百亿元修建的铁路就会报废了。
据统计，青藏公路有85%的路基病害是冻土融化造成的；有15%是土壤冻结造成的；桥梁和涵洞的病害主要由冻胀引起。由此可见，青藏高原的道路问题几乎都是冻土导致的。如果不解决冻土问题，就想要修建好铁路无异于天方夜谭。
自上世纪60年代以来，冻土工程问题就一直是一项世界性难题，而为了解决这个问题，科学家们才特意研制出了“热棒”。别看“热棒”的外表好像就是一根普普通通的铁棒，但其实在它朴素的外表下，却蕴藏着常人不知道的精巧设计，它们凝聚了科学家半个世纪的心血。虽说名字叫热棒，但其实它更像是一个“冷冻器”，只要插入冻土层下，就能让冻土不再融化，在地表形成永冻层。
在此过程中，冻土是青藏铁路建设中最大的技术难题。因为冻土层在冬季冻结，在夏季融化，冻融循环导致地基的不稳定，给铁路的安全运行带来极大的隐患。冻土问题，主要体现在两个方面，一是冻土层的热稳定性问题，二是冻土层的力学稳定性问题，要解决这两个问题，需采取有效的工程措施，保持冻土层的稳定。
为了克服这些困难，中国投入大量的人力、物力和财力，进行技术攻关和工程创新，可以说青藏铁路的建设历时五年，期间进行大量勘察和试验，制定多项技术方案，最终成功解决冻土、环境保护和高原反应等问题，建成这条世界奇迹工程，而这个方法就是，铁路两旁插着的铁棒，被称为“热棒”。热棒其实是一种专门用来解决冻土问题的黑科技。
其工作原理，就是利用物理相变原理，通过导热管内工质的蒸发和冷凝，实现热量的传递，从而保持冻土层的稳定。具体来说热棒的一端插入冻土层中，另一端暴露在空气中，当外界气温低于冻土层温度时，热棒内的工质在低温端冷凝，将热量传递到高温端，使得冻土层温度降低，保持其冻结状态。
作为我国新世纪四大工程之一的青藏线，是通往西藏内部的第一条铁路路线，海拔高度和线路长度也是世界上最顶端的。建成时共有85个车站，真正意义上实现了“千里青藏一根轨”的设想。
线路两旁却插着密密麻麻的铁棒，每根铁棒都有两米长，就像是排列整齐的战士一样，对着经过的列车行注目礼，这一万五千根铁棒共同守卫着青藏铁路。这些铁棒就是对青藏铁路至关重要的“热棒”，解决了青藏铁路建设最棘手的难题“冻土层”。
其实热棒的整体结构可以分成三部分，分别是上端露出地面的散热段，和埋在地底的吸热段，以及地底内部的绝热段。散热段外部缠绕着，用碳元素无缝钢管所制造的高效导热装置。
这种“铁棒”其实是一种内部中空，外部由碳素无缝钢管制成的一种可以降低地下温度的一种装置，真实名称为“热棒”，它全长大约七米，5米深埋地下，地表上露出2米。这种热棒的运用就像给青藏铁路的冻土区装上了“空调”。有小伙伴就会疑惑了，“冻土区”根据名字来推断一定是一个冷的地方，那么为什么还要给它装上“空调”呢？
露出地表长约2米的部分叫散热段，它的外部缠绕着一圈散热片，可以让热棒内部的热量散发到空气中。埋在地底的部分长约5米，内部又分为吸热段和绝热段。吸热段位于热棒的最底端，里面储存着大量液氨。由于液氨的沸点只有-33.5℃，所以即使身处永冻土层中，它也随时在吸收热量变成氨气上升，使得永冻土层全年都能保持在一个极低的温度下。
上升的氨气会经过中间的绝热段，进入到吸热段。冬季时，高原的气温比地底温度低，氨气在吸热段遇冷就会液化，在重力作用下流回最底部，不断循环保持地底的低温状态。
而到了夏天，虽然外界气温很高，但是由于中间有绝热层的存在，所以高温无法传递到热棒底部；同时，氨气到达热棒顶端也无法冷凝，那么热棒就陷入了停工状态。不过不用担心，因为此时热棒内部的氨气和液态氨已经达到了平衡状态，底部的气温依然很低，不至于让周围的冻土融化，也就能够确保青藏铁路的安全和稳定了。
另外，这些热棒在生产时进行了特殊的防腐处理，寿命可达30年以上。可以说，热棒埋设技术有效解决了冻土区路基夏季融沉问题，比曾经的以桥代路每公里可节省投资3000多万元，仅此一项就为青藏铁节省了10多亿元的资金。同时，埋设热棒还避免了地表开挖、铲除植被、修筑路堤取土等人为工程活动对生态环境和资源的破坏。
由于冻土层对铁路的安全性影响太大，所以铁路局在对待这个问题的时候，也不得不多做几手准备。所以除了热棒以外，科学家们还想出了其他防止冻土融化的好办法。
这些办法大都是通过改变路基的结构，来实现冻土层的保温。比如，从路基温度上着手，工作人员会首先在路基内部，铺设一层具有单向导热能力的隔热层，以增大热阻，从而阻止热量进入到冻土层内。这种隔热层一般采用聚苯乙烯板或者聚胺脂板材料。
在路基修建完成以后，还可以在路基上铺设一层白色反光遮阳棚，避免太阳辐射对路基的直接照射，从而减少传入冻土地基的热量。从通风角度来说，“基建狂魔”们也创造了两种有效的办法。第一种通风路基，这种方法通过在路基底部横向铺设通风管道，并在管道一端安装自动温控风门实现对热量的控制。具体的设计原理是，当温度较高时，风门就会自动关闭；温度较低时，风门自动打开。这样可以避免夏季热量进入通风管，对路基进行保温。
第二种是片石通风路基。这种办法是指在路基中间铺设大量石块，由于石块之间的空隙较大，通风效果很好，所以能起到调节温度的作用。虽然夏季气温高，但是由于热空气的密度较小容易形成上升气流，因此热量很难进入路基内部，而碎石头之间的空气流动和地表水蒸发后又能带走热量，可以起到热屏蔽作用；
在冬季，由于冷空气密度较大，在自重和冬季风的作用下，冷空气会将碎石层中温度更高的热空气挤走，冷空气更容易进入路基底部，因而也能防止冻土融化。
这些凝聚了无数冻土专家几十年心血的“黑科技”付诸实践，最终让青藏铁路得以全线贯通。同时也因为解决了“多年冻土、高寒缺氧和生态脆弱”这三大世界性难题，
青藏铁路的成功更让全世界更加信赖中国“基建狂魔”这块金字招牌。

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