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圓一個高原凍土上的高速夢

  • 發佈時間:2016-04-05 01:30:36  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  這是一家有著近半個世紀凍土研究史的設計院。

  這個設計院便是中交第一公路勘察設計研究院有限公司(以下簡稱“中交一公院”),在業內赫赫有名,坐落在古城西安。

  不久前,其被國家科技部批准建設“國家高寒高海拔地區道路工程安全與健康國家重點實驗室”。

  “實驗室將加大高原多年凍土研究,為即將開始建設的青藏高速公路提供技術支撐。”我國第二代公路凍土科研領軍者、國家工程勘察設計大師、實驗室主任汪雙傑博士説。

  這個國家實驗室依託中交一公院,是中國交通建設集團首個獲批的國家級重點實驗室,也是唯一一家以企業為依託研究高原凍土的國家級重點實驗室,重點面向青藏高原公路的建設、運營保障及絲路經濟帶沿線道路凍土工程進行研究。

  目前,實驗室已經正式進入籌建階段,各項進程正有序進行。

  已有工程經驗不能簡單複製

  青藏高原地處高寒高海拔地區,多年凍土的平均溫度為-0.5至-3攝氏度,夏季遇熱融化,冬天凝固。青藏高原凍土問題如不解決,道路安全將受到很大影響。

  在青藏鐵路通車十年的今天,凍土問題何以又被納入國家科技部的重點研究範圍?

  “在高原凍土上修高速公路,相當於攀登公路工程的珠穆朗瑪峰。”在汪雙傑看來,在高原凍土地區,建設高速公路比建設鐵路難得多。

  據汪雙傑解釋,與建設青藏鐵路相比,青藏高速公路具有“寬、厚、黑”的特點。

  寬,指路基。鐵路的路基只有6至7米,而高速公路的路基是24至26米;厚,指結構,高速公路路面厚度是普通公路的3倍左右,路面越厚,越不容易散熱,而鐵路是道砟結構,較易散熱;黑,指瀝青面層,高速公路長距離鋪築瀝青路面,高原強輻射條件下,路面強吸熱、高儲熱、長時間熱量導入路基下凍土層,加劇凍土升溫退化甚至融化。

  這些特質説明,建設青藏高速公路不能將青藏鐵路凍土經驗直接複製。

  同樣,建設新的青藏高速公路也無法直接利用已有的青藏公路。用實驗室學術帶頭人王佐的話説,“原有的青藏公路自1954年通車以後的幾十年時間裏,由於國家技術能力所限,凍土病害未能根本解決,如今猶如垂垂老者,已經不堪重負。”

  此外,重荷載也影響凍土的穩定性。數據顯示,青藏公路建成60餘年來,入藏85%的客運量和90%的貨運量均依賴青藏公路。

  拉薩至今仍是“高速孤島”

  老青藏公路通車一個甲子的年輪,始終是西藏自治區最重要的交通命脈。西藏社會發展日益增加的客貨運輸量,使老青藏公路不堪重負,建設青藏高速公路再一次被提上國家議程。

  拉薩是我國目前唯一不通高速公路的省會城市,猶如一座“高速孤島”。青藏高速是國家“71118”高速公路網(7條首都放射線、11條南北縱線、18條東西橫線)中京藏高速尚未建設的最後一段,也是西藏自治區唯一納入國家高速公路網的公路項目。

  2015年底,青藏高速前期已經啟動,中交一公院正著手進行可行性研究。

  新建青藏高速里程約1100公里,是目前所有進藏高速公路方案中最佳的進藏大通道,而其中550公里的凍土區就是制約青藏高速建設的技術瓶頸。

  青藏高速遇到的凍土問題,在國內外專家看來是難上加難。高寒凍土在西伯利亞等地區已有較多研究,青藏高原高海拔凍土唯我國獨有,雖然青藏公路、青藏鐵路已經建設,但在高寒高海拔凍土區建設高速公路,是世界級難題,必須依靠自己。

  “再大的障礙,我們也要跨越過去。”汪雙傑説。

  汪雙傑的信心不無道理。1952年成立的中交一公院,在交通行業最早建立凍土工程科研試驗機構,憑藉寒區道路的相關研究,已經2次獲得國家科技進步一等獎,2次獲得國家科技進步二等獎,填補了世界在多年凍土地區修築瀝青公路的技術空白。

  2014年,中交一公院“高海拔高寒地區高速公路建設技術”研究入選國家科技支撐計劃,這是近10年來交通運輸領域道路工程方向唯一一個道路支撐項目。

  中國土木工程領域不滅的火種

  3代人, 44年,觀測數據300多萬組。

  這種持續近半個世紀的研究和技術沉澱,在土木工程界絕無僅有。也由此,中交一公院確立了凍土工程研究的國際領先地位。

  中交一公院凍土實驗室的前身是1973年交通部成立的青藏公路科研組。依託青藏公路60餘年建、管、養、治工程實踐。

  原交通部一位主要領導感慨道,“中交一公院的高原凍土科研是中國土木工程領域唯一不滅的火種,是交通行業的國寶!”

