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2009年1月9日,国家科技奖励大会上,“青藏铁路工程”项目在众望所归中,摘取了国家科技进步特等奖的桂冠。这也是我省科技工作者首次与这项国家科技最高奖结缘。
被誉为地球第三极的青藏高原,以其海拔高、空气稀薄、含氧量少、紫外线强烈、常年积雪、气候复杂而著称于世。早在青藏铁路开工前,国外专家就认为,在这样的多年冻土上修建铁路“几乎不可能”。但我国青藏铁路的建设者创造了世界奇迹,解决了多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱三大难题,使天路直达拉萨。
天路的荣耀不仅属于青藏高原。在这一举世瞩目的伟大工程中,同样闪耀着河北人的智慧。石家庄铁道学院专家们在克服多年冻土、高寒缺氧这两大难题中,付出了艰苦的努力。
“这个隧道工程我曾经参与过,对我来说就是最大的荣誉。”1月9日,石家庄铁道学院土木分院的办公室里,全国著名隧道专家朱永全教授仍是一贯的低调,他对自己在青藏铁路上所做的贡献闭口不谈。
朱永全是项目的主要完成人之一,他所说的隧道正是青藏铁路建设最为艰难的风火山隧道和昆仑山隧道。风火山隧道全长1338米,海拔4897米,是世界海拔第一高的铁路隧道,誉为“天字第一号工程”;昆仑山隧道全长1686米,海拔4664米,是世界上最长的冻土隧道。
西方媒体曾预言:青藏铁路根本过不了风火山。因为风火山地质情况的复杂程度以人类现有的技术尚无法解决。美国现代火车旅行家保罗·泰鲁在《游历中国》一书中写道:“有昆仑山脉在,铁路就永远到不了拉萨。”
像两只猛虎,风火山和昆仑山横亘在格尔木和拉萨之间。建设者们“穿肠破肚”,建两大隧道从其腹部穿越而过。
2001年10月18日,风火山隧道打响第一炮,炸出的“弃碴”令人深感意外,隧道洞口地质结构主要为含土冰层、饱冰冻土、裂隙冰、砂岩及泥岩。这样的地质环境,对施工温度的要求很高,必须保持在正负5摄氏度之间。温度低了影响混凝土的凝固,高了会造成冻土热融扩大。而为了保证施工的顺利进行,隧道内必须有足够的氧气和必要的通风,否则烟尘、粉尘、废气会严重超标,工人无法作业。
要想解决这个问题,只有不断鼓暖风,并且控制好暖风的量。
负责青藏铁路隧道施工通风技术及温度场研究的,正是朱永全所带领的课题组。为了寻找解决之道,他带着课题组成员多次进出隧道,在零下20多摄氏度、潮湿阴冷、氧量稀少的洞中一呆就是好几个小时。
理论上的分析有时相对容易些,而技术上如何实现则是更加困难的事。
隧道施工经验丰富的朱永全与该校隧道通风专家赖涤泉教授商讨后共同提出:“如果在洞口安装一个大型暖风空调,让吹进洞内的冷风在此加热,然后利用在洞外和洞内沿程各点的温度传感器信号,通过调节蒸汽锅炉的蒸汽温度、供汽量以及通风机的送风量,实现对洞内环境温度的自动控制或人工控制,洞内环境气温的控制不就解决了吗。”
气温控制的难题刚刚解决,缺氧又成了课题组面临的另一大难题。青藏铁路是目前世界上海拔最高的铁路,沿线常年平均气温在零摄氏度以下,空气中的含氧量仅为平原地区的一半,隧道施工中人员集中、工人劳动强度大,更是极度缺氧。“如果往隧道里灌氧,就相当于敞着门窗开空调,所需氧气是正常值的几倍。”在青藏高原上,制氧花的代价太大,朱永全认为这样行不通。他和课题组提出了吸附式制氧、隧道氧吧和便携呼吸器相结合的制氧与供氧系统方案。即在洞外建氧站、洞内建氧吧,施工人员每人再配一个便携式氧气瓶。
这一设想立即得到了工程负责人的响应,经过3个多月200余次试验,终于,在风火山隧道工地建成了世界上第一座大型高原制氧站,实现了整个隧道弥漫式供氧。每位隧道施工人员呼吸到90%以上的医用氧,这相当于把海拔高度降低了1500米。
同时,他们还成功研制出STDK-100型高海拔、高寒区、冻土隧道通风/空调一体化机组,实现了隧道洞内沿程环境气温的全面控制,保证了风火山隧道施工各种作业正常进行,创造了连续2800小时无故障的纪录。这也是我国首次提出高海拔、高寒区、冻土隧道施工通风模式,首次成功地研制出高原专用隧道施工风机。
这两项科研成果后来在青藏铁路全线推广,被评为2002年度“中国公众关注的十大科技事件”之一。
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