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建筑奇观之中国的青藏铁路(英文中字)
时间: 2011-03-08
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50多年来,中国一直梦想着将自己的铁路网延伸到拉萨。
青藏铁路全长1142公里,沿途共有10条隧道,675座桥梁,穿越了世界上自然环境最为严酷的青藏高原。这不是最长的铁路,但毫无疑问修建难度是最大的。它是一个建筑史上的奇迹。
青藏高原位于中国的西南部。它的面积相当于法国的3倍。拉萨位于青藏高原的中心,是一片神秘而充满宗教色彩的土地,像磁石一样吸引了大批有冒险精神的游客。
前往拉萨一直是一段漫长而充满危险的旅程,很多人在蜿蜒崎岖的青藏公路上丧生。这里的天气变化无常,晴空万里的天空突然会刮起凛冽的寒风,呼啸而来的大风卷起地面的尘土和冰雪。这里的温度有时会降到零下40度,这是人类生存的一个极限。
当中国的铁路工程人员接受任务,在世界屋脊建造全长近1200公里的铁路时,他们知道某些路段的海拔要高达5000多米。这将是世界上海拔最高的铁路线。
青藏铁路的修建工作有诸多困难,很多来自于地下。全线的一半,大约550公里的部分要经过永久冻土带,永久冻土冬天坚硬无比,夏天则异常松软。
北半球有四分之一的土地被永久冻土覆盖。永久冻土有时厚度超过1500米。它在冬天坚如磐石,但夏天时表面会发生融化和沉降。冬天再次来临时,则再次冻结,体积会增大,地面也会升高。在这样不稳定地区修建的铁路无疑要发生变形。应用传统技术在永久冻土带修建的铁路很快就会被废弃。
中国历史上出现了很多伟大的建筑工程师,他们建造了举世瞩目的万里长城和北京故宫,这些建筑在全世界都是独一无二的。
2001年6月29日,中国政府决定修建青藏铁路,这注定会成为21世纪的一个建筑奇观。
中国的工程技术人员要想方设法在世界最高的高原修建铁路,而他们只有6年的时间完成这个任务。
医疗团队要在高原病多发区确保建筑工人的安全,而对于设计人员来讲,最大的挑战来自于脚下的冻土。接受了这项看似不可完成的任务,在极不稳定的地区修建铁路的是工程师赵世运和永久冻土专家张鲁新教授。
张教授花了近40年的时间研究青藏高原的冻土问题。他花了5年的时间与勘探和调研人员进行现场调查,将永久冻土分类,试图找到在冻土区修建铁路的最佳方案。
但是永久冻土还不是这个项目的最大敌人。
修建穿越青藏高原的铁路一共动用了22.7万名工人,这个工程威胁着他们每一个人的生命。海拔5千米的高度,超过珠穆朗玛峰的一半,空气的含氧量还不到海平面的一半。
20世纪30年代修建美国的胡弗大坝一共夺去120人的生命,受伤者则不计其数。修建巴拿马运河则夺去了3万工人的性命。
而这一次,在这样一个环境恶劣、规模宏大的建筑现场,政府决心避免其它浩大工程中经常发生的人员伤亡事故。
青藏铁路开工建设后,医疗保障队伍面临着一个巨大的挑战。在一个极端危险的高海拔工地,缺氧很容易造成人员死亡,医务人员必须设法保证超过20万人的生命和健康。
从20世纪50年代以来,中国就一直希望将铁路网延伸到自己的西南边陲。大约10万铁路大军修建了从西宁到格尔木的800公里铁路。当时的铁路只修到了格尔木。格尔木位于气候多变的青藏高原边缘,是一个高海拔的工业重镇。高寒缺氧使这一工程停滞了50年。在派工人开赴建筑前线之前,医务人员必须做出完整的计划,保证他们的生命安全,缺氧的环境很容易引发高原病。为20万工人提供瓶装氧气是个艰巨的任务,但是在空气含氧量最低的隧道中,医务人员意识到背负沉重的金属氧气瓶也可能将工人致于死地。即使这样人们也不能工作很久,在隧道中工人4个小时一换班,而在其它工地则6个小时一换班。吸氧和缩短工时是远远不够的。工人们随时可能发生肺积水和脑积水,这是高原病比较严重的症状,如果不及时治疗就有性命之虞。
人们在沿线建立了144个各级医疗站点,共有近500张病床,有力地控制了高原病。
在整个工程进展中,一共有14000人在沿途的高压氧舱接受了治疗。过去还从未有过在建筑工地这样大范围使用氧气的先例。这需要严格的卫生控制和对工人的广泛监测。
