“天路”上的热棒技术

被称为“天路”的青藏铁路，在修建时遇到的最大问题就是多年冻土对路基的影响，青藏高原多年冻土的年平均气温约为-3.5℃~-2℃。夏天气温上升，冻土层中的冰就要熔化，使路基硬度减弱，火车的重压会使路基及铁轨严重变形，而冬天温度降低，冻土层的水结冰，上面的路基和钢轨就会鼓起来，冻土层反复冻融及冬季不完全冻结，严重危及铁路路基，火车极易脱轨。为了使冻土层保持稳定，工程建设者们有许多发明创造，其中有项技术叫“热棒”。

在冻土区，路基两旁插有一排排碗口粗细、看上去像护栏的金属棒，如图甲所示，这就是“热棒”。它们的间隔为2m，高出路面2m，插入路基下5m。热棒由密闭真空腔体注入很容易汽化的物质（如氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等）而构成。图乙是热棒的工作原理图。热棒置于冻土中的部分称之为蒸发器，暴露在地面且安装有散热片的部分称之为冷凝器。在寒冷季节，由于空气温度低于多年冻土的温度，蒸发器中的液体物质吸收周围土体中的热量，蒸发形成气体物质，在管内压力差的作用下，蒸汽上升至冷凝段，与较冷的冷凝器管壁接触，放出热量，再通过冷凝器的散热片将热量传递到空气中。同时蒸汽物质遇冷冷凝成液体，在重力的作用下，液体沿管壁回流至蒸发段，再蒸发。如此循环往复，将土体中的热量传递至空气中。在温暖季节，由于空气温度高于冻土体温度，热棒中的液体物质蒸发后形成的蒸汽到达冷凝器后不能冷凝，液体停止蒸发，热棒停止工作，因此天气中的热量不能通过热棒传至冻土中，从而可保持冻土良好的冻结状态。