50多年來,中國一直夢想著將自己的鐵路網延伸到拉薩。
青藏鐵路全長1142公里,沿途共有10條隧道,675座橋梁,穿越了世界上自然環境最為嚴酷的青藏高原。這不是最長的鐵路,但毫無疑問修建難度是最大的。它是一個建筑史上的奇跡。
青藏高原位于中國的西南部。它的面積相當于法國的3倍。拉薩位于青藏高原的中心,是一片神秘而充滿宗教色彩的土地,像磁石一樣吸引了大批有冒險精神的游客。
前往拉薩一直是一段漫長而充滿危險的旅程,很多人在蜿蜒崎嶇的青藏公路上喪生。這里的天氣變化無常,晴空萬里的天空突然會刮起凜冽的寒風,呼嘯而來的大風卷起地面的塵土和冰雪。這里的溫度有時會降到零下40度,這是人類生存的一個極限。
當中國的鐵路工程人員接受任務,在世界屋脊建造全長近1200公里的鐵路時,他們知道某些路段的海拔要高達5000多米。這將是世界上海拔最高的鐵路線。
青藏鐵路的修建工作有諸多困難,很多來自于地下。全線的一半,大約550公里的部分要經過永久凍土帶,永久凍土冬天堅硬無比,夏天則異常松軟。
北半球有四分之一的土地被永久凍土覆蓋。永久凍土有時厚度超過1500米。它在冬天堅如磐石,但夏天時表面會發生融化和沉降。冬天再次來臨時,則再次凍結,體積會增大,地面也會升高。在這樣不穩定地區修建的鐵路無疑要發生變形。應用傳統技術在永久凍土帶修建的鐵路很快就會被廢棄。
中國歷史上出現了很多偉大的建筑工程師,他們建造了舉世矚目的萬里長城和北京故宮,這些建筑在全世界都是獨一無二的。
2001年6月29日,中國政府決定修建青藏鐵路,這注定會成為21世紀的一個建筑奇觀。
中國的工程技術人員要想方設法在世界最高的高原修建鐵路,而他們只有6年的時間完成這個任務。
醫療團隊要在高原病多發區確保建筑工人的安全,而對于設計人員來講,最大的挑戰來自于腳下的凍土。接受了這項看似不可完成的任務,在極不穩定的地區修建鐵路的是工程師趙世運和永久凍土專家張魯新教授。
張教授花了近40年的時間研究青藏高原的凍土問題。他花了5年的時間與勘探和調研人員進行現場調查,將永久凍土分類,試圖找到在凍土區修建鐵路的最佳方案。
但是永久凍土還不是這個項目的最大敵人。
修建穿越青藏高原的鐵路一共動用了22.7萬名工人,這個工程威脅著他們每一個人的生命。海拔5千米的高度,超過珠穆朗瑪峰的一半,空氣的含氧量還不到海平面的一半。
20世紀30年代修建美國的胡弗大壩一共奪去120人的生命,受傷者則不計其數。修建巴拿馬運河則奪去了3萬工人的性命。
而這一次,在這樣一個環境惡劣、規模宏大的建筑現場,政府決心避免其它浩大工程中經常發生的人員傷亡事故。
青藏鐵路開工建設后,醫療保障隊伍面臨著一個巨大的挑戰。在一個極端危險的高海拔工地,缺氧很容易造成人員死亡,醫務人員必須設法保證超過20萬人的生命和健康。
從20世紀50年代以來,中國就一直希望將鐵路網延伸到自己的西南邊陲。大約10萬鐵路大軍修建了從西寧到格爾木的800公里鐵路。當時的鐵路只修到了格爾木。格爾木位于氣候多變的青藏高原邊緣,是一個高海拔的工業重鎮。高寒缺氧使這一工程停滯了50年。在派工人開赴建筑前線之前,醫務人員必須做出完整的計劃,保證他們的生命安全,缺氧的環境很容易引發高原病。為20萬工人提供瓶裝氧氣是個艱巨的任務,但是在空氣含氧量最低的隧道中,醫務人員意識到背負沉重的金屬氧氣瓶也可能將工人致于死地。即使這樣人們也不能工作很久,在隧道中工人4個小時一換班,而在其它工地則6個小時一換班。吸氧和縮短工時是遠遠不夠的。工人們隨時可能發生肺積水和腦積水,這是高原病比較嚴重的癥狀,如果不及時治療就有性命之虞。
人們在沿線建立了144個各級醫療站點,共有近500張病床,有力地控制了高原病。
在整個工程進展中,一共有14000人在沿途的高壓氧艙接受了治療。過去還從未有過在建筑工地這樣大范圍使用氧氣的先例。這需要嚴格的衛生控制和對工人的廣泛監測。
22.7萬工人奮戰在條件最為艱苦的工地,空氣中的含氧量只是正常值的一半,沒有發生一例高原病死亡,對于醫務人員來說,這是個了不起的成就。
