超级工程| “天路”—青藏铁路工程

作者：孙永福 中国工程院院士

引用：

Yongfu SUN. “Heavenly Road”: The Qinghai–xizang Railway[J]. Frontiers of Engineering Management, 2020, 7(2): 304-307.

文章链接：

http://journal.hep.com.cn/fem/article/2020/2095-7513/26444

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-019-0079-3

“天路”——青藏铁路工程

1. 工程简介

青藏铁路（格尔木至拉萨段）全长1142km，其中960km位于海拔4000m以上，翻越唐古拉山最高点海拔5072m，这是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，被誉为“天路”。本项目于2001年6月29日开工，2006年7月1日开通运营，总投资330.9亿元（人民币）。高原缺氧严重、生态环境脆弱、多年冻土广布，是青藏铁路建设面临的最大挑战。广大铁路建设人员不畏艰险，迎难而上，协同攻关，实现了技术突破，取得了一系列创新成果。青藏铁路工程2008年荣获国家科技进步奖特等奖。

图1.青藏铁路

2. 青藏铁路工程创新与管理

2.1 青藏铁路工程冻土区筑路关键技术

青藏铁路经过昆仑山北麓至唐古拉山南麓地段，连续多年冻土区约550km，岛状冻土、深季节冻土、沼泽湿地和斜坡湿地十分发育。青藏高原多年冻土处于中低纬度，主要特征是：高原地下冰和高含冰量冻土所占比重大，冻土热稳定性差，对气候变暖反应极为敏感，太阳辐射的坡向效应明显。在借鉴国内外研究成果和实践经验教训基础上，青藏铁路建设突破传统观念，确立了“主动降温、冷却地基、保护冻土”的设计思想，充分利用天然冷能保护多年冻土。实现了对冻土环境分析由静态转变为动态，对冻土保护由被动保温转变为主动降温，对治理冻土由单一措施转变为多管齐下，综合施治，使地基处于稳定状态。

图2.热棒路基

图3.路基片石护坡

在铁路选线时，尽量绕避地质条件复杂的不良冻土地段，线路宜在标高相对较高、地表干燥的地带通过，路基结构以路堤为主，多填少挖。通过改变路基结构和材料，以调控辐射、调控对流、调控传导或者综合调控，达到冷却地基的目的。在全面展开施工之前，按照不同冻土特征和工程措施，建设了5个冻土工程试验段。通过试验段实践，进一步掌握了冻土地温变化特点，检验了冻土工程措施的应用效果，确定了不同冻土条件和路基、桥涵、隧道结构形式，总结形成了合理的施工工艺。多年冻土路基大量采用片石气冷路基（或片石护坡）和热棒措施。片石气冷路基是在路基垫层之上设置一定厚度（1.5m左右）和空隙度（块径约0.2-0.4m）的片石层，在气温周期变化自然条件下，片石层起到“热半导体”作用，冷却片石层下地基土体。片石护坡（阳坡厚1.6m，阴坡厚0.8m）作用机理同上。热棒是利用无缝钢管内介质的气液两相转换，依靠埋入土中部分（冷凝器）与外漏在大气中部分（蒸发器）之间的温差，通过对流循环实现热量传导的系统。选用长12m、直径83mm的热棒，按照间距1.3m-1.5m布置，降低地基温度。个别地段也采用了通风管措施、遮阳棚措施或隔热保温材料。在特别复杂的地段，采用“以桥代路”措施。桥梁涵洞基础以钻孔灌注桩为主。隧道衬砌增设了防水层和保温层。建立青藏铁路多年冻土观测系统，多年持续观测结果表明，青藏铁路路基变形可控（年均沉降小于2cm），桥梁、隧道结构稳定，保证了列车安全运行。参加第六届国际冻土工程会议的中外专家考察青藏铁路后一致认为，青藏铁路成功解决了多年冻土区筑路关键技术，体现了当今冻土技术国际先进水平。

