创造是教育的灵魂分享 http://blog.sciencenet.cn/u/wyc 原大连海事大学轮机工程教授,著有《创造思维》等书。

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五、高山仰止,青藏通途

已有 2717 次阅读 2008-12-19 19:15 |个人分类:《创造思维新编》书稿|系统分类:教学心得

青藏铁路的建造成功,使多年冻土作为铁路修建中遇到的三大世界性难题之一最终被破解。

世界上海拔最高、线路最长的高原铁路——青藏铁路是目前全球穿越永久性冻土地带最长的高原铁路,而冻土层每年都会融化,这对于铁路是最大的威胁。多年冻土作为铁路修建中遇到的三大世界性难题之一最终被大连熵立得传热技术有限公司破解。在解决冻土的多项措施中,热棒作为公认的“青霉素”被大范围使用。在青藏铁路沿线的热棒林中,“大连热棒”深植冻土层内,成为守护铁路安全的卫士。

现在说的青藏铁路全线,是指从西宁到拉萨全长1956公里的轨道。老青藏铁路,是从西宁到格尔木的814公里,1979年铺通,1984年开始运营。从格尔木到南山口的32公里则为既有铁路。最近修成的一段新青藏铁路,则是自南山口到拉萨的1110公里。

2001年6月29日,青藏铁路格拉段开工建设。一个月后,大连熵立得传热技术有限公司与中科院寒区旱区环境与工程研究所取得联系,希望共同攻克高原多年冻土难题、让冻土实现“永冻”的愿望。

冻土,是指温度在零摄氏度以下,并含有冰的各种岩土和土壤。多年冻土的脾气非常乖张:冻结状态像石头一样坚硬,体积膨胀;到了温度临界点却可迅速化成泥浆,融沉变形。

世界上海拔最高、穿越高原多年冻土最长的青藏铁路,被国内媒体比喻成“世界冻土工程博物馆”——青藏铁路穿越世界上最复杂的冻土区,于2006年7月1日试通车的青藏铁路格尔木至拉萨段,是目前全球穿越永久性冻土地带最长的高原铁路。冻土层一般厚100米,存在一个1到3米的流动层,每年都会融化,这对于铁路和公路的稳固性是最大威胁。

据熵立得公司介绍,2001年11月,公司的技术人员带着26根热棒,来到了青藏高原上距离格尔木210公里的清水河路段进行热棒试验。该地段冻土层属于极不稳定冻土,它们的温度处于零摄氏度边缘,非常容易融化,30多米深的冻土层甚至处于-1~0.5之间。阳坡与阴坡就能产生不同温差,可导致路面变形。同时,冻土面积大,地段间土壤含水量却各不相同,水分随时迁移,令冻土层更加脆弱。

建成后的青藏铁路冻土地段时速将达到100公里,非冻土地段时速达到120公里,是目前火车在世界高原冻土铁路上的最高时速,如此的高速运行对铁路路基是一个严峻考验。

全世界在多年冻土区修筑铁路已有百年以上历史,但已建成的多年冻土区铁路病害率很高,行车时速只有30公里~40公里。运营近百年的西伯利亚铁路,1996年调查的线路病害率为45%。病害地段列车慢行通过,使铁路运输效率受到很大影响。

冻土问题是青藏铁路设计工作中需要解决的最大难题,这在世界铁路修建史上没有相同情况,也没有相关经验可供参考。比较常见的防治冻土病害的办法是铺设保温板、遮阳篷结构等,此外还包括片石通风路基、片石通风护道、通风管路基等措施。这其中,热棒是解决冻土病害的公认的“青霉素”,一旦发生冻土病害,热棒的使用可有效提高冻土路基的稳定性。

上世纪六七十年代,美国在全长1284公里的阿拉斯加输油管线工程建设中,共使用了11.2万根热棒,用来防治管线沿途的多年冻土病害,效果明显。但是,阿拉斯加的纬度为62度,海拔600米,绝对温度低,“其冻土环境的复杂性远无法与青藏铁路相比。”

