[科普中国]-为什么青藏铁路两边有热棒？

当你来到青藏高原时，一定会在铁路旁发现一个特别的现象，那就是路基两旁时不时会闪过一排排齐刷刷插入地底的金属管，这些金属管被安装在路面两侧，露出地面之上的部分长达两米。它们是什么呢？

其实，这些金属管的名字叫做热棒，这些金属管在内地很少见到，你可别小看它，它的作用可大着呢！它是用来给冻土降温的。所谓冻土，就是指温度低于0℃时水分冻结的土壤或疏松岩石。按冻融变化情况，冻土可以分成几个类别，如季节冻土、隔年冻土和多年冻土。青藏高原由于海拔高气温低，冻土层分布很广泛。我国北方和西部广大地区都可见季节冻土和隔年冻土，而像黑龙江的北部和青藏高原、天山、阿尔泰山等高寒地区则是永久冻土的“领地”。随着温度的变化，土体会产生多次冻融和冻胀，这一过程容易造成土层结构破坏、地基承载力降低、边坡失稳等不良结果。

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，当年在多年冻土地区修建青藏铁路时，筑路技术问题就成为了一个大难题。因为冻土中含冰量很高，温度升高后冻土会融化下沉，那么路基也跟着下沉；但是到冬天，气温降低后，路基一冻以后又要往上升，这种随温度变化而产生沉降的情况对铁路来说也是一种危害。而且当表层冻土消融后会形成融沉湖，当它出现在铁路的路基下面，很容易造成严重的灾祸。为此，青藏铁路的建设者们苦心研究，找到了给冻土降温的方法，在路基沿线架设热棒就是其中一个环节。热棒是一种高约4米、内部中空、外部有散热片的金属柱子。它们的存在就像是一个个为地基准备的无需能源的“空调”。热棒的根部有很多空心管通入路基之中，当路基受热有水汽出现，这些水汽就会顺着空心管道上升至热棒中。再加上高原地区的气温低、风力大，寒冷的风吹过热棒的散热片后，就会把热量带走，水汽就此也降温凝结。这样一个环节走完，原本的热量就不会在路基中积累，就能保持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。冻土保持稳定的状态后，路基自然也不会因此产生升降，而是稳稳地成为道路的依托。

在给冻土降温的整套措施中，除了热棒以外，还有架设在不稳定冻土区的高架桥、片石通风路基等。高架桥是当铁路通过高含冰量冻土区和冻土湿地区域时，以桥梁替代路基的方法，让铁路与冻土隔离。如青藏铁路的清水河大桥就是这样一座特殊的桥梁。片石通风路基则是另一种充满智慧的创造。从它的名字我们可以窥探到这种特殊路基的不少细节，如它是在冻土地面上用片石垒成的，片石的存在改变了冻土的不稳定性，片石间的孔隙可以透过空气，热空气上升，冷空气下降，在冷气流的保护下，冻土就会保持相对的稳定。另一种通风管路基的设计原理也与此大同小异，当空气在通风管内流动，带走多余的热量，保持了冻土层的低温状态，从而确保地基的稳定性。

本文由中国人民大学附属中学第二分校一级教师王和意进行科学性把关。

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