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鐵路要穿越喜馬拉雅山 有多難?

 春在堂書苑 2022-08-17 發(fā)布于吉林

8月11日,國務委員兼外長王毅在山東青島同來華訪問的尼泊爾外長卡德加舉行會談,雙方一致表示將構建“跨喜馬拉雅立體互聯(lián)互通網絡”,中方將使用對尼援款支持中尼跨境鐵路可行性研究,年內派專家赴尼開展踏勘。

從開辟“唐蕃古道—蕃尼古道”線路、突破“空中禁區(qū)”,到建設青藏公路,以及即將構建“跨喜馬拉雅立體互聯(lián)互通網絡”,中國人不斷突破難關,勇攀高峰。

文 | 殷杰

編輯 | 李雪 瞭望智庫

本文為瞭望智庫原創(chuàng)文章,如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫(zhczyj)及作者信息,否則將嚴格追究法律責任。

1

想繞行,多走三四年

約6500萬年前,印度板塊與歐亞板塊發(fā)生劇烈碰撞,造成超大規(guī)模和幅度的地表隆起,地球上最高、最年輕的高原——青藏高原由此誕生。

這次5億年來地球上最大造山事件,打造了阻隔東北亞與南亞次大陸交通的天然障礙:

喜馬拉雅山、昆侖山-阿爾金山-祁連山南北夾峙;

岡底斯山、念青唐古拉山、唐古拉山,居于腹地;

興都庫什山-喀喇昆侖山、橫斷山分立東西兩端;

平均海拔在4000米以上,有14座8000米級山峰,世界上絕大多數(shù)的7000米和數(shù)不勝數(shù)的5000-6000米級山峰均坐落于此;

隨著海拔的上升,大氣層中的水汽凝結,形成大量降雪,壓實形成冰川,日積月累,這里有4萬余條冰川,覆蓋面積約4.4萬平方公里,厚度可達數(shù)百米;

空氣中的含氧量僅及低海拔地區(qū)的一半左右。

這樣的地理環(huán)境,對古人而言無異于不能跨越的天塹。于是,一千四百多年前,許下宏愿的玄奘法師要遠赴天竺,只能選擇繞開青藏高原,從長安出玉門關,穿越河西走廊,過星星峽進入哈密,再穿過吐魯番盆地、塔里木盆地,登上帕米爾高原,南下翻越興都庫什山達坂,經開伯爾山口進入印度。

這一“繞”,竟多走了三四年。

隨后,大唐的外交使節(jié)們開辟出通往印度的陸上交通“捷徑”——由“唐蕃古道”轉“蕃尼古道”。

“唐蕃古道”,從西安出發(fā),經過青海西寧,在西寧西部翻越日月山登上青藏高原,再向南經過共和、瑪多、稱多、玉樹等地深入西藏。后來文成公主入藏,走的就是這條路線。

“蕃尼古道”,越過現(xiàn)今西藏吉隆縣城附近宗喀山口后,穿過一條名為吉隆溝的谷地,就到了喜馬拉雅山的南麓,涉足現(xiàn)代尼泊爾國土了。在吉隆縣城以北4.5公里的阿瓦呷英山嘴處,考古學家們發(fā)現(xiàn)了大唐外交使節(jié)王玄策于顯慶三年六月立下的《大唐天竺使出銘》石碑,證實了這條古道的存在。

這條路,將玄奘的繞行路線縮短了一半以上,靠腳力和畜力走完全程,需半年至9個月。據考證,中國的紙張和造紙術就是經過這條“捷徑”傳入尼泊爾和印度的。

工業(yè)革命后,人類科技水平突飛猛進,交通工具性能大大提升,但是,在環(huán)境惡劣的青藏高原,要想打通喜馬拉雅山南北、開辟出現(xiàn)代化運輸通道,仍然異常困難。

19世紀末,英國為攫取在中國的商業(yè)利益,曾規(guī)劃修筑一條穿越喜馬拉雅山東麓的鐵路——從印度出發(fā),穿過西藏、四川,直達中國長江中下游,并展開了非法勘探活動。

當時,列強互相牽制、拆臺,加之筑路技術難以克服施工困難,規(guī)劃中的這條鐵路最終成了英國侵略者的黃粱一夢。

2

空中禁區(qū)?中國人不信邪

二戰(zhàn)中,援華陸上通道盡皆被日軍切斷,為抗擊共同的敵人,美軍利用自己強大的航空力量開辟了駝峰航線。

實際上,駝峰航線并未跨越喜馬拉雅山脈,只在喜馬拉雅山南麓沿著青藏高原邊緣飛行。即便如此,由于沿途高山連綿不斷、天氣變幻無常,時而晴空萬里、時而烏云密布,各種紊流令人防不勝防。飛機經過此地時,操縱困難,極易造成撞山墜毀事故。