  據統計,在我國專業從事凍土工程研究的科研人員不足400人,而在中交一公院就有將近100人從事公路凍土工程研究。

  以武憼民為代表的第一代凍土科研者,1954年青藏公路測設時就參與其中,自1972年青藏公路改建鋪瀝青路面開始,又帶領團隊進行高原凍土的研究。2006年,這位中國凍土研究的拓荒者因病去世。

  以汪雙傑為代表的第二代凍土科研者,歷時5年,集青藏公路數十年研究,主持完成了凍土地區公路修築成套技術研究,實現了國內外多年凍土工程研究的新突破。汪雙傑也成為了我國工程勘察設計大師,新世紀百千萬人才工程國家級人選。

  第三代凍土科研人員,以陳建兵、張娟、劉戈、朱東鵬、金龍、李金平為代表,雖然大部分是70後、80後,卻已擔負起延續高原凍土科研火種的重任。

  歷時三代人,中交一公院突破國際工程界多年凍土地區不能修築瀝青路面公路的禁區,建成世界第一條跨越 550公里多年凍土地區的全天候通車二級公路,成為國際凍土工程領域理論與實踐的典範。

  2009年1月,實驗室正式被交通運輸部認定為“多年凍土地區公路建設和養護技術交通行業重點實驗室”,2015年被科技部批准成為國家級重點實驗室。

  “從行業級到國家級, 6年的時間很短,我們依靠的是積澱和實力。”實驗室副主任陳建兵説。

  為國家重大項目提供技術支撐

  “我們為青藏鐵路建設無償奉獻公路凍土科研成果。”實驗室副主任趙永國説。

  為支援青藏鐵路建設,遵照交通運輸部與鐵道部關於支援青藏鐵路建設的要求,中交一公院于2001年將30多年的研究成果、原始數據資料、工程地質勘察資料以及設計規定、科研報告、工程經驗總結等全面提供青藏鐵路設計、施工單位。

  “沒有青藏公路50多年的建設成就,就沒有今天的青藏鐵路”。原鐵道部領導及專家感言。

  如今,實驗室繼續為國家重大工程項目提供技術支撐。

  在“國家高寒高海拔地區道路工程安全與健康國家重點實驗室”樓內,有一處特殊的結構,這裡擁有目前國內體量最大、功能最全的凍土環境室內模擬試驗系統。

  為模擬青藏高原上的凍土環境,試驗系統內溫度可降至零下30攝氏度。其內分佈著密密麻麻的線頭,有400多根,通過這些線路,屋內的測試數據傳到外面。為了讓數據貼近實地環境,實驗室24小時不間斷測試數據,每月僅電費近22萬元。

  本試驗系統為哈爾濱至齊齊哈爾高速鐵路工程提供了試驗服務,開展了高速鐵路防凍脹路基試驗測試,為哈大高鐵冬季運營提供了技術支撐。

  在服務國內重大工程項目上,實驗室已取得一定成果。玉樹地震後,作為災後重建的一部分,中交一公院開展對青康公路共和至玉樹段“高速化”的研究。開展了一系列多年凍土區高等級公路的科研工作,針對共和至玉樹(結古)公路建設中的路基、橋涵、隧道、環境保護等設計、施工技術難題,通過一系列的研究,基本解決了施工中的關鍵技術,並依託項目建設了相應的試驗示範工程。

  今年夏天,青藏高速公路到底如何選址、取線、採用什麼標準、藏羚羊如何保護等問題將最終確定,針對這一系列的問題,實驗室開展了專項科研工作。作為青藏高速的一部分,拉薩到那曲高速公路屆時也將交付施工圖,正式開工。

  籌建陸上絲綢之路經濟帶相關國家凍土工程聯合實驗室

  “除服務於青藏高速公路等重點工程,我們還在國家‘一帶一路’戰略中有廣泛應用。”陳建兵説。

  據陳建兵介紹,下一步,實驗室將參與中巴喀喇崑崙公路、中俄原油輸油管道、中吉烏鐵路、中國—中亞天然氣管道等國際重大交通及能源工程建設。籌備建立中巴、中哈、中塔吉烏和中蒙俄4大國家凍土區道路工程研究聯合實驗室,輻射絲路經濟帶相關國家,服務“一帶一路”國家戰略。

  “陸上絲綢之路經濟帶”跨越青藏高原、喀喇崑崙山脈、帕米爾高原、西伯利亞等高寒高海拔地區及北半球低緯度寒冷地區,涉及主要幹線公路里程將達1.2萬公里,與中巴經濟走廊互聯道路約3700公里,新歐亞大陸橋、中俄、中哈等油氣管道伴行道路約2萬公里,涉及中國、俄羅斯、蒙古、哈薩克、塔吉克斯 坦、吉爾吉斯斯坦、烏茲別克、巴基斯坦等8個國家。

  無論是這些地方的公路工程,還是基於公路修建的石油管道、天然氣管道等,都對凍土研究有極大的需求。

  “我們不止是要運用凍土技術,還要將凍土的技術標準輸出國外,實現標準走出去,建立寒區道路工程國際標準體系。”陳建兵説。

  談到未來5年實驗室的建設,汪雙傑胸有成竹。

  “實驗室將從創新成果、科研條件、人才隊伍、創新能力和運作管理等方面加強建設並全面提升。我們要用高原的高度來建設一個國家級的重點實驗室,為打造中國交建凍土科研品牌,服務國家重大戰略服務。”

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