全長1142公里,共有675座橋梁,10座隧道,穿越了自然環境最嚴酷的青藏高原,青藏鐵路無疑是人類歷史上最難修建的。
凍土不斷發生著凍脹融沉,這的的確確是最大的問題。張魯新教授必須設法將鐵路架在極不穩定的凍土區。解決的方案出奇的簡單。聽起來很容易,但是在夏季溫度高達10度的環境下,保證550公里的地段不發生融化是非常巨大的挑戰。
第一道防線就是修建高高的路基。沿線共有近千公里的路基,路基的高度越高,夏天隔熱的作用越明顯,路基不僅僅是巖石和土的堆積。特別設計的隔離板發揮一定的作用,但最主要的卻是路基的下面部分。
為了保證更活躍凍土的穩定,工程技術人員從那些在青藏高原生活了幾千年的居民那獲得了靈感。為了適應高原地面凍脹融沉的情況,人們想到了一個簡單而又聰明的解決方法。
鐵路工程人員注意到,如果地基的通風管被堵,房屋的墻壁就會發生斷裂。
通風管道將房屋內的熱與地面隔絕,只要通風管持續發揮作用,凍土就不會融化,保證了房屋的穩定。參照這種經過實踐檢驗的做法,工程師們在路基上安放了通風管,既經濟又成效卓著。在那些更活躍的地帶,張教授和總工程師趙世運需要一些高科技的方案。熱棒內裝有液態氨,其工作原理與冰箱一樣。地里的熱量導致熱棒底部的液態氨蒸發上升,當氨氣上升通過散熱片時,熱量得到釋放,氨氣溫度下降,凝結,流回熱棒底部。
熱棒不需要能量,青藏鐵路沿線一共有32公里熱棒路基。
為了完成將鐵路修往拉薩的任務,工程人員必須找到另外的解決方案。
通往中國西南邊陲西藏的鐵路線,需要通過大范圍極不穩定的凍土區,以及沼澤地帶,它們都無法承受鐵路的重量。設計和工程人員需要一個全新的計劃修建鐵路。如果不借助橋梁,在青藏高原修建鐵路的宏偉計劃根本無法實現。穿越青藏高原的鐵路線上共有675座橋梁。沿線最長的陸地橋總長近12公里。在不斷發生凍脹融沉的永久凍土區修建橋梁有很多問題,問題的核心是樁基。工程師必須設法在永久凍土區澆鑄混凝土樁基。
張教授和他的團隊需要解決如何將混凝土樁基打入極不穩定的凍土,還要避免凍土融化。
第一步就是在保證低溫的情況下鉆孔,鉆孔采用干鉆法,普通鉆機是用水作為潤滑劑,但水會引起地下冰的融化。
混凝土是現代建筑的最主要材料之一,它在青藏鐵路工程中尤為重要。青藏鐵路樁基使用的水泥都是特殊配方的,以適應當地嚴酷的自然環境。澆鑄樁基最主要的因素是濕混凝土的溫度。將濕混凝土的溫度降至零上5度,混凝土就會很快的與周圍凍土凍結在一起。即使凍土的上層在夏天發生融沉,深入地下的樁基部分依然堅固,承載力不變。在永久凍土區修鐵路時,溫度可能是你最危險的敵人,也可能是你最好的朋友。
當火車繼續前進,接近唐古拉山時,就要穿越河流和峽谷,這對工程技術人員提出了更嚴峻的考驗。這樣規模的橋一般修建的工期要兩年,但是中國的建筑團隊只用一半的時間完成這個工程。三岔河大橋橋面距離河谷52米,全長700米。
在時間緊迫的情況下,中國的工程技術人員必須想辦法以超越以往的速度完成這項工程。
工程人員面臨的最大挑戰就是在寒冷的冬季澆鑄混凝土,他們需要想方設法避免混凝土在正常凝固前就凍住。
要完成這項任務,工程師們需要開動腦筋。
試驗車越過了水上橋梁和陸地橋,走過了有溫控功能的路基,路基的海拔越來越高,接近了風火山和唐古拉山。
唐古拉車站海拔5068米。這是世界最高的火車站和世界最高的鐵路線上的風景,在這樣極端高海拔的地帶,工程人員面臨的挑戰更加嚴峻。這條隧道位于海拔4905米的高度,它全長1.3公里,全部穿越含冰量高達50%的永久凍土區。
在挖掘過程中采用了鋼架支護隧道頂和墻壁。然后工人們向墻面噴涂水泥,形成一個硬殼,這個步驟是令工程師最為頭疼的,在永久凍土區進行任何施工,溫度都至關重要。
人們毫無選擇,為了保證混凝土的溫度,只能將巨大的鍋爐拉到高原施工現場。
外層混凝土支護修好后,下一步就要保證即使有永久凍土融化,產生的水分也不會進入隧道。
