中铁西北科学研究院：科普青藏铁路上“冻土”那些事儿

中国高原铁路建设辉煌历史的幕后英雄之一的中铁西北科学研究院，致力于我国高原铁路特种路基基础的科研与创新工作，为解决青藏铁路冻土难题，埋头苦干了六十年。

2021年，恰好是这条被世人称为通天之路东方哈达的世界最长且海拔最高的高原铁路——青藏铁路开工建设二十周年，通车并安全运营十五周年，亦是中铁西北科学研究院成立六十周年。

之所以会出现冻土，是因为土壤里或多或少都含有水分，当温度降到零度或零度以下，土壤里的水分就会凝结成冰将土壤冻结冻土对温度变化很敏感，会伴随着温度的升降发胖和变瘦

就如兰州人爱吃的软儿梨，当梨被冻得硬邦邦时，因果肉内的水分冻结而膨胀，牙口再好也是无处下嘴但伴随着温度升高，冻梨融化后就变得软塌塌，只需轻轻吮吸就可品味到清甜的梨汁

为什么冻土会成为修筑青藏铁路的拦路虎。

因为列车需要翻越5000多米的高山，跨越十几公里的山谷，最重要的是还有数百公里的多年冻土挡在那里在平原地区克服这些困难已是不易，更何况还是空气稀薄的青藏高原，人们在稍动一下就需要氧气瓶的情况下，还怎么铺设铁轨，架设桥梁

此外，冰在融化成水的时候体积要缩小，水在冻结成冰的时候体积要膨胀自然界这个通俗的原理，造成冻土区在冬夏两季形成了冻胀隆起和融化下沉，这种不稳定的地质变化直接导致难以在冻土地区修筑公路，铁路，桥梁，房屋克服这种冻胀和融沉给冻土区工程建设带来的巨大困难，成为在青藏高原冻土区修建铁路的核心技术难题

青藏铁路穿越了连续多年冻土区545公里，是目前世界上穿越多年冻土里程最长的高原铁路因此，青藏铁路的修建面临着分布更为广泛的高温和高含冰量冻土问题，而且必须充分考虑全球气温升高以及运营期间的人为活动，环境变化所形成的地质病害等不良影响因此，冻土问题是修建青藏铁路所面临的最大难关，也是确保青藏铁路工程质量稳定和安全运营最关键的问题

在这个挑战不可能的过程中，中铁西北院完成了两项工作:一是以科学研究为目的，建起了青藏高原上惟一一个全年有人值守的风火山冻土观测站，积累了科研大数据，二是以攻克筑路难题为目的，修建了第一条冻土试验路基，开展了一系列工程试验。

风火山，因其山体呈红褐色，十分醒目，好像被烈火焚烧了无数次，故而得名风火山地区气候环境极为恶劣，年平均气温—5~7℃，最低气温达—41℃，空气中氧气含量只有平原地区的50%左右，被喻为生命禁区

风火山地区集中了修建青藏铁路高寒缺氧，生态脆弱，多年冻土三大世界级科技难题，也被前来考察的国外专家们断言过，青藏铁路不可能通过风火山。

但早在1961年，中铁西北院的科技人员就在青藏高原多年冻土腹地，建立了我国第一座海拔最高，观测项目最多，全年值守的高原冻土定位观测站，也是国内最早进行冻土观测和研究的科研机构，先后开展了区域冻土，冻土力学，热学，路基，桥涵，房建，给排水，建筑材料，生态环保等9个专业领域36个科研课题的研究，取得了29项重大科研成果，连续测取了1500万组数据，为破解多年冻土这一世界性难题奠定了坚实基础，为决策修建青藏铁路提供了技术支撑。

1976年，中铁西北院科研人员在被称为世界屋脊的青藏高原风火山，修建了第一条试验路基，被称为没有铺钢轨的铁路科研人员采用不同的路基断面形式和防护措施，把试验路基分为了23个试验段包括路堤，路堑，L形柔性挡土墙，试验涵洞

同时，科研人员采取了多种防护形式，在边坡或基底铺设了草皮，粘土，沥青膨胀珍珠岩，酚醛树脂板，加气混凝土，泡沫塑料，水泥珍珠岩板共七种保温材料，采用不同的边坡坡率和防排水措施进行观察试验并提出了厚层地下冰地段路基工程的设计原则，断面形式和防护措施，路基工程保温的防排水措施，进而掌握了冻土路基人为上限和冻胀变化规律，取得了厚层地下冰地段路基工程设计和施工经验

中铁西北院已故冻土专家刘铁良，在对风火山483米试验路基的长期观测和研究的基础上，总结出了一套在高原冻土地区通过铺设草皮，植被来保护铁路路基的办法，其所运用的数据和计算方法，能准确计算出青藏高原冻土地区路堑边坡保温层的最佳厚度，开创性地解决了青藏铁路路基保护问题他的这一理论成果被国内高原冻土学术界称为铁良公式

实践是检验真理的唯一标准从中铁西北院挑战冻土不可能的任务，反观这一段青藏铁路冻土研究的过程，可以说风火山冻土科研基地具有极其重要的地位，它系统地承载了冻土区筑路核心关键技术的机理研究任务，开创性地破解了冻土路基难题，强有力地支撑青藏铁路成功穿越多年冻土区，实现了青藏铁路设计时提出的冻土区行车速度达到100公里／小时，非冻土区行车速度达到120公里／小时的高标准

如今，风火山冻土科研基地仍然像一座灯塔坚守在青藏高原上，通过在路基埋设物联网元件，实现了实时，自动，持续测取冻土数据，并将监测数据同步发往格尔木冻土工程试验室，通过冻土路基预警监测系统软件分析数据做出判断或发出预警，从而为青藏铁路今后的安全运营保驾护航。

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