據統(tǒng)計,在3年多時間里,美陸軍第14航空隊600余架各型運輸機在駝峰航線上墜毀,中美飛行員1500余人犧牲。天氣晴朗時,經過這條航線的飛行員們,竟能將戰(zhàn)友墜機殘骸的反光作為導航地標。

沿著青藏高原邊緣飛行已然如此艱難,飛越喜馬拉雅山、飛入青藏高原腹地的難度之甚,可想而知。因此,當年的“世界屋脊”曾被全球航空界視作“空中禁區(qū)”。

中國人偏不信這個邪。

1950年,為支援18軍進藏,剛成立不久的人民空軍利用繳獲的C-47、C-46等機型,以大無畏的精神飛上雪域高原,突破“空中禁區(qū)”。

從1950年4月至1952年11月,我空軍在青藏高原共開辟航線25條、出動飛機1282架次,向康定、甘孜、昌都、太昭等地空投各種物資2326噸,有力保障了進藏部隊的急需,為后來西藏航空事業(yè)的發(fā)展提供了寶貴經驗。

不過,當年人民空軍每架次運輸機的空投重量尚不及理論載重的一半。究其原因,一方面,高原空氣稀薄,導致一定速度情況下單位機翼面積產生的升力遠低于平原地區(qū);另一方面,高原氣壓低,空氣中的含氧量僅及低海拔地區(qū)的一半左右,造成飛機發(fā)動機功率嚴重滑坡,飛機載重量急劇下降。

這個問題在噴氣機時代依然存在。現(xiàn)代噴氣式客貨機實用升限雖明顯高于珠穆朗瑪峰的高度,但若要在雪域高原起降,其載重量依然要受嚴格限制。飛機穿越喜馬拉雅山運輸?shù)慕洕杀颈煌聘撸虼?,只能作為高價值貨物運輸及應急運輸手段。

3

公路代價高,運力有限

和航空運輸類似,要想克服喜馬拉雅山脈的重重險阻,公路運輸要付出的代價同樣不菲。

且不說在高原地區(qū)修筑長達上千公里的公路有多么不容易,就算不惜代價修通了,由于沿線水文、氣象、地質條件十分復雜,各種山地災害頻發(fā),山體滑坡及泥石流屢見不鮮,斷路情況實屬家常便飯。

因此,在青藏高原上修通公路并不意味著萬事大吉。公路沿線必須留駐有一支人數(shù)可觀的養(yǎng)護隊伍,隨時準備與天災作斗爭,拼盡全力搶通道路。經年累月,這個經濟代價難以估量。而且,若遇上大雪封山,人們就只能望路興嘆了。

此外,汽車運輸亦有本難念的經。

普通汽油機在空氣含氧量僅有海平面一半左右的青藏高原,功率下降得極為厲害。汽車在低海拔地區(qū)額定載重4噸,到高原上能裝載2噸就算奇跡。就算是現(xiàn)代汽車裝上了機械增壓或渦輪廢氣增壓裝備,上了高原也不能完全避免富油燃燒。

而且,高原公路路況不能與低海拔地區(qū)的高速公路相比,在這里,輪胎與路面的摩擦系統(tǒng)大,司機又不得不頻頻踩剎車,所以汽車高原行駛百公里實際油耗較理論值翻番,一點也不令人驚訝。

汽車運輸若想穿越喜馬拉雅山脈,不僅載重量要打折扣,重載運輸里程也將嚴重縮水。解決之道是采取分段接力運輸?shù)霓k法,如此一來,沿途各個轉運點必須留駐數(shù)量可觀的人手和起重機械。卸貨、裝貨多多少少都會造成貨物損耗。運輸成本居高不下。

目前,中國與尼泊爾的邊境貿易主要是通過高原公路、經吉隆和樟木這兩個陸路口岸完成的。高昂的運輸成本及高原公路有限的運輸量,嚴重制約了中尼雙邊經貿合作向深度、廣度作進一步拓展。

在這個背景下,穿越喜馬拉雅山脈的鐵路方案,成為東北亞與南亞次大陸間陸上運輸?shù)淖罴堰x擇。雖然修鐵路一次性建設投資大,但建成后運輸量極為可觀、綜合成本低、安全系數(shù)高、可晝夜不間斷運輸,且受不良氣候影響最小。

這個方案難不難?