沿线纬度低,海拔高,日照强烈,加上青藏高原构造运动频繁,多年冻土具有地温高、厚度薄、热融发育等特点,其复杂性和独特性举世无双。

青藏高原每年一月份最冷,七八月份最热。2001年9月7日,熵立得两名工作人员第一次来到青藏高原。由于对高原气候完全没有概念,听说海拔高的地带晚上冷,又缺水,便在西宁各买一件长袖棉衬衫,拎着两瓶矿泉水,在凌晨3时搭上了前往格尔木的便车。
   满车裹着棉大衣、羽绒服的乘客奇怪地紧盯着这两个经验不足的新手。到达目的地,他们才领教曾耳闻的“昼夜大温差”的厉害——仲夏时节,白天气温高达二三十摄氏度,晚上却骤然降至零下五六摄氏度。

车子蜿蜒攀上高原地带,海拔每升高1000米,气压就会下降10%,温度也会下降6.5。清水河地段海拔4785米,意味着其气压相当于大连的一半,背囊里的板蓝根塑料袋鼓鼓胀起,钢笔里的墨水“自动”流光。几个月后,熵立得工作人员二次入藏,背的是大而厚实的军用背包,皮靴、帽子、口罩、棉衣、防晒油等“高原生活必须品”一应俱全。

1989年,中科院西北分院曾经将实验室里手工制作的6根热棒插入青藏公路可可西里路段进行试验观察。受生产规模、工艺、技术经济指数等因素所限,半年后热棒失效。

 入藏之前,熵立得公司曾进行“模拟机场跑道地温融雪课题实验”,已对热棒技术的实地应用有了初步的成功结果。

 2002年3月,插入清水河路轨两侧的热棒经过了一个冬季的考验。中科院西北分院对其性能一直进行跟踪测试,得出一系列数据,最终证明,应用热棒对防治冻土病害行之有效。

“热棒不是把冻土化成‘土’,而是让冻土更‘冻土’。”熵立得相关负责人介绍,热棒依靠内部传热介质进行热传输,气温一旦低于冻土温度,热棒立即自动启动,将空气中的“冷气”吸入体内,传到地下,进行冷气储备,待气温升高,热棒自动停止工作,冻土依靠“冷气”存量继续保持冻结状态。

2005年7月,青藏铁路工程技术部门确定,在铁路沿线的冻土区,将热棒技术与其他解决冻土问题措施联合使用。路轨两侧的坡角路肩、隧道、桥梁以及基础工程、石油管道等处均有这些产自大连的热棒守护,其地点集中在五道梁、清水河、雁石坪、北麓河、安多等地。

青藏铁路“以桥代路”桥梁达156.7公里,占多年冻土地段的1/4。这些桥梁同样需要热棒保护——全长11.7公里的青藏铁路清水河特大桥横架在可可西里冻土区,其下即是30多米深的-0.5极不稳定冻土层。热棒作为“镇桥柱”,环绕在几根桥梁周围。

通过以上关于青铁路工程的“创造”过程的部分摘录,它说明了“创造”是人们认识世界与改造世界这一辩证过程的完美结合,是思维通过具体的“创造”过程培育出的美丽的花朵,是人类创造思维的外化。人的创造思维活动,始终贯穿于这一“工程本身”以及“工程的相关领域”之中,其情景之复杂,应该面且必须考虑到的因素之众多,各种因素又往往处于动态变化之中,对于这些研究对象“本身学科领域”的研究,当然并非《创造学》所界定的研究范畴,《创造学》主要是研究“创造者之所以成为创造者”,因此,后者既不能完全代替前者,但二者又非绝无关联,好象“皮之不存,毛将焉附”。思维是客观事物存在的反映,又必须通实践的检验,从实践中得到认识的深化,作用的加强和完善度的提高。

一位哲人曾经说过:人们没有必要也绝无可能解剖天下所有的麻雀,只要认真解剖几只就够了。

作者曾著文戏称:今日之世界,真乃是一个“三无”世界,无中生有,无奇不有,无所不能。

德国学者,尼采在《查拉斯图拉如是说》一书中指出:创造者所寻找的是同伴们,而不是死尸,也不是羊群和信徒。创造者所寻找的是共同创造者。英国学者穆勒在《论自由》中说:自已愈少意识到缺乏首创性就愈多需要首创性。



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