可西里荒原上,数万根灰色金属棒如同忠诚的卫兵,日夜守护着世界上海拔最高的铁路。这些看似简单的装置,内部却蕴藏着征服冻土世界的惊人智慧。

2002年的一个深夜,江苏南京一间普通公寓里,电视屏幕闪烁着青藏铁路建设遭遇冻土难题的新闻。创业初期的郭宏新从床上猛地坐起,“绝冷技术我们擅长啊!”灵感如电光火石般闪过。仅半小时,一个后来被称为“热棒”的设计草图诞生了。一周后,这个“外行人”的方案被送到青藏铁路建设指挥部专家面前。
昆仑山至唐古拉山脉,550公里连续多年冻土区,被外国专家称为铁路建设的“死亡地带”。这里的冻土不是普通的冻结土壤,而是温度低于0℃且含有冰的敏感岩土体。冻土有致命特性——随季节冻结膨胀、融化沉降。夏季融化时,其承载强度仅为冬季的十分之一。2002年试验段采用传统方法,一年后部分路基竟下沉超过50厘米,足以导致列车脱轨。“就像在融化的冰淇淋上盖房子。”一位参与早期勘测的工程师形容道。面对这片“豆腐地基”,中国工程师必须找到一种让冻土常年保持冻结状态的方法。
郭宏新并非冻土专家,他的公司当时主营业务是工业保温。但正是这种跨界的背景,让他能够跳出传统岩土工程的思维框架。“冻土如果一直冻着不行吗?”这个简单的问题,成了解决复杂难题的钥匙。他设计的热棒原理简洁而精妙:一根密封金属管,内部充满液氨,无需外部能源驱动。当外界气温低于地下温度时,液氨汽化上升,带走冻土热量;遇冷后又凝结回流,循环往复。这根“铁棒”实际上是一台自主工作的“制冷机”。令郭宏新意外的是,他的方案一周后就被邀请参加青藏铁路专家研讨会。原定20分钟的交流延长至数小时,冻土专家们对这个“非科班”方案产生了浓厚兴趣。
热棒只是中国工程师应对冻土挑战的众多创新之一。在青藏铁路建设中,形成了一整套“组合拳”式的技术方案。
主动降温系统,数万根热棒沿线分布,每根长约10米,其中8米深埋冻土。它们像“铁路冰箱”般,持续将地下热量导出地表。如今,热棒已发展到第六代,最长可达37.5米,还衍生出L形、U形等适应不同地形的变体。
以桥代路策略:在不稳定冻土区,工程师采用“凌空飞渡”的智慧。全线修建了约160公里冻土区桥梁,最长的清水河特大桥达11.7公里。桥梁基础是点式结构,对冻土扰动小,且梁体能遮阳降温。
综合防护体系:除了热棒和桥梁,还有通风管路基、片石护坡、隔热层等多种技术。在可可西里地区,热棒与片石通风路基、高架桥结合使用,使路基稳定性提升90%以上。
青藏铁路冻土工程的最大突破,或许不是某项具体技术,而是思维方式的根本转变。早期西方冻土工程多采用“强化结构”思路——试图用更坚固的材料抵抗冻胀力,结果往往失败。中国工程师则转向“顺应自然”的哲学:不再强行改变冻土,而是调节它的热状态。“我们像中医调理身体一样调理冻土,”项目负责人曾比喻,“热了降温,冷了保温,不稳定就绕开或架空。”这种理念催生了多项世界首创:全球首条主动降温型冻土铁路、首次大规模应用热棒技术、首次建立冻土工程长期监测系统(埋设1500多个监测探头)。
青藏铁路的成功经验并未止步于高原。热棒技术已在全国范围内推广应用,为200千米铁路、100千米公路、400千米石油运输管线提供了可靠保障。2024年,中俄两国共建的“亚洲寒区环境与工程国际研究中心”在兰州成立,将冻土工程技术合作推向新高度。同年,俄罗斯科学家专程访问热棒技术的研发企业,寻求在北极地区房屋、管道和道路工程中应用这项技术。第二次青藏科考发布的十大应用成果中,“创新多年冻土区灾害防控技术”赫然在列,为青藏高原交通生命线工程的长期安全运营提供持续科学支撑。材料科学也取得突破。在风火山隧道施工中,工程师研制出适应冻土环境的低温早强混凝土,通过精确控制配合比和养护温度,确保在极端环境下的工程质量。
如今,当列车驶过可可西里,窗外那些默默伫立的热棒仍在无声工作。最新一代热棒已集成传感器,可实现远程实时监测。郭宏新办公室墙上,挂着最初半小时绘制的草图与第六代产品的对比照片,见证着这一中国原创技术从灵感到现实的完整轨迹。从“死亡地带”到安全通途,中国工程师用一根“铁棒”证明了:面对自然极限,最聪明的选择不是蛮力征服,而是用智慧找到和谐共处之道。