曾经有外国人表示:只要有昆仑山在,中国人就永远无法翻越唐古拉,跨越可可西里将火车开到拉萨。
然而,自1958年开工建造以来,直到2006年7月1日全线通车,我国三代铁路人背着氧气罐,铸造出了世界上海拔最高的铁路—青藏线。可由于受到了高原影响,使列车内外的温差达到了二三十度。
那列车是如何在这样的环境下正常运行的呢?在经过可可西里地区时,你可以看到铁路两旁的公路上竖立着许多2米高的铁棒,数量多达1.5万根。这其实是辅助铁路通行的高效导热装置,名叫“热棒”。而之所以要设置这么多根热棒,则主要与高原冻土有关。
冻土是指零度以下,含有冰的各种岩石和土壤。由于冻土具有流变性,因此在修筑工程中就会面临两大危险,分别是冻胀和融沉。
高原冻土层对温度的变化十分敏感,虽然青藏高原的温度常年都在0度以下,深层冻土可以常年保持固态。但是表面的那一层土壤,则会受到季节性太阳辐射热变化的影响,从而发生形体上的变化,这对青藏铁路产生了巨大影响。
地基变软,局部下沉,甚至是地基塌陷都有可能会发生,这些统称为冻土病害。
1962年,我国东北地区修建在冻土层上的铁路线,就因冻土病害而发生了一场悲剧。路基在4小时内迅速下沉了1.4米,导致列车掉了下去。
据统计,青藏铁路85%的路基病害都是由冻土层融化引起的。因此,这1.5万根热棒就起到了至关重要的作用。
热棒主要是由碳素无缝钢管制成的,虽然地面上只露出了2米,但地下却有5米深。
一根热棒被分为了三个部分,上下两端分别是蒸发段和冷凝段,中间是过渡绝热段。
它的结构是一个密闭空心的,内部装有沸点较低的液氮。由于热棒是单向传热性能,因此热量只能从地下向上传输。
在冬季气温较低时,内部的热量会蒸发到顶部,通过散热片将热量传导给空气,冷却后再液化回到底部,从而确保了冻土状态不松软。
而在夏季温度较高时,内部的液体就会全部变成气体,从而停止工作。简单来说,就是通过热棒的单向导冷作用,使冬季在地下冻土层中储存大量冷量。
在夏季时使冻土不致融化,形成“永冻层”,从而提高了冻土的强度,防止了地面融沉。如此独特的冷却地温的作用,使热棒也被称为“魔棒”。