來源:環(huán)球網
“青藏高速公路建成的時候,一定是體現中國‘基建狂魔’的最高水平。”中交集團技術總監(jiān)、首席專家,極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室(以下簡稱“實驗室”)主任汪雙杰近日在“走近新國企·科技創(chuàng)新主力軍”采訪活動上語露自信。他表示,中國在凍土公路工程方面屢克難題,也一直在為青藏高速公路的最終通車建設做技術儲備。
從零到一填補空白,為筑天路煉筋骨
凍土即含有大量水分的土壤,溫度降到冰點以下土壤變硬膨脹,夏天溫度升高土壤又變軟塌陷,因此凍土區(qū)的道路很容易變成波浪路。全球的凍土有3000多萬平方公里,中國是世界第三大凍土國。青藏高原有著“世界屋脊”之稱,平均海拔4000米以上,高海拔多年凍土區(qū)域面積達150萬平方公里。
多年凍土,尤其是青藏高原高寒高海拔多年凍土,一向是工程建設的“攔路虎”。凍土區(qū)修公路國際上基本上是以砂石公路為主。1954年開始通車的青藏公路,是國際上使用壽命最長的凍土瀝青公路。2017年,全球首條、最高海拔凍土高速公路——共玉高速公路通車運營。這些工程沒有先例可循,實現了從零到一的突破。
青藏高原多年凍土區(qū)首條高速公路——共玉高速公路
汪雙杰很是欣慰數十年來的凍土研究成果得到了廣泛應用。“這些技術支撐建成了青藏高原已有的主通道,還會助力于未來諸多公路、鐵路、民航、機場等在凍土地帶的修建。”
青藏高速公路是京藏高速公路的一部分,尚待修建的是二期工程長約820多公里的格爾木-那曲段。這里分布多年凍土500多公里,是青藏高速建設多年來的“卡脖子”工程。“從青藏公路到青藏高速公路,看似只多了兩個字,然而兩者在施工工藝的解決方案上有很多的變化。”中交一公院專業(yè)總工程師、工程技術研究院院長、極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室執(zhí)行主任陳建兵解釋說:“高速公路和普通二級公路的荷載與運輸標準、安全要求都是完全不一樣的,也意味著設計壽命也會有顯著的不同。”
汪雙杰透露說:“我國今年將會啟動青藏高速公路的正式試驗工程,大概有30公里。我們將會把所有的工藝工法進行驗證,為青藏高速的全線開工提供基礎。”
治未病延齡增壽,做凍土公路的良醫(yī)
瀝青公路吸熱,如何解決凍土融沉是個世界性難題。
“是吃猛藥還是簡單滋補?”汪雙杰帶領團隊針對不同的凍土形態(tài)做了各種疾病診治。
20 世紀50年代通車的青藏公路,隨著時間推移和交通量增加,凍土融化導致的路面病害日益嚴重。青藏公路多年來路面坍塌、路基變形等病害頻發(fā)。汪雙杰表示,截至上世紀90年代凍土公路病害率已達30%,若不有效處理,公路使用性能會逐步下降。
2001年,汪雙杰擔任“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術研究”項目負責人。他帶領團隊開展了大量的凍土監(jiān)測和病害調查工作,創(chuàng)立了公路凍土工程融沉尺度效應理論。團隊研發(fā)了路基能量導—阻—調復合互饋融沉防控技術,如安裝通風管散熱形成自然對流,鋪設遮陽板解決太陽輻射,還利用高原豐富的太陽能和風能研發(fā)了溫控風機均勻控制能量等,有效解決了凍土路基的融沉問題。這些成果使得我國凍土公路病害率大幅降低,比國際平均水平降低50%,達到全球多年凍土公路建養(yǎng)水平新高度。項目成果直接支撐了青藏公路、共玉高速等國家重大工程的建設與改造,突破了國際工程界多年凍土地區(qū)不能修筑瀝青路面公路的禁區(qū)。
“無論是導冷、隔熱還是調溫,都是我們在長期過程中摸索著如何對癥下藥,延長公路使用壽命。但以后我們就不能等路壞了,再去處理。我們要提前預判,保障道路幾十年不壞。”汪雙杰表示實驗室將更多主動預判,擔當起“上醫(yī)治未病”的角色,為中國高速公路網中的 G6北京到拉薩的最后通道提供技術支持。
凍土工程是一個跨學科的研究,它涉及到氣象、力學、化學等。青藏高原如同一個氣象加速器,凍土退化與全球升溫有關,也與碳減排密切相關。陳建兵強調說:“我們不僅要基于歷史數據去做研究,還要預測未來。”
技術賦能人才培養(yǎng),展現新時代高水平建造水平
苦寒缺氧、高原輻射、開水不燙、米飯不熟……40多年來,汪雙杰無數次往返于青藏高原。當被問起此類困難時,他仿佛是一位參透苦難的哲學家,有一種“歸去,也無風雨也無晴”的豁達,他說:“藍天白云、草原森林或是當地鄉(xiāng)親的一碗酥油茶,足以讓人治愈,內心的幸福更為難得!”他們把這種面對困難不放棄不妥協的氣概也傳承了下去。
作為我國第二代凍土科研工作者的領軍人物,汪雙杰深感責任重大。近年來,汪雙杰先后創(chuàng)立了“極端環(huán)境綠色長壽道路工程全國重點實驗室”、“多年凍土區(qū)公路建設與養(yǎng)護技術”交通行業(yè)重點實驗室、青海花石峽凍土公路工程安全國家野外科學觀測研究站,為人才發(fā)展搭建平臺,建設了中國公路凍土工程的人才集群和梯隊。在他的培養(yǎng)和帶動下,以80后為主力軍的第三代凍土科研人員迅速成長起來,為我國凍土研究事業(yè)注入了新的活力。
汪雙杰指導青年科研人員工作
新的時代賦予了新的使命。當前AI技術、數字孿生等新技術的發(fā)展與應用,讓凍土公路研究環(huán)境發(fā)生了變化。汪雙杰介紹說,中交一公院前后3代人50多年收集的高原凍土公路300多萬組數據資料,即將在實驗室數據庫中服務于更大的目標。”原先需要實地勘測的場景可以在實驗室實現模擬操作和遠程監(jiān)測。
如今,工程項目也將實現少人化與無人化。不同于以往點對點的監(jiān)測,今后環(huán)境、氣象、工程、動物等數據將形成一個一體化的監(jiān)測平臺。“我們所有的研究方案要圍繞新時代高水平建造!除了保障公路壽命之外,我們還要考慮建筑形式和能源的結合及對當地環(huán)境的保護。”陳建兵指出了凍土公路高水準建設的方向。
“九天之際,安放安屬?隅隈多有,誰知其數?”兩千多年前,屈原曾仰望蒼穹發(fā)出《天問》,對話宇宙星辰。如今為了天塹變通途的目標,一批建設者也在為著很多未解之題,向天問路,尋找天問的答案。
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