书写高原冻土筑路传奇——记中交集团技术总监、首席专家汪双杰

冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。多年冻土是青藏高原自然生态系统的重要组成部分,由于其具有流变性,在青藏高原上修筑工程会面临两大危险——冻胀和融沉。

从上世纪50年代修建青藏公路开始,为了提升当地交通水平,几代专家扎根高原,中交集团技术总监、首席专家汪双杰就是其中的典型代表。

40多年间,汪双杰主持国家科技支撑计划项目及冻土公路科研设计项目30余项,创建了我国道路工程第一个国家重点实验室和国家野外观测站。他建立的公路冻土尺度效应理论被国际冻土协会评价为“国际冻土工程界影响深远的重大创新”,使全球首条高寒冻土地区沥青公路——青藏公路延寿至70年;他参与建成全球首条高海拔冻土高速公路——共玉高速公路,获国家科学技术进步奖一等奖1项、二等奖1项。他本人也获得了何梁何利基金“科学与技术进步奖”等奖项。

坚守高原

从22岁踏上高原起,汪双杰的职业生涯就与冻土研究紧密地联系在一起。

1983年,汪双杰从西安公路学院公路工程专业毕业后,被分配到原交通部第一公路勘察设计院工作。次年,他便前往喀喇昆仑山,参与海拔4700米的多年冻土区边防公路勘察设计工作。

“那是我第一次到高原,我们从西安出发,走了半个多月才到施工地。”强烈的高原反应、艰苦的生活条件以及简陋的工作环境,对汪双杰而言都是巨大挑战。“由于没有路,运送物资到哨所全靠牦牛,顶多一个月送一次,要是大雪封山就没准了。”这次高原行给汪双杰留下了深刻印象。

在青藏高原修路,冻土是绕不开的难题。特别是20世纪50年代通车的青藏公路,随着时间推移和交通量增加,冻土融化导致的路面病害日益严重。尤其在铺设沥青路面后,热量吸收加剧了冻土融化,路面坍塌、路基变形等问题频发。

“由于长期缺乏冻土保护技术措施,青藏公路40多年里病害频发。经过多次整治改建,冻土路基融沉问题仍无法根治。”汪双杰介绍,截至上世纪90年代,冻土公路病害率已达30%,若不能得到有效处理,公路使用性能会逐步下降。

1973年,青藏公路科研组成立,第一代冻土科研团队在“鬼门关”五道梁开启冰上筑路的征程。海拔4500米以上的青藏高原严重缺氧,技术员经常背着几十斤重的仪器跋山涉水。从前辈手中接过“接力棒”,汪双杰带领团队向着难题继续冲锋,开展了大量的冻土监测和病害调查工作。

“高原上‘一天有四季,十里不同天’,强烈的紫外线晒脱皮是小事。如果遇上雨雪冰雹,更是无处藏身。”汪双杰说。

多年来,汪双杰进出高原上百次,跑遍了所有国道,在艰苦的环境中收集数据,为深入研究冻土变化规律奠定了坚实基础,这些数据也为解决青藏铁路建设中的冻土问题提供了重要参考。

谈到自己的工作成绩,汪双杰认为都是集体的功劳:“为收集掌握高原冻土公路第一手资料,一代又一代科研工作者收集整理了300多万组数据,大家都把毕生心血献给了高原冻土事业。”

攻克难关

2001年,汪双杰担任“多年冻土地区公路修筑成套技术研究”项目负责人。在接下来的数年里,他带领团队全身心投入攻克冻土难题的科研工作中。

“这几十年,我们一直在跟冻土博弈。它出现问题了我把它处置好,我处置过程中有可能又会诱发新的问题,我又要去诊断它,再重新用新的措施来应对它……持续地观测,不断地试验,不断地改进。”汪双杰说。

汪双杰带领团队深入研究冻土与工程相互作用机制和病害规律,创立了公路冻土工程融沉尺度效应理论。他们还创建了公路冻土融沉防控能量平衡设计方法,实现了对冻土融沉的有效防控。此外,团队还研发了“路基能量导—阻—调复合互馈融沉防控技术”,有效解决了冻土路基的融沉问题。

这些成果大幅降低了我国冻土公路病害率,广泛应用于青藏铁路、漠河机场以及多条进藏国道主干线等重大工程。

随着交通事业的发展,在青藏高原建设高速公路成为必然需求,这也带来了前所未有的挑战。2010年,青海省玉树藏族自治州震后生命线——共玉高速公路紧急上马,汪双杰肩负起主持设计的重任。

共玉高速公路是青藏高原多年冻土区首条高速公路,全长635公里,其中多年冻土区路段达227公里。这条高速公路具有“宽、厚、黑”的特点,路基宽、路面厚且大量铺设沥青,导致其吸热储热能力强,加之位于冻土退化严重的区域,地基的能量平衡问题极为复杂。

面对重重困难,汪双杰和团队没有退缩。他们搭建起室内模型,模拟各种复杂条件下冻土的变化情况。通过大量的试验和数据验证,总结出一套参数体系,并反复试验、模拟,最终建立起冻土工程的能量平衡理论体系。利用这个理论体系,团队准确计算出高速公路路基和路面的吸热、导热情况以及热量传递规律,并据此设计出一整套工程施工技术,有效解决了冻土消融等复杂问题。

共玉高速公路建成通车后,运营状况良好。这不仅促进了当地的经济发展,也提升了我国冻土高速公路建设技术。

传承梦想

如今,汪双杰又在为建设青藏高速公路做积极准备。

“中国高速公路建设成就举世瞩目。”汪双杰说,目前实验室正在进行青藏高速公路的重大项目研究,全面系统地为高速公路建设提供技术支持。

汪双杰指的实验室是极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室,瞄准高海拔强冻融、滨海高温强腐蚀极端环境道路工程绿色建造与安全保障前沿问题,重点发展道路工程绿色长寿技术,解决多要素作用下致灾机理、高韧性结构—材料协同演化等难题,突破高性能长寿命材料和结构、智能建造等关键核心技术,服务于出疆入藏通道、湾区综合交通等国家重大工程。

作为冻土科研工作者,汪双杰的梦想不仅仅是解决一个个具体的科研和工程难题,也不单单为了建成多少个重大项目,而是要把几代人呕心沥血、接续努力的丰硕成果和奋斗精神传承下去,推动我国冻土研究持续上水平上台阶。

为此,他十分注重人才培养和科研平台建设。近年来,汪双杰先后创立了“高寒高海拔地区道路工程安全与健康”国家重点实验室、“多年冻土区公路建设与养护技术”交通行业重点实验室、青海花石峡冻土公路工程安全国家野外科学观测研究站,为人才发展搭建平台,培养了一批年轻的冻土科研人才,建设了中国公路冻土工程的人才集群和梯队,目前团队总人数约为170人,其中60%是青年人才。

在繁忙工作之余,汪双杰竭尽全力帮助青年科研人员,毫无保留地分享自己的经验和知识,积极为他们创造良好的科研条件和发展机会。他格外注重培养青年科研人员的奉献精神,并经常对他们讲,要认准一个方向、打一口深井,把冻土工程作为一项事业,投身其中,为之奉献。在他的悉心培养和带动下,青年冻土科研人员迅速成长起来,为我国冻土研究事业注入了新的活力。(经济日报记者 齐 慧)

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