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穿越喜马拉雅山脉有多难?

发布者: enfamily | 发布时间: 2022-8-18 11:30| 查看数: 54| 评论数: 0|



作者:库叔说

来源:瞭望智库(ID:zhczyj )

8月11日,国务委员兼外长王毅在山东青岛同来华访问的尼泊尔外长卡德加举行会谈,双方一致表示将构建“跨喜马拉雅立体互联互通网络”,中方将使用对尼援款支持中尼跨境铁路可行性研究,年内派专家赴尼开展踏勘。

从开辟“唐蕃古道—蕃尼古道”线路、突破“空中禁区”,到建设青藏公路,以及即将构建“跨喜马拉雅立体互联互通网络”,中国人不断突破难关,勇攀高峰。

1

想绕行,多走三四年

约6500万年前,印度板块与欧亚板块发生剧烈碰撞,造成超大规模和幅度的地表隆起,地球上最高、最年轻的高原——青藏高原由此诞生。

这次5亿年来地球上最大造山事件,打造了阻隔东北亚与南亚次大陆交通的天然障碍:

  • 喜马拉雅山、昆仑山-阿尔金山-祁连山南北夹峙;
  • 冈底斯山、念青唐古拉山、唐古拉山,居于腹地;
  • 兴都库什山-喀喇昆仑山、横断山分立东西两端;
  • 平均海拔在4000米以上,有14座8000米级山峰,世界上绝大多数的7000米和数不胜数的5000-6000米级山峰均坐落于此;
  • 随着海拔的上升,大气层中的水汽凝结,形成大量降雪,压实形成冰川,日积月累,这里有4万余条冰川,覆盖面积约4.4万平方公里,厚度可达数百米;
  • 空气中的含氧量仅及低海拔地区的一半左右。

这样的地理环境,对古人而言无异于不能跨越的天堑。于是,一千四百多年前,许下宏愿的玄奘法师要远赴天竺,只能选择绕开青藏高原,从长安出玉门关,穿越河西走廊,过星星峡进入哈密,再穿过吐鲁番盆地、塔里木盆地,登上帕米尔高原,南下翻越兴都库什山达坂,经开伯尔山口进入印度。

这一“绕”,竟多走了三四年。

随后,大唐的外交使节们开辟出通往印度的陆上交通“捷径”——由“唐蕃古道”转“蕃尼古道”。

“唐蕃古道”,从西安出发,经过青海西宁,在西宁西部翻越日月山登上青藏高原,再向南经过共和、玛多、称多、玉树等地深入藏区。后来文成公主入藏,走的就是这条路线。

“蕃尼古道”,越过现今西藏吉隆县城附近宗喀山口后,穿过一条名为吉隆沟的谷地,就到了喜马拉雅山的南麓,涉足现代尼泊尔国土了。在吉隆县城以北4.5公里的阿瓦呷英山嘴处,考古学家们发现了大唐外交使节王玄策于显庆三年六月立下的《大唐天竺使出铭》石碑,证实了这条古道的存在。

这条路,将玄奘的绕行路线缩短了一半以上,靠脚力和畜力走完全程,需半年至9个月。据考证,中国的纸张和造纸术就是经过这条“捷径”传入尼泊尔和印度的。

工业革命后,人类科技水平突飞猛进,交通工具性能大大提升,但是,在环境恶劣的青藏高原,要想打通喜马拉雅山南北、开辟出现代化运输通道,仍然异常困难。

19世纪末,英国为攫取在中国的商业利益,曾规划修筑一条穿越喜马拉雅山东麓的铁路——从印度出发,穿过西藏、四川,直达中国长江中下游,并展开了非法勘探活动。

当时,列强互相牵制、拆台,加之筑路技术难以克服施工困难,规划中的这条铁路最终成了英国侵略者的黄粱一梦。

2

空中禁区?中国人不信邪

二战中,援华陆上通道尽皆被日军切断,为抗击共同的敌人,美军利用自己强大的航空力量开辟了驼峰航线。

实际上,驼峰航线并未跨越喜马拉雅山脉,只在喜马拉雅山南麓沿着青藏高原边缘飞行。即便如此,由于沿途高山连绵不断、天气变幻无常,时而晴空万里、时而乌云密布,各种紊流令人防不胜防。飞机经过此地时,操纵困难,极易造成撞山坠毁事故。

