在青藏高原上修建鐵路極為困難，除了惡劣的氣候和脆弱的環(huán)境，最難解決的技術(shù)難題就是高原多年凍土。凍土指的是土體溫度低于0℃且含有冰的特殊巖土體，可分為短時凍土、季節(jié)凍土以及多年凍土?！?/span>

　　凍脹和融沉是路基病害的主要原因

　　普通土壤的性質(zhì)主要由其顆粒的礦物成分、密度和含水量決定，這些因素一旦確定，土的基本性質(zhì)就基本穩(wěn)定，土的性質(zhì)多表現(xiàn)為靜態(tài)特性。而凍土的物理性質(zhì)和工程性質(zhì)則和普通土質(zhì)有所不同。

　　眾所周知，水的密度比冰要大，自然而然的，水在凝結(jié)成冰的過程中，體積會增大。所以，在寒冷的冬季，凍土會像冰一樣凍結(jié)，隨著溫度的降低，體積發(fā)生膨脹，建在上面的路基和鋼軌就會被膨脹的凍土頂起，這種現(xiàn)象被稱為凍脹。

　　而反過來，到了夏季，溫度升高，凍土融化體積縮小，路基和鋼軌又會隨之凹陷，這是熱融沉陷。在凍土的凍結(jié)和融化反復交替作用下，路基就會出現(xiàn)翻漿、冒泥、沉降變形現(xiàn)象，使得鋼軌扭曲變形，變得高低起伏，會給路基造成嚴重破壞，給鐵路行車帶來嚴重威脅。

　　以青藏公路為例，85%的路基病害是融沉造成的；15%為凍脹和翻漿所致；橋梁和涵洞的病害主要由凍脹引起；在高溫凍土區(qū)的路堤上，由于陰、陽坡下的融沉不同，因而在向陽面的公路左側(cè)產(chǎn)生縱向裂縫……

  所以，在高原凍土區(qū)修建鐵路，如果不能解決凍土融塌、沉降以及膨脹變形等難題，修建鐵路只是空談。

　　守護天路的“被動措施”

　　給路基保溫有兩個辦法，一個是主動措施，一個是被動措施。主動措施是指能夠主動冷卻地基多年凍土的技術(shù)，被動措施是依靠材料或結(jié)構(gòu)增大熱阻，減少傳入多年凍土熱量的技術(shù)。

　　被動措施的原理就是充分利用熱能的輻射、對流和傳導等熱傳導的三種方式，具體而言分為以下幾種：選擇合理的路基高度、路基鋪設(shè)隔熱層、片石路基結(jié)構(gòu)、熱管路基結(jié)構(gòu)、通風管路基結(jié)構(gòu)、遮陽棚以及以橋代路等多種模式。

   普通熱管如何給路基降溫？

　　在上述措施里面，熱管路基結(jié)構(gòu)無疑是最令人矚目的一種。想想看，將一排排鋼棒斜插在鐵路路基兩側(cè)，無論春夏秋冬，都能讓路基下面的永久凍土層在火車重壓之下保持冷凍狀態(tài)，是不是非常神奇。

　　那么，看起來很普通的熱管是如何給路基降溫的呢？

　　其實采用熱管降溫并非新技術(shù)，在國外早有應(yīng)用先例，在1974年美國阿拉斯加輸油管道基礎(chǔ)中就采用了112000根熱管，前蘇聯(lián)在公路和水庫的建設(shè)中也采用熱管保溫。而熱管在鐵路中的首次應(yīng)用是在1987年，在加拿大哈德遜灣的多年凍土鐵路上，有4公里的路基通過熱管來保持凍土穩(wěn)定。

　　中國研發(fā)并嘗試應(yīng)用熱管技術(shù)是在1980年代，時間并不算晚，而全世界首次大規(guī)模應(yīng)用熱管技術(shù)則是在青藏鐵路上面。

　　液態(tài)氣態(tài)的不斷轉(zhuǎn)換，帶走路基熱量

　　熱管也叫無芯重力熱管和兩相封閉式虹吸管。通過這兩個名字，我們也能一窺端倪，也就是說，熱管通過重力和氣液兩相的互相轉(zhuǎn)變的物理原理來為路基降溫。

　　熱管是一根密封的管子，里面填充了氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等物質(zhì)，管子的上段是冷凝器，下端為蒸發(fā)器，中間為絕熱段，通俗講就是“吸熱段、絕熱段和散熱段”三部分。當熱樁下端吸收熱量后，液態(tài)物質(zhì)會轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，然后上升至冷凝器，熱量通過冷凝器發(fā)散。氣態(tài)物質(zhì)再液化為液態(tài)，在重力的作用下流回熱樁下端。

　　熱管里的物質(zhì)在氣態(tài)和液態(tài)之間不斷進行轉(zhuǎn)換，依靠熱管的單向?qū)嵝院透咝У膫鳠岷蜕嵝?，從而源源不斷帶走路基的熱量，保持路基的穩(wěn)定。