青藏鐵路挑戰凍土層 對抗冷與熱 - 地球科學討論

青藏鐵路挑戰凍土層 對抗冷與熱

Yahoo!奇摩新聞
http://tw.news.yahoo.com/060629/19/3aqqb.html


白德華、林克倫青藏鐵路打破「安地斯山專列」海拔記錄興建鐵路，
的確讓許多國際專家跌破眼鏡，而其中最大挑戰則是如何克服南山口
至安多全長五五○公里多年凍土層的興建技術難關。

凍土層是指高原地區地表下的永凍層，在結凍狀態下的凍土就跟冰一
樣熱漲冷縮，當溫度降低時凍土體積膨脹會頂高上方的路基與鐵軌，
到了夏季溫度升高，凍土融化且體積變小，導致鐵軌下降，而經年累
月的氣溫變化將造成路基變形、鐵軌高低不平，甚至扭曲成麻花狀。


為解決此一工程難題，大陸鐵道專家們苦思研發出一整套包含片石氣
冷、碎石護坡、通風管與熱棒排熱的世界獨有興建技術。

片石氣冷措施是在路基墊層上方設置一定厚度和空隙的片石層，其原
理是片石層上下界面間的溫度梯度會引發空氣對流，進而利用高原凍
土區的特點，加快路基基底地層的散熱，確保凍土層處於低溫狀態。


碎石坡道是在路基一側或兩側堆填碎石或片石形成護坡，寒季時碎石
內空氣對流作用強烈有助於地層散熱，暖季時對流減弱可屏蔽外界熱
量滲入地層。

通風管措施是在路基內橫向埋設水平通風管，冬季冷空氣在管內對流
可加強路基填土的散熱，有利於降低基底溫度並提高凍土的穩定性；
至於熱棒措施則是利用管內介質的氣液轉換原理，依靠冷凝器與蒸發
器間的溫差，透過對流循環來傳導熱量。

此外，還有「以橋代路」、基底換填、路基排水等措施，而單是橋面
長度即占了一千五百公里青藏鐵路的七分之一、達兩百公里之長。


如何在多年凍土層內開挖隧道也是難題，為避免開挖熱氣融化凍土，
大陸工程人員在風火山隧道內設置一座大型空調系統，將洞內開挖溫
度控制在攝氏零下五度至五度間，而在澆灌水泥入模時則將溫度升高
至五度，以提高凍土回凍速度確保混凝土質量。


針對含冰量較高的凍土地塹路段，則分層分段採用機械或爆破方式開
挖，儘量減少路基暴露時間，而基坑在開挖後，白天用遮陽材料覆蓋
、晚間掀開以利回凍，目的都是要減少熱氣擾動影響凍土層結構。






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