图4.片石气冷路基断面示意图

2.2 青藏铁路环保创新与管理

青藏高原是世界上仅有的独特生态环境系统，是世界山地生物物种一个重要的起源和分化中心。青藏铁路建设树立可持续发展理念，强调项目全寿命期都要贯彻国家环保要求。特别是坚持依法环保，执行国家环保法律法规，做好环境影响评价，层层落实环保措施；增强全员环保意识，使生态环保成为全体建设人员的自觉行动；创新环保管理制度，健全由业主牵头、设计、施工、建立共同参与的环保管理体系；创新环保工程技术，如高寒植被恢复与再造技术、防止江湖水污染技术、野生动物迁徙通道设计等。青藏铁路建设保护高原冻土环境、湿地环境、自然景观及野生动物生存环境，总结“依法环保、全员环保、科技环保，建设环保型铁路”的成功经验，成为国家重点工程建设的环保典型。青藏铁路工程2006年荣获中华环境奖。

图5.唐古拉山以南成型路基（绿色长廊）

2.3青藏铁路建设卫生保障

为确保建设人员安全、健康，青藏铁路建设贯彻“以人为本”的思想，坚持“安全第一、预防为主”的方针，建立了完整的卫生保障体系和有效的卫生防疫机制。对进入高原的建设人员实行体检准入制度、阶梯习服制度及劳动保护措施，建立工地医疗机构，加强健康监护管理，研究高原病救治新思路、新措施。在海拔4900km的风火山隧道，研制成功每小时生产24m³纯氧的大型制氧站，向洞内弥散供氧，改善作业环境，使隧道工效提高1.5倍以上，门诊人数减少44%，急性高原病发病率下降90%。全线共建大型制氧站17个，配置高压氧仓25台，收到良好效果。5年建设期间，共接待病人53万人次，其中高原脑水肿470例，脑水肿931例，全部得到有效救治，实现了高原病“零死亡”，人间鼠疫“零传播”。出席第六届国际高原医学大会的专家们现场调研后赞不绝口，认为青藏铁路建设创造了大群体、高海拔、长期施工的卫生保障成功经验，是对世界高原医学的重大贡献。

除攻克上述“三大难题”外，青藏铁路还取得了多项技术创新成果。在抗震防震方面，查明沿线高地震烈度区和地震活动断裂分布特征，分别采取措施，尽量以较低路堤大角度通过断裂带，必须设桥时采用简支梁结构，钢筋混凝土桥墩，并设防落梁措施等。在混凝土耐久性方面，研制DZ型混凝土外加剂，严格满足耐久性多项指标要求，在风沙灾害方面，研究建立大风预警系统，因地制宜采取固沙阻风工程措施。同时，研究解决了高原供电技术、无线通信技术，分散自律调度集中系统（CTC），首创旅客列车供氧系统，为全线运营打下了坚实基础。

青藏铁路工程管理创新主要表现在：公益性项目实行项目法人责任制，确保项目管理科学、规范、高效，充分考虑运输需要并做好运营准备。首次提出完整的项目管理理论体系，在先进建设理念指导下，遵循建设基本规律，确定合适的组织体系，强化支撑保障体系（包括合同、资源、信息、创新、风险、文化管理等），建立有效的运行机制（包括决策、协调、绩效评价、激励约束等），确保项目目标体系（包括质量、安全、环保、工期、投资）全面实现。青藏铁路工程管理经验已在全国铁路推广，对提高铁路工程项目管理水平发挥了重要作用。

3. 结语

青藏铁路建成通车，结束了西藏不通铁路的历史，实现了各族人民百年夙愿。青藏铁路经受了13年运营实践考验，一直保持着安全运行的优异成绩，客货运量大幅度增长，承担着78.6%进出藏货运量和34.4%进出藏客运量，成为西藏综合交通运输主力。青藏铁路被各族人民群众称为“幸福路”，经济效益、社会效益、环境效益等综合效益显著，为西藏、青海两省区经济社会发展做出了巨大贡献，对重大工程建设具有示范作用。