4

戰(zhàn)勝凍土,我有“黑科技”

要想修好這條穿越喜馬拉雅山脈的鐵路,保障運輸安全,首先要解決高原凍土造成的路基沉陷難題。

青藏高原終年寒冷,巖土溫度低于0℃,其中蘊含的水凝結成冰,導致凍土遍布。下層巖土常年不化,堅硬無比,冰土厚度可達百余米,為多年凍土區(qū);隨著海拔(或緯度)的降低,巖土冬季凍結、夏季消融,成為季節(jié)性凍土區(qū)。

隨著全球變暖,凍土區(qū)的上層凍土也會發(fā)生階段性融化和凍結。在冬季,雪域高原經常發(fā)生巖土膨脹,導致地面隆起;到了夏季,凍土融化,嚴重時甚至化作稀泥,導致路基沉陷。

蘇俄建造的西伯利亞鐵路和貝阿鐵路,沿途穿越上千公里的凍土區(qū),曾被國際鐵路界視為工程奇跡。實際上,上述鐵路沿線多為多年凍土區(qū),一致性較好。相比之下,在多年凍土區(qū)與季節(jié)性凍土區(qū)駁雜在一起的青藏高原上修筑鐵路,難度遠超西伯利亞。

本世紀初,我國在修建青藏鐵路格爾木至拉薩段的過程中,憑借著數(shù)十年的研究積累,集全國工程界的集體智慧,已經成功攻克了在青藏高原復雜凍土地帶修筑鐵路的世界級難題,總結出一整套系統(tǒng)解決方案,比如:

設計部門根據當?shù)囟嗄陙頊囟茸兓_定鐵路路基的合理高度,防止太陽輻射和季節(jié)氣候變化對多年凍土層帶來的影響;

在路基的底部或路基表面以下某一深度鋪設具有單向導熱能力的隔熱層,在不影響回凍季節(jié)冷空氣進入凍土層的情況下,增大熱阻,減小自然熱源和人為熱源的熱量進入到凍土層內,防止多年凍土地基升溫和地下冰融;

利用“熱樁”將凍土深層的熱量排放到大氣中,以此降低深層凍土溫度,增加凍土本身的冷儲量,提高凍土熱穩(wěn)定性;

在路堤上覆蓋碎石塊,相當于給凍土層加了層排熱的“保溫層”;

在路堤底部橫向鋪設通風管,與路堤填筑材料組成復合式通風路堤,起到對地基凍土層隔熱的作用,增加基底的冷儲量……

此外,在晝夜溫差大的地區(qū)和高含冰量凍土區(qū),中國鐵路建設者采用混凝土灌注的方法打樁,穩(wěn)定地基,并大量以橋代路。

為應對高原鐵路建成后可能發(fā)生的意外情況,中國科研人員還成功開發(fā)出人工凍結技術,將凍結管插入土中,利用液氮等冷液在冷凍管中循環(huán),使土壤凍結。試驗表明,該技術能有效防止凍土退化,一旦高原鐵路的凍土路基出現(xiàn)融沉跡象,可以此進行有效搶險救援。

自2006年全線通車以來,青藏鐵路不僅為西藏的經濟發(fā)展作出了巨大貢獻,為西藏與內陸人員和物資的交流起到了關鍵性作用,而且也充分驗證了諸多筑路“黑科技”的有效性和耐久性,為修筑穿越喜馬拉雅山脈的中尼鐵路積累了寶貴的工程經驗。

5

逢山穿洞,跨越難關

鐵路要穿越連綿不斷的喜馬拉雅山脈,諸多地段壓根就沒有條件繞行,在山體上開鑿漫長隧道不可避免。論穿鑿隧道的技術及工程經驗,世界上再無第二個國家能與中國比肩。

更高效的掘進方法

挖掘隧道時,通常會從兩端向中間同時掘進。但是,對于長隧道而言,這種方法會大大降低工程效率。我們通?!伴L隧短打”——將長隧道分割為若干短隧道,在多個點位同時施工。例如,在山谷的一側尋找距離隧道較近的地表位置,橫向開挖一個施工洞(即“橫洞”),一部分施工人員和設備由此進入主洞,開辟出新戰(zhàn)場。

當隧道的埋深較淺時,人們還會在隧道上方地層較薄處開挖與地面連通的坑道。若坑道沿著斜上方延伸,是為“斜井”;坑道沿著豎直方向延伸,則為“豎井”。

有了橫洞、斜井和豎井,隧道的施工面大為增加,可同時多點作業(yè),顯著提升挖掘效率。

勤勞、勇敢、智慧的中國建設者永不止步,他們又在實踐中摸索出更高效的隧道掘進方法——“平行導坑”,一個與主洞平行的先導洞。它先于主洞開挖,既可為主洞探明前方的地質情況,又能利用橫向通道和主洞相連。每條橫向通道可以增加兩個作業(yè)面,極大地加快了施工進度。在特定情況下,一些平行導坑會成功“轉正”,通過拓寬和砌筑,成為隧道的一部分。