在永久凍土區修建隧道非常艱難,而且費用高昂,所以青藏鐵路在設計中就盡量避免使用隧道。在全長超過1100公里的沿線上,只有10座隧道。伴隨高山而來的是另外一種有可能危害鐵路安全的自然力量。青藏高原是個地震活躍帶,強烈的地震可能摧毀鐵路,也使工程師的夢想破滅。
青藏高原的險惡環境使中國將鐵路網延伸到西藏的夢想實現推遲了整整50年。雖然永久凍土是鐵路最危險的敵人,但自然界的另一種力量卻可能使鐵軌變形。
2001年11月,青藏高原發生了里氏8.1級地震。房屋倒塌,地面則像紙片一樣劇烈變形。這制造了青藏高原的自然之力的一個回聲。在地層深處,地殼兩個巨大的板塊不停擠壓,印度板塊和歐亞板塊的擠壓造成地殼上升,形成了喜馬拉雅山、世界第一高峰珠穆朗瑪峰和最高的高原。相互擠壓的板塊中間的摩擦釋放巨大能量形成地震。
2001年的地震造成了一座隧道墻壁的坍塌,只好停工維修。
由于青藏高原經常會發生地震,設計人員清楚依靠不停的維修,難以保障鐵路的運營。
一定要想方設法減低地震的危害,地震雖不可預見,但可能性是實實在在的。
高填方路基在地震后可以盡快修復,但是建在地震高發區的橋梁就很容易坍塌,不僅危及乘客的生命,維修成本也很高。依靠自己的聰明才智,工程人員巧妙的克服了一個又一個的難題。青藏鐵路線穿越了高原地區氣候險惡的一座座高山。
沿途的高山不僅僅是鐵路工程人員面臨的一個挑戰,這里的旅客由于氧氣的缺乏,也很容易受到高原病的侵害。行駛在青藏鐵路線的每一列火車都有一位全職的醫生和護士,監測旅客的情況。在這場與高原病做斗爭的過程中,他們也有一個看不見的盟友,列車上的空調系統不斷的將氧氣輸送到各個車箱。
為了適應世界最高鐵路的要求,中國的火車制造人員應用了許多前所未有的技術。它們看起來與其他的火車并無差別,但是為了運行在青藏沿線,適應低氧的環境,這些車箱都進行了特別的設計。車內的空氣流通系統是設計的重點,輸氧管道系統安放在墻體里。空調系統將富氧空氣輸入到車廂內。車廂頂棚和墻壁上的出氣孔將富氧空氣送入車廂。設計師們想方設法防止寶貴的氧氣從車廂流失。車門加內外雙層橡膠密封條,防止氧氣流失。所有的窗戶也雙層密封,而且加深顏色,抵御強烈的紫外線。在海拔5000米的高原地帶,太陽紫外線的強度是平原區的3倍。
高科技的列車奔馳在全長1140公里的青藏線上,同時也為乘客提供了完備的保護,避免受到世界第三極嚴酷環境的影響。青藏高原的火車之旅是對青藏鐵路修建成就的偉大禮贊。
為了制造工程需要的大量軌排,需要在青藏高原腹地建造一個軌排制造廠。安多鋪架基地海拔4704米,為青藏鐵路線提供了絕大多數軌排。全線共需要這樣的軌排49000組。
安裝軌排的時候,絕大部分的艱苦工作已經完成,橋梁和路基修建完畢,隧道也修建完畢。
鐵軌鋪設是最后一道工序,同時也標志著修建青藏鐵路這一40多年的馬拉松工程的結束,青藏鐵路的勘探和設計用了整整40年,而修建過程也長達5年。
自然生態環境非常脆弱的青藏高原,其環境的狀態,是判斷全球氣候變化和全球變暖的依據。這對青藏鐵路的設計師來說是個極其嚴峻的問題,他們不僅僅要克服高原凍土帶來的問題,在高寒缺氧地區保障工人的安全,完成這些工作的同時要保證避免對生態環境人為的破壞。
保護野生動物也是一項艱巨的任務,青藏鐵路必須繞行珍稀鳥類的繁殖地。瀕臨滅絕的藏羚羊也生活在這一地區,為了保護它們的遷徙路線,修建了特別的通道和橋梁。
但是最主要的生態保護工作是水源保護。青藏高原是亞洲最大的三條河流,黃河、長江和湄公河的發源地。大規模的工程建設很容易污染環境和水體。
40年的勘探設計,5年的修建,提前1年完工,通往拉薩的鐵路終于修通了。拉薩近在眼前,現在坐火車只需要短短12個小時就可以從格爾木來到拉薩。
遙遠而神秘的拉薩現在終于可以通過鐵路與世界其它地方相連接,預計每年會有50萬人乘火車來到拉薩。
修建世界上海拔最高的鐵路線,人們克服了難以想象的困難:不穩定的永久凍土、極端的嚴寒、極低的含氧量、頻發的地震和脆弱的生態環境,青藏鐵路是中國工程建筑史上的豐碑。
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