据统计,在3年多时间里,美陆军第14航空队600余架各型运输机在驼峰航线上坠毁,中美飞行员1500余人牺牲。天气晴朗时,经过这条航线的飞行员们,竟能将战友坠机残骸的反光作为导航地标。

沿着青藏高原边缘飞行已然如此艰难,飞越喜马拉雅山、飞入青藏高原腹地的难度之甚,可想而知。因此,当年的“世界屋脊”曾被全球航空界视作“空中禁区”。

中国人偏不信这个邪。

1950年,为支援18军进藏,刚成立不久的人民空军利用缴获的C-47、C-46等机型,以大无畏的精神飞上雪域高原,突破“空中禁区”。

从1950年4月至1952年11月,我空军在青藏高原共开辟航线25条、出动飞机1282架次,向康定、甘孜、昌都、太昭等地空投各种物资2326吨,有力保障了进藏部队的急需,为后来西藏航空事业的发展提供了宝贵经验。

不过,当年人民空军每架次运输机的空投重量尚不及理论载重的一半。究其原因,一方面,高原空气稀薄,导致一定速度情况下单位机翼面积产生的升力远低于平原地区;另一方面,高原气压低,空气中的含氧量仅及低海拔地区的一半左右,造成飞机发动机功率严重滑坡,飞机载重量急剧下降。

这个问题在喷气机时代依然存在。现代喷气式客货机实用升限虽明显高于珠穆朗玛峰的高度,但若要在雪域高原起降,其载重量依然要受严格限制。飞机穿越喜马拉雅山运输的经济成本被推高,因此,只能作为高价值货物运输及应急运输手段。

3

公路代价高,运力有限

和航空运输类似,要想克服喜马拉雅山脉的重重险阻,公路运输要付出的代价同样不菲。

且不说在高原地区修筑长达上千公里的公路有多么不容易,就算不惜代价修通了,由于沿线水文、气象、地质条件十分复杂,各种山地灾害频发,山体滑坡及泥石流屡见不鲜,断路情况实属家常便饭。

因此,在青藏高原上修通公路并不意味着万事大吉。公路沿线必须留驻有一支人数可观的养护队伍,随时准备与天灾作斗争,拼尽全力抢通道路。经年累月,这个经济代价难以估量。而且,若遇上大雪封山,人们就只能望路兴叹了。

此外,汽车运输亦有本难念的经。

普通汽油机在空气含氧量仅有海平面一半左右的青藏高原,功率下降得极为厉害。汽车在低海拔地区额定载重4吨,到高原上能装载2吨就算奇迹。就算是现代汽车装上了机械增压或涡轮废气增压装备,上了高原也不能完全避免富油燃烧。

而且,高原公路路况不能与低海拔地区的高速公路相比,在这里,轮胎与路面的摩擦系统大,司机又不得不频频踩刹车,所以汽车高原行驶百公里实际油耗较理论值翻番,一点也不令人惊讶。

汽车运输若想穿越喜马拉雅山脉,不仅载重量要打折扣,重载运输里程也将严重缩水。解决之道是采取分段接力运输的办法,如此一来,沿途各个转运点必须留驻数量可观的人手和起重机械。卸货、装货多多少少都会造成货物损耗。运输成本居高不下。

目前,中国与尼泊尔的边境贸易主要是通过高原公路、经吉隆和樟木这两个陆路口岸完成的。高昂的运输成本及高原公路有限的运输量,严重制约了中尼双边经贸合作向深度、广度作进一步拓展。

在这个背景下,穿越喜马拉雅山脉的铁路方案,成为东北亚与南亚次大陆间陆上运输的最佳选择。虽然修铁路一次性建设投资大,但建成后运输量极为可观、综合成本低、安全系数高、可昼夜不间断运输,且受不良气候影响最小。

这个方案难不难?