防水措施尤為重要

低溫時,隧道結構中的水會固結成冰,導致體積膨脹;隨著氣溫升高,冰化成水,會導致地層塌縮,這便是凍融作用。循環(huán)往復的凍融作用,增加了隧道結構開裂的危險。為減小溫度對隧道的影響,建設者還會給隧道增設保溫層。

2002年,在海拔4600多米的多年凍土區(qū),全長1686米的昆侖山隧道貫通,施工歷時1年。它是青藏鐵路格爾木至拉薩段最長的隧道,曾長時間保持著“世界最長高原凍土隧道”的紀錄。

“神兵利器”很有必要

冰川強大的剝蝕作用加上長年風化,將諸多山脈外圍脆弱的巖體切削殆盡,余下以花崗巖為主體的山體變得異常堅硬。地質學上以單軸飽和抗壓強度來區(qū)分巖石的軟硬程度,大于60兆帕即為堅硬巖石?;◢弾r的數(shù)值能達到100至250兆帕。

要在如此堅硬的巖體上穿鑿長隧道,盾構機無疑算得上“神兵利器”。要知道,在本世紀初,世界盾構機市場還為德日兩國所壟斷,一臺進口盾構機售價高達3億元人民幣。外商售后維修人員提供上門服務時,往往還獅子大開口,要求中方付2000-3000美元/天的差旅費。不僅如此,他們進行維修時還在現(xiàn)場拉警戒線,將中國人遠遠地擋在外圍,惟恐“技術外泄”。

關鍵工程設備受制于人,是導致昆侖山隧道工期長達1年的重要因素之一。

外國的技術封鎖擋不住中國前進的步伐。2004年,在國內各領域科研人員的通力協(xié)作下,在國內完整的工業(yè)體系支撐下,具有自主知識產權的國產“先行者”盾構機面世。

如今,18年過去,國產盾構機從無到有、從有到強,性能飛速提升,最大開挖直徑已達16.07米。我國已有超過45家盾構機生產企業(yè),占領了90%以上的國內市場及三分之二以上的國際市場。中國出口俄羅斯的“勝利號”盾構機,能在零下30℃的低溫環(huán)境下正常工作。

6

下一步,開展踏勘

修筑高原鐵路,曾經困擾全球鐵路工程界,甚至至今仍令各國工程師望而生畏的諸多難題,已經被中國人逐一攻克。

青藏鐵路及其支線投入運營,川藏鐵路建設加速,下一步是中尼鐵路。

尼泊爾國土面積約14.7萬平方公里,地下礦藏豐富。然而,迄今為止,其境內僅有一條總長49公里的寬軌鐵路。該線路聯(lián)接尼泊爾比珠普拉與印度杰伊訥格爾,全長55公里,在2014至2018年間,曾因年久失修而中斷運營。

因此,長期以來,該國只能守著寶藏過窮日子,用旅游業(yè)和農業(yè)支撐經濟,“世界最不發(fā)達國家之一”這頂帽子至今仍未摘除。

2015年5月,國務院正式批準將吉隆口岸從中尼雙邊性陸路口岸升級為國際性口岸。然而,兩國間現(xiàn)有公路運載能力,極大制約了中尼經貿合作向深度和廣度作進一步拓展。

“十三五”期間,作為西藏自治區(qū)“兩縱兩橫、五出區(qū)、三出境”干線鐵路路網中重要的出境通道之一,日吉鐵路已開工建設。這條鐵路是青藏鐵路支線拉日鐵路(拉薩—日喀則)延長線,全長約556公里、橋隧比例33%,線路自日喀則站引出,沿國道318線,經拉孜、薩迦、定結、定日、聶拉木,沿國道219線、216線至吉隆口岸;主要技術標準為國鐵I級單線,電力牽引,建設工期6年。

中尼鐵路將從吉隆口岸出發(fā),穿越喜馬拉雅山脈。中尼外長在會談當中一致表示,將構建“跨喜馬拉雅立體互聯(lián)互通網絡”。王毅國務委員兼外長也宣布,中方將使用對尼援款支持中尼跨境鐵路的可行性研究,年內派專家赴尼開展踏勘。

預計設計時速120-160公里的中尼鐵路建成后,將成為世界上海拔最高的鐵路。該線路將促進尼泊爾資源開發(fā)和經貿合作,大大改善當?shù)厝嗣竦纳钏?。我們期待這一天早日到來!

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