本報記者 杜 英 實習生 唐 琴

　　■科星燦爛

　　青藏鐵路所創造的9項“世界紀錄”中，有關凍土難題的佔了4個：凍土里程最長的高原鐵路、海拔最高和最長的凍土隧道、最長的高原凍土隧道、最長的高原凍土鐵路橋。

　　多年凍土區築路技術核心難題的徹底解決，使這條鐵路有了“世界凍土工程博物館”的美譽。我國在該領域的研究也因此挺身於凍土科研的“世界屋脊”。國際凍土協會主席傑裏·布朗深有感慨地説：“青藏鐵路代表了凍土工程的最新進展。在這一領域，其他國家需要借鑒中國的成就。”

　　實現這一切的是中國科學院寒區旱區環境與工程研究所，賴遠明是其學科帶頭人之一。數十年來，賴遠明率領他的凍土與寒區工程研究室團隊，在偏隅西部的蘭州潛心研究，取得了驕人的成就，被譽為天路“精算師”。

　　-1℃，領先世界水準

　　青藏鐵路要穿越連續多年凍土區550公里，其中高溫凍土區275公里。

　　“一般來説，地表以下15米，年平均溫度高於-1℃的凍土屬於高溫凍土。”賴遠明解釋道，高溫凍土具有很強的不穩定性，由於季節變化和人類活動，特別容易産生凍融危險，造成土地沉陷、道路開裂、橋梁坍塌、鋼軌扭曲，“就像冰袋，冷凍使水體積增大9%，冰溶化後體積會縮小。”

　　俄羅斯修建的西伯利亞鐵路也曾穿越凍土區，但因為緯度高，其地溫在-2.5℃以下，屬於低溫凍土區，相對穩定。青藏鐵路建設所面臨的是世界凍土科研前所未有的難題。

　　直擊-1℃的高溫凍土，賴遠明和他的團隊展開系統研究的“第一站”是寒區工程的凍害機理，“改善凍土計算理論長期依賴國外的現狀，為設計提供理論依據”。

　　在數據和文獻十分有限的情況下，賴遠明發揮工程數學和工程力學的專業優勢，提出了凍土工程溫度、滲流和應力場耦合問題的數學力學模型，導出了有限元計算公式，並對寒區隧道凍脹荷載作用下的應力場和溫度場進行了數值模擬，解決了路基溫度計量難題，填補了寒區隧道計算理論方面的空白，為世界凍土工程提供了公認的計算模型。

　　“我們還對未來50年青藏高原氣溫上升2℃的路基溫度變化進行了預報分析，結果表明拋石路基能夠保證凍土路基的熱穩定。”賴遠明説，這項延伸研究解決了鐵路建設中的氣候變暖的影響問題。

　　在揭示路基降溫機理和效果的基礎上，賴遠明團隊研發了“凹”字狀的U形複合拋石路基和無能耗自動溫控通風路基等物理結構，成功應用在青藏鐵路、公路建設中。青藏鐵路建設總指揮部的應用文件特別提出，這種結構“減少修建旱橋30公里，補強路基約100公里，成功避免了路基融沉、道路縱裂等潛在病害的發生，節約路基長期整治經費。”

　　2008年，“青藏鐵路工程”榮獲國家科技進步特等獎，賴遠明作為主要完成人榜上有名。

　　22cm，體現精準理念

　　對於科研試驗，賴遠明幾乎到了苛刻的程度。

　　“凍脹量小于1%，降溫效果4.27度，陰陽坡溫差0度左右，降低坡面溫度4—5度，通風散熱效果提高1倍。”熒屏前的賴遠明解釋著他的凍土路基標準，“經過翔實的計算得來，還有提高的空間。”

　　從機械工程，到結構工程，再到寒區岩土工程和土木工程，賴遠明接受的教育一直沿著力學展開。“力學的邏輯基礎是數學，我的工作得益於比較紮實的數學根基。”賴遠明説。

　　“主動冷卻路基”是一種低成本、長壽命、高品質的凍土路基設計理念，由程國棟院士提出。但如何建模、採用什麼結構，卻是空白。“程國棟院士于我亦師亦友，確立研究課題後，從計算理論到數字模擬，一切都要白手起家。”非常尊重程國棟的賴遠明主動挑起了填補空白的重任。