4

战胜冻土,我有“黑科技”

要想修好这条穿越喜马拉雅山脉的铁路,保障运输安全,首先要解决高原冻土造成的路基沉陷难题。

青藏高原终年寒冷,岩土温度低于0℃,其中蕴含的水凝结成冰,导致冻土遍布。下层岩土常年不化,坚硬无比,冰土厚度可达百余米,为多年冻土区;随着海拔(或纬度)的降低,岩土冬季冻结、夏季消融,成为季节性冻土区。

随着全球变暖,冻土区的上层冻土也会发生阶段性融化和冻结。在冬季,雪域高原经常发生岩土膨胀,导致地面隆起;到了夏季,冻土融化,严重时甚至化作稀泥,导致路基沉陷。

苏俄建造的西伯利亚铁路和贝阿铁路,沿途穿越上千公里的冻土区,曾被国际铁路界视为工程奇迹。实际上,上述铁路沿线多为多年冻土区,一致性较好。相比之下,在多年冻土区与季节性冻土区驳杂在一起的青藏高原上修筑铁路,难度远超西伯利亚。

本世纪初,我国在修建青藏铁路格尔木至拉萨段的过程中,凭借着数十年的研究积累,集全国工程界的集体智慧,已经成功攻克了在青藏高原复杂冻土地带修筑铁路的世界级难题,总结出一整套系统解决方案,比如:

  • 设计部门根据当地多年来温度变化确定铁路路基的合理高度,防止太阳辐射和季节气候变化对多年冻土层带来的影响;
  • 在路基的底部或路基表面以下某一深度铺设具有单向导热能力的隔热层,在不影响回冻季节冷空气进入冻土层的情况下,增大热阻,减小自然热源和人为热源的热量进入到冻土层内,防止多年冻土地基升温和地下冰融;
  • 利用“热桩”将冻土深层的热量排放到大气中,以此降低深层冻土温度,增加冻土本身的冷储量,提高冻土热稳定性;
  • 在路堤上覆盖碎石块,相当于给冻土层加了层排热的“保温层”;
  • 在路堤底部横向铺设通风管,与路堤填筑材料组成复合式通风路堤,起到对地基冻土层隔热的作用,增加基底的冷储量……

此外,在昼夜温差大的地区和高含冰量冻土区,中国铁路建设者采用混凝土灌注的方法打桩,稳定地基,并大量以桥代路。

为应对高原铁路建成后可能发生的意外情况,中国科研人员还成功开发出人工冻结技术,将冻结管插入土中,利用液氮等冷液在冷冻管中循环,使土壤冻结。试验表明,该技术能有效防止冻土退化,一旦高原铁路的冻土路基出现融沉迹象,可以此进行有效抢险救援。

自2006年全线通车以来,青藏铁路不仅为西藏的经济发展作出了巨大贡献,为西藏与内地人员和物资的交流起到了关键性作用,而且也充分验证了诸多筑路“黑科技”的有效性和耐久性,为修筑穿越喜马拉雅山脉的中尼铁路积累了宝贵的工程经验。

5

逢山穿洞,跨越难关

铁路要穿越连绵不断的喜马拉雅山脉,诸多地段压根就没有条件绕行,在山体上开凿漫长隧道不可避免。论穿凿隧道的技术及工程经验,世界上再无第二个国家能与中国比肩。

更高效的掘进方法

挖掘隧道时,通常会从两端向中间同时掘进。但是,对于长隧道而言,这种方法会大大降低工程效率。我们通常“长隧短打”——将长隧道分割为若干短隧道,在多个点位同时施工。例如,在山谷的一侧寻找距离隧道较近的地表位置,横向开挖一个施工洞(即“横洞”),一部分施工人员和设备由此进入主洞,开辟出新战场。

当隧道的埋深较浅时,人们还会在隧道上方地层较薄处开挖与地面连通的坑道。若坑道沿着斜上方延伸,是为“斜井”;坑道沿着竖直方向延伸,则为“竖井”。

有了横洞、斜井和竖井,隧道的施工面大为增加,可同时多点作业,显著提升挖掘效率。

勤劳、勇敢、智慧的中国建设者永不止步,他们又在实践中摸索出更高效的隧道掘进方法——“平行导坑”,一个与主洞平行的先导洞。它先于主洞开挖,既可为主洞探明前方的地质情况,又能利用横向通道和主洞相连。每条横向通道可以增加两个作业面,极大地加快了施工进度。在特定情况下,一些平行导坑会成功“转正”,通过拓宽和砌筑,成为隧道的一部分。

