Tuyến đường sắt Thanh Hải - Tây Tạng là tuyến đường sắt cao nhất thế giới, đi qua môi trường khắc nghiệt của cao nguyên, thường xuyên bị đe dọa bởi nguy cơ động đất và đóng băng. Do điều kiện thời tiết, mặt đất có thể gợn sóng và lún xuống, thậm chí làm nứt cả nền đường. Đây là cơn “ác mộng” đối với việc xây dựng tuyến đường sắt Thanh Hải - Tây Tạng. Tại đây, 15.000 thanh sắt được đặt ở hai bên tuyến đường. Rốt cuộc chúng có ý nghĩa gì?
Những phương pháp truyền thống
Các kỹ sư Trung Quốc tìm cách chống lại tình trạng đóng băng vĩnh cửu bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Họ đặt tấm che nắng trên nền đường để ngăn ánh nắng trực tiếp, phủ màng cách nhiệt để giảm sự truyền nhiệt và thậm chí còn chất sỏi để làm mát bằng cách tận dụng sự lưu thông không khí.
Tuy nhiên, cuối cùng những phương pháp này mang lại rất ít kết quả.
Các tấm che nắng không thể chống chọi được với gió mạnh ở vùng cao, và màng cách nhiệt sẽ bị lão hóa và nứt chỉ sau hai năm. Mặc dù lớp sỏi có thể làm giảm chu kỳ đóng băng-tan băng, nhưng nó không thể giải quyết được vấn đề.
Thách thức lớn hơn nữa là lớp đất đóng băng vĩnh cửu trên cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng phân bố không đều. Có nơi lớp đất đóng băng dày tới 100 mét, có nơi lại mỏng như cánh ve sầu. Cùng một tuyến đường sắt có thể đi qua nhiều loại đất đóng băng vĩnh cửu, khiến bất kỳ giải pháp chuẩn hóa nào cũng khó có thể thực hiện.
Trước những khó khăn như vậy, việc xây dựng đường sắt đã bị đình trệ.
Công nghệ khiến lớp đất đóng băng vĩnh cửu
Khi các giải pháp truyền thống thất bại, các kỹ sư Trung Quốc bắt đầu suy nghĩ sâu sắc về vấn đề đất đóng băng vĩnh cửu. Thực tế là, đất đóng băng vĩnh cửu ở Bắc Cực có thể giữ nguyên trong hàng nghìn năm, trong khi đất đóng băng vĩnh cửu trên cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng lại thay đổi liên tục như vậy. Sự khác biệt nằm ở nhiệt độ.
Lớp đất đóng băng vĩnh cửu ở Bắc Cực đang ở trạng thái nhiệt độ thấp sâu trong một thời gian dài, trong khi ở cao nguyên Thanh Hải - Tây Tạng lại có hiện tượng bán đóng băng. Sự thay đổi theo mùa khiến quá trình đóng băng và tan băng xen kẽ nhau, gây áp lực rất lớn lên kết cấu đường sắt.
Nếu nhiệt độ của lớp đất đóng băng vĩnh cửu có thể được ổn định và giữ đông lạnh trong thời gian dài thì tuyến đường sắt có thể tránh được những thay đổi liên tục của lớp đất đóng băng vĩnh cửu. Nguồn cảm hứng này đã dẫn tới sự phát triển của công nghệ ống dẫn nhiệt.
Nhờ thiết kế chính xác, ống dẫn nhiệt sử dụng amoniac lỏng, một chất đặc biệt, để giúp duy trì nhiệt độ thấp ổn định trong lớp đất đóng băng vĩnh cửu bằng cách điều chỉnh chênh lệch nhiệt độ.
Công nghệ này không chỉ khắc phục hiệu quả vấn đề tan băng vĩnh cửu nhiều lần mà còn không cần nguồn điện bên ngoài và có thể tuần hoàn tự nhiên, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng bên ngoài.
Từ đó 15.000 thanh thép dài 7m chứa acmoniac lỏng được chôn xuống dọc tuyến đường sắt.
Vào mùa đông, amoniac lỏng hấp thụ nhiệt từ lòng đất và lưu thông lên bề mặt thông qua các đường ống, từ đó giải phóng nhiệt. Vào mùa hè, các đường ống nhiệt hoạt động như một rào cản nhiệt tự nhiên, cách nhiệt bề mặt và đảm bảo nhiệt độ dưới lòng đất luôn ổn định.
Ưu điểm lớn nhất của thiết kế này là không phụ thuộc vào hệ thống điện bên ngoài và hoạt động hoàn toàn dựa trên sự lưu thông chênh lệch nhiệt độ tự nhiên.
Mặc dù mỗi ống dẫn nhiệt có giá lên tới 200.000 NDT, nhưng công nghệ này đã nhanh chóng được công nhận vì nó giúp giảm đáng kể chi phí kỹ thuật so với các giải pháp cầu truyền thống, đồng thời cũng tránh gây hại cho môi trường sinh thái một cách hiệu quả.
Phương pháp xây dựng hiệu quả và thân thiện với môi trường này cũng đã được cộng đồng kỹ thuật toàn cầu công nhận rộng rãi.
Nhiều chuyên gia quốc tế nhận định rằng việc xây dựng tuyến đường sắt Thanh Hải - Tây Tạng không chỉ là một cải tiến về công nghệ mà còn là sự kết hợp hoàn hảo giữa phát triển và bảo vệ môi trường.
Việc xây dựng thành công tuyến đường sắt Thanh Hải - Tây Tạng không chỉ là một cột mốc trong ngành xây dựng giao thông của Trung Quốc mà còn là một kỳ tích lớn trong lịch sử kỹ thuật đường sắt toàn cầu.