22.7万工人奋战在条件最为艰苦的工地,空气中的含氧量只是正常值的一半,没有发生一例高原病死亡,对于医务人员来说,这是个了不起的成就。
全长1142公里,共有675座桥梁,10座隧道,穿越了自然环境最严酷的青藏高原,青藏铁路无疑是人类历史上最难修建的。
冻土不断发生着冻胀融沉,这的的确确是最大的问题。张鲁新教授必须设法将铁路架在极不稳定的冻土区。解决的方案出奇的简单。听起来很容易,但是在夏季温度高达10度的环境下,保证550公里的地段不发生融化是非常巨大的挑战。
第一道防线就是修建高高的路基。沿线共有近千公里的路基,路基的高度越高,夏天隔热的作用越明显,路基不仅仅是岩石和土的堆积。特别设计的隔离板发挥一定的作用,但最主要的却是路基的下面部分。
为了保证更活跃冻土的稳定,工程技术人员从那些在青藏高原生活了几千年的居民那获得了灵感。为了适应高原地面冻胀融沉的情况,人们想到了一个简单而又聪明的解决方法。
铁路工程人员注意到,如果地基的通风管被堵,房屋的墙壁就会发生断裂。
通风管道将房屋内的热与地面隔绝,只要通风管持续发挥作用,冻土就不会融化,保证了房屋的稳定。参照这种经过实践检验的做法,工程师们在路基上安放了通风管,既经济又成效卓著。在那些更活跃的地带,张教授和总工程师赵世运需要一些高科技的方案。热棒内装有液态氨,其工作原理与冰箱一样。地里的热量导致热棒底部的液态氨蒸发上升,当氨气上升通过散热片时,热量得到释放,氨气温度下降,凝结,流回热棒底部。
热棒不需要能量,青藏铁路沿线一共有32公里热棒路基。
为了完成将铁路修往拉萨的任务,工程人员必须找到另外的解决方案。
通往中国西南边陲西藏的铁路线,需要通过大范围极不稳定的冻土区,以及沼泽地带,它们都无法承受铁路的重量。设计和工程人员需要一个全新的计划修建铁路。如果不借助桥梁,在青藏高原修建铁路的宏伟计划根本无法实现。穿越青藏高原的铁路线上共有675座桥梁。沿线最长的陆地桥总长近12公里。在不断发生冻胀融沉的永久冻土区修建桥梁有很多问题,问题的核心是桩基。工程师必须设法在永久冻土区浇铸混凝土桩基。
张教授和他的团队需要解决如何将混凝土桩基打入极不稳定的冻土,还要避免冻土融化。
第一步就是在保证低温的情况下钻孔,钻孔采用干钻法,普通钻机是用水作为润滑剂,但水会引起地下冰的融化。
混凝土是现代建筑的最主要材料之一,它在青藏铁路工程中尤为重要。青藏铁路桩基使用的水泥都是特殊配方的,以适应当地严酷的自然环境。浇铸桩基最主要的因素是湿混凝土的温度。将湿混凝土的温度降至零上5度,混凝土就会很快的与周围冻土冻结在一起。即使冻土的上层在夏天发生融沉,深入地下的桩基部分依然坚固,承载力不变。在永久冻土区修铁路时,温度可能是你最危险的敌人,也可能是你最好的朋友。
当火车继续前进,接近唐古拉山时,就要穿越河流和峡谷,这对工程技术人员提出了更严峻的考验。这样规模的桥一般修建的工期要两年,但是中国的建筑团队只用一半的时间完成这个工程。三岔河大桥桥面距离河谷52米,全长700米。
在时间紧迫的情况下,中国的工程技术人员必须想办法以超越以往的速度完成这项工程。
工程人员面临的最大挑战就是在寒冷的冬季浇铸混凝土,他们需要想方设法避免混凝土在正常凝固前就冻住。
要完成这项任务,工程师们需要开动脑筋。
试验车越过了水上桥梁和陆地桥,走过了有温控功能的路基,路基的海拔越来越高,接近了风火山和唐古拉山。
唐古拉车站海拔5068米。这是世界最高的火车站和世界最高的铁路线上的风景,在这样极端高海拔的地带,工程人员面临的挑战更加严峻。这条隧道位于海拔4905米的高度,它全长1.3公里,全部穿越含冰量高达50%的永久冻土区。
在挖掘过程中采用了钢架支护隧道顶和墙壁。然后工人们向墙面喷涂水泥,形成一个硬壳,这个步骤是令工程师最为头疼的,在永久冻土区进行任何施工,温度都至关重要。
人们毫无选择,为了保证混凝土的温度,只能将巨大的锅炉拉到高原施工现场。
外层混凝土支护修好后,下一步就要保证即使有永久冻土融化,产生的水分也不会进入隧道。