防水措施尤为重要

低温时,隧道结构中的水会固结成冰,导致体积膨胀;随着气温升高,冰化成水,会导致地层塌缩,这便是冻融作用。循环往复的冻融作用,增加了隧道结构开裂的危险。为减小温度对隧道的影响,建设者还会给隧道增设保温层。

2002年,在海拔4600多米的多年冻土区,全长1686米的昆仑山隧道贯通,施工历时1年。它是青藏铁路格尔木至拉萨段最长的隧道,曾长时间保持着“世界最长高原冻土隧道”的纪录。

“神兵利器”很有必要

冰川强大的剥蚀作用加上长年风化,将诸多山脉外围脆弱的岩体切削殆尽,余下以花岗岩为主体的山体变得异常坚硬。地质学上以单轴饱和抗压强度来区分岩石的软硬程度,大于60兆帕即为坚硬岩石。花岗岩的数值能达到100至250兆帕。

要在如此坚硬的岩体上穿凿长隧道,盾构机无疑算得上“神兵利器”。要知道,在本世纪初,世界盾构机市场还为德日两国所垄断,一台进口盾构机售价高达3亿元人民币。外商售后维修人员提供上门服务时,往往还狮子大开口,要求中方付2000-3000美元/天的差旅费。不仅如此,他们进行维修时还在现场拉警戒线,将中国人远远地挡在外围,惟恐“技术外泄”。

关键工程设备受制于人,是导致昆仑山隧道工期长达1年的重要因素之一。

外国的技术封锁挡不住中国前进的步伐。2004年,在国内各领域科研人员的通力协作下,在国内完整的工业体系支撑下,具有自主知识产权的国产“先行者”盾构机面世。

如今,18年过去,国产盾构机从无到有、从有到强,性能飞速提升,最大开挖直径已达16.07米。我国已有超过45家盾构机生产企业,占领了90%以上的国内市场及三分之二以上的国际市场。中国出口俄罗斯的“胜利号”盾构机,能在零下30℃的低温环境下正常工作。

6

下一步,开展踏勘

修筑高原铁路,曾经困扰全球铁路工程界,甚至至今仍令各国工程师望而生畏的诸多难题,已经被中国人逐一攻克。

青藏铁路及其支线投入运营,川藏铁路建设加速,下一步是中尼铁路。

尼泊尔国土面积约14.7万平方公里,地下矿藏丰富。然而,迄今为止,其境内仅有一条总长49公里的宽轨铁路。该线路联接尼泊尔比珠普拉与印度杰伊讷格尔,全长55公里,在2014至2018年间,曾因年久失修而中断运营。

因此,长期以来,该国只能守着宝藏过穷日子,用旅游业和农业支撑经济,“世界最不发达国家之一”这顶帽子至今仍未摘除。

2015年5月,国务院正式批准将吉隆口岸从中尼双边性陆路口岸升级为国际性口岸。然而,两国间现有公路运载能力,极大制约了中尼经贸合作向深度和广度作进一步拓展。

“十三五”期间,作为西藏自治区“两纵两横、五出区、三出境”干线铁路路网中重要的出境通道之一,日吉铁路已开工建设。这条铁路是青藏铁路支线拉日铁路(拉萨—日喀则)延长线,全长约556公里、桥隧比例33%,线路自日喀则站引出,沿国道318线,经拉孜、萨迦、定结、定日、聂拉木,沿国道219线、216线至吉隆口岸;主要技术标准为国铁I级单线,电力牵引,建设工期6年。

中尼铁路将从吉隆口岸出发,穿越喜马拉雅山脉。中尼外长在会谈当中一致表示,将构建“跨喜马拉雅立体互联互通网络”。王毅国务委员兼外长也宣布,中方将使用对尼援款支持中尼跨境铁路的可行性研究,年内派专家赴尼开展踏勘。

预计设计时速120-160公里的中尼铁路建成后,将成为世界上海拔最高的铁路。该线路将促进尼泊尔资源开发和经贸合作,大大改善当地人民的生活水平。我们期待这一天早日到来!


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