　　封閉邊界的碎石層具有很好的熱半導體特性，風力的自然對流換熱對降溫效果有較大影響，碎石的粒徑和結構孔隙就成為決定因素。

　　之前道路工程的碎石粒徑在0.5到30釐米之間，施工隨意性和降溫誤差都比較大。有沒有一個粒徑拐點，降溫效果能否達到最佳匹配？賴遠明決定尋找這個重要的參數。

　　16組樣品，持續的模型試驗，從5釐米到30釐米分組測試，一組一組地篩查……200多天后，22釐米這個數字首次進入賴遠明的視野。

　　“粒徑不是越大調溫效果就越好，需要統籌考慮四季氣溫變化。”賴遠明在綜合各種影響因素後，把22釐米確定為青藏高原道路路基最佳塊碎石粒徑……

　　一路走到巔峰，賴遠明與凍土發生交集，竟緣于一個偶然的機會。他告訴記者，聽到凍土是1994年在長沙鐵道學院進修時，與來自中鐵西北院同學的一次閒聊，“當時感覺渾身都起雞皮疙瘩”。

　　從那以後，賴遠明開始關注凍土世界。兩年後，他被凍土工程國家重點實驗室錄取為博士研究生。“所以選擇寒區岩土工程方向，就是因為這個專業的理論基礎不成熟，可開墾的領域很多”。體驗到凍土研究的迫切需求之後，賴遠明更加一無反顧地埋頭其中，並在2000年獲得“百人計劃”項目資助，成就了科研的“第一桶金”。

　　2011年，賴遠明當選為中國科學院院士，成為這個令人矚目的群體中年輕的一位。“即便天上掉餡餅，也會砸到早起的人頭上”。這樸素的語言是奶奶教給他的。

　　每天半夜12點睡覺、早上6點起床，步行到公園晨練，8點準時進入實驗室，是賴遠明雷打不動的生活習慣。“老師的很多靈感是在步行中思考成熟的。”他的學生裴萬勝告訴記者。

　　4905m，挑戰生命極限

　　對於賴遠明而言，每年幾次的野外勘察極為重要。

　　“啃饅頭，吃鹹菜，住帳篷。遇到極端天氣，幾個星期不洗澡是常有的事。”同事喻文兵説。

　　崑崙山隧道長1686米，是世界多年凍土區第一長隧。2001年，隧道工程完成500多米時，賴遠明進洞採取岩樣。在這裡，他經歷了命懸一線的危險。

　　“隧道內剛剛放完炮，含氧量大約只有平地的30%左右，岩土採樣的時間需要持續3個小時。”他的學生張明義回憶，剛開始的頭疼症狀，賴遠明並沒有在意。劇烈的頭痛和嘔吐後才被送往醫院。從那以後，賴遠明的後腦時常會有莫名疼痛，對記憶力也有不小影響。

　　“帶回了珍貴的樣品，解決了隧道襯砌和保溫措施的參數優化設計問題。”賴遠明對那次的受傷細語輕描。

　　2002年，賴遠明剛接到解決青藏鐵路寒區隧道凍土問題的任務時，他就將目光鎖定在風火山隧道。

　　風火山隧道位於可可西裏保護區邊緣，海拔4905米，是目前世界上海拔最高的鐵路隧道。西方媒體曾預言：在這樣的地質帶打隧道，是根本不可能的事。

　　“隧道的凍土層最厚達150米，覆蓋層最薄處僅有8米，施工稍有不慎，就會導致塌方”。賴遠明快速組織隊伍，實地勘測，精準計算，建立了對流換熱與圍岩相變傳熱模型，解決了風火山隧道襯砌和保溫措施的參數優化設計。與相關科研設計單位協同攻關，掌握了高原凍土路基和隧道施工的有效方法。如今，這兩個鐵路隧道已經安全服役10多年，創造了奇跡。2005年，該成果獲國家科技進步二等獎。

　　降溫機理與合理降溫參數、塊碎石路基場計算方法、流固耦合傳熱模型、U型塊碎石路基結構、陰陽坡路基技術、複合通風路基結構、涎流冰防治、抗凍脹添加劑……賴遠明和團隊已經在凍土領域掌握了20多項的專利，節約投資20多億元。這些技術和工程措施已經應用在寒區的公路和水庫施工中。

　　“繼續凍土地區修建高速公路和高速鐵路的研究課題，展開凍土水鹽熱力特性分析研究。”他應記者要求介紹近期的工作時説，“科研一直在路上。”

　　“結緣凍土21載，這個學科已經從門可羅雀變得炙手可熱，有很多與凍土密切的工程需要理論支援和解決方案。”採訪結束時，賴遠明告訴記者，凍土終將變成許多研究人員的“熱土”。（科技日報蘭州5月24日電）