小小金属管解决高原冻土难题

在近期举行的第六届重庆市公民科学素质大赛綦江区赛场复赛中，綦江区代表队以《天路护卫队——热棒》为题向观众介绍了埋在冻土中的热棒，赢得了观众阵阵掌声。

去过青藏高原的人不难发现，在青藏铁路的路基两旁，时不时地会闪过一排排金属管，这些金属管一端埋在地底，一端露出地面。很多人会好奇：这些整齐排列的金属管有什么用呢？

其实，这些金属管叫热棒，是一种由碳素无缝钢管制成的高效热导装置。众所周知，青藏高原环境恶劣，海拔高气温低，不仅氧浓度低，还有一些融尘和高原冻土，这些融尘和冻土会破坏土层结构，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。

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。一到冬天，路基被冻住后又会上升，在这种情况下，铁路结构会受到损害，严重的还会造成铁路事故。

为此，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。

据了解，热棒是一种由碳素无缝钢管制成的高效热导装置，5米埋入地下，地面露出2米。热棒上部（放热段）装有散热片，热棒的下部（吸热段）直接埋入多年冻土中。它的结构大致为一个密闭空心长棒，内装有一些液氨。

热棒具有独特的单向传热性能：热量只能从地面下端向地面上端传输，反向不能传热。液氨沸点较低，在冬季土中热量使该液体蒸发到顶部，通过散热片将热量传导给空气，冷却后又液化回到下部，保持冻土冷冻状态不松软。在夏季，液体全部变成气体，气体对流很小，热量向底部传导很慢。独特的冷却地温的作用使热棒堪称“魔棒”。

中国人自己的冻土治理技术——低温热棒，成功解决了40多年来一直困扰中国科学家和青藏铁路建设者的重大技术难题——青藏铁路路基多年冻土层夏季融沉、冬季冻胀的不稳定问题。

通过热棒的单向导冷作用，冬天在地下冻土层中储存大量冷量，在夏季使冻土不融化，形成“永冻层”，提高了冻土的强度，可有效防止以冻土为路基的铁路、公路在运行时的融沉。热棒技术广泛应用于冻土地带的铁路、公路、桥梁、涵洞、隧道、固变电铁塔、矿山等工程建设。

（本文科普知识点由重庆市科学传播专家团成员、交通运输领域专家彭勇提供指导）

文字：刘峰汛