在永久冻土区修建隧道非常艰难,而且费用高昂,所以青藏铁路在设计中就尽量避免使用隧道。在全长超过1100公里的沿线上,只有10座隧道。伴随高山而来的是另外一种有可能危害铁路安全的自然力量。青藏高原是个地震活跃带,强烈的地震可能摧毁铁路,也使工程师的梦想破灭。
青藏高原的险恶环境使中国将铁路网延伸到西藏的梦想实现推迟了整整50年。虽然永久冻土是铁路最危险的敌人,但自然界的另一种力量却可能使铁轨变形。
2001年11月,青藏高原发生了里氏8.1级地震。房屋倒塌,地面则像纸片一样剧烈变形。这制造了青藏高原的自然之力的一个回声。在地层深处,地壳两个巨大的板块不停挤压,印度板块和欧亚板块的挤压造成地壳上升,形成了喜马拉雅山、世界第一高峰珠穆朗玛峰和最高的高原。相互挤压的板块中间的摩擦释放巨大能量形成地震。
2001年的地震造成了一座隧道墙壁的坍塌,只好停工维修。
由于青藏高原经常会发生地震,设计人员清楚依靠不停的维修,难以保障铁路的运营。
一定要想方设法减低地震的危害,地震虽不可预见,但可能性是实实在在的。
高填方路基在地震后可以尽快修复,但是建在地震高发区的桥梁就很容易坍塌,不仅危及乘客的生命,维修成本也很高。依靠自己的聪明才智,工程人员巧妙的克服了一个又一个的难题。青藏铁路线穿越了高原地区气候险恶的一座座高山。
沿途的高山不仅仅是铁路工程人员面临的一个挑战,这里的旅客由于氧气的缺乏,也很容易受到高原病的侵害。行驶在青藏铁路线的每一列火车都有一位全职的医生和护士,监测旅客的情况。在这场与高原病做斗争的过程中,他们也有一个看不见的盟友,列车上的空调系统不断的将氧气输送到各个车箱。
为了适应世界最高铁路的要求,中国的火车制造人员应用了许多前所未有的技术。它们看起来与其他的火车并无差别,但是为了运行在青藏沿线,适应低氧的环境,这些车箱都进行了特别的设计。车内的空气流通系统是设计的重点,输氧管道系统安放在墙体里。空调系统将富氧空气输入到车厢内。车厢顶棚和墙壁上的出气孔将富氧空气送入车厢。设计师们想方设法防止宝贵的氧气从车厢流失。车门加内外双层橡胶密封条,防止氧气流失。所有的窗户也双层密封,而且加深颜色,抵御强烈的紫外线。在海拔5000米的高原地带,太阳紫外线的强度是平原区的3倍。
高科技的列车奔驰在全长1140公里的青藏线上,同时也为乘客提供了完备的保护,避免受到世界第三极严酷环境的影响。青藏高原的火车之旅是对青藏铁路修建成就的伟大礼赞。
为了制造工程需要的大量轨排,需要在青藏高原腹地建造一个轨排制造厂。安多铺架基地海拔4704米,为青藏铁路线提供了绝大多数轨排。全线共需要这样的轨排49000组。
安装轨排的时候,绝大部分的艰苦工作已经完成,桥梁和路基修建完毕,隧道也修建完毕。
铁轨铺设是最后一道工序,同时也标志着修建青藏铁路这一40多年的马拉松工程的结束,青藏铁路的勘探和设计用了整整40年,而修建过程也长达5年。
自然生态环境非常脆弱的青藏高原,其环境的状态,是判断全球气候变化和全球变暖的依据。这对青藏铁路的设计师来说是个极其严峻的问题,他们不仅仅要克服高原冻土带来的问题,在高寒缺氧地区保障工人的安全,完成这些工作的同时要保证避免对生态环境人为的破坏。
保护野生动物也是一项艰巨的任务,青藏铁路必须绕行珍稀鸟类的繁殖地。濒临灭绝的藏羚羊也生活在这一地区,为了保护它们的迁徙路线,修建了特别的通道和桥梁。
但是最主要的生态保护工作是水源保护。青藏高原是亚洲最大的三条河流,黄河、长江和湄公河的发源地。大规模的工程建设很容易污染环境和水体。
40年的勘探设计,5年的修建,提前1年完工,通往拉萨的铁路终于修通了。拉萨近在眼前,现在坐火车只需要短短12个小时就可以从格尔木来到拉萨。
遥远而神秘的拉萨现在终于可以通过铁路与世界其它地方相连接,预计每年会有50万人乘火车来到拉萨。
修建世界上海拔最高的铁路线,人们克服了难以想象的困难:不稳定的永久冻土、极端的严寒、极低的含氧量、频发的地震和脆弱的生态环境,青藏铁路是中国工程建筑史上的丰碑。


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