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在祖国的高寒大地放飞梦想
——记中科院寒旱所冻土与寒区工程研究创新团队
日期:2018-02-27 08:52 来源:甘肃日报 浏览次数: 视力保护色:

  鸟儿展翅高飞,直上云霄/广阔的天空有鸟儿的梦想……研究冻土的科学家们爱上了冻土/有冻土的地方就会有冻土团队的梦想……

  1月8日,2017年度国家科技奖在北京揭晓,中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土与寒区工程研究团队荣获国家科技进步创新团队奖,成为我省首个问鼎这一奖项的创新团队。消息传来,中科院寒旱所上下为之振奋,冻土团队成员陈怀琴怀着激动的心情写下了这首《冻土之恋》。

  半个多世纪以来,冻土创新团队老中青三代怀揣着梦想,扎根西部,潜心于冻土研究,攻克了一个个世界性难题,完成了一项项重大建设工程,用青春和热血把论文写在了祖国的高寒大地上。

  中国科学院院士程国栋、赖远明,“973计划”首席科学家马巍、冻土工程国家实验室主任吴青柏……从这支团队走出来的科学家可谓“星光熠熠”,正是他们的努力,让我国冻土研究走在了世界前列。

三代接力 一朝梦圆

  这,是一个关于梦想的故事。

  冻土是含有地下冰的各种岩石和土壤,土冻结时会发生冻胀,融化时就成了一团稀泥,完全丧失了承载力,会造成建筑物变形、破坏。在全球变暖的情况下,寒区工程至今仍是一个世界性难题。

  我国是世界上第三冻土大国,多年冻土占国土面积的五分之一。我国的多年冻土主要为高海拔冻土,其特点是温度相对较高、极不稳定。因此,冻土研究在西部大开发和东北振兴重大工程建设中具有重要意义。

  早在上世纪50年代末,国家决定修建青藏铁路,并组建了冻土研究队,开始对冻土展开系统研究。1965年,程国栋从北京地质学院(现中国地质大学)毕业后被分配到当时的中国科学院兰州冰川冻土研究所工作,开始在青藏高原做调研。在程国栋看来,从一开始他们所有的研究都和青藏铁路紧密相连,这也让冻土研究有了实践的动力和基础。

  后来,由于修建青藏铁路各方面条件尚不成熟,项目暂时搁浅,但老一辈科研工作者对冻土的研究却从未中断过。1976年,青藏铁路建设项目重启,当时铁路部门制定了两个方案,一个是穿越无人区的东线方案,另一个是沿着青藏公路走的西线方案,程国栋选择了条件艰苦的东线,带队进行了大量研究。1978年,青藏铁路项目虽然再次暂停,但作为项目负责人之一的程国栋出色地完成了联合攻关项目——青藏铁路建设中的冻土问题研究。此后,他创造性地提出了“厚层地下冰形成的重复分凝机制”,在国际上引起很大反响。1989年,冻土工程国家重点实验室成立,冻土研究作为国家战略的重要科技支撑被提到了更高的位置。

  2001年,青藏铁路工程第三次“上马”。当时国家成立了以中科院寒旱所为核心的攻关团队,主要解决青藏铁路修建中冻土路基及寒区隧道问题。

  面对多年冻土、高寒缺氧、生态环境脆弱这三大世界级难题,科研攻关首先要做的是在青藏铁路穿越500多公里多年冻土区时,提供技术保证冻土不融沉、路基始终稳定。当时有西方专家断言:根本无法攻克。

  面对这样的“断言”,程国栋带领团队一路攻坚克难,首次提出了“主动冷却”路基的理论和技术。“‘主动冷却’就是改‘保冷’为‘制冷’的思路,通过改变路基的填料和结构,创造一种‘热半导体’,使路基在冬季加强放热,在夏季减少吸热,这样年循环的结果是净放热,路基就会冷却下来。”赖远明解释,团队找到了通过调控辐射、调控传导和调控对流的成套“冷却路基”的筑路技术和设计参数,并进一步发展了综合多种措施的降温路基。

  最终,这一方案被采用。没有先例、更没有规范,一切都得边试验、边创新、边应用。2006年,青藏铁路顺利通车,科研团队不但实现了预期目标,还能确保在未来50年青藏高原气温上升2.6摄氏度的情况下,仍然保持冻土热稳定。截至目前,青藏铁路已安全运营12年,时速达到100公里/小时,是世界上多年冻土区列车跑得最快的铁路。

  青藏铁路的成功在国际冻土学界轰动一时。《Nature》杂志曾大篇幅报道了青藏铁路并指出:以环境友好方式解决了气候变暖条件下冻土区筑路的世界性难题,具有重要的里程碑意义。

  三代接力,一朝梦圆。“青藏铁路是每个冻土人的梦想,一辈子能遇到并参与这样伟大的工程,是我们这代人的幸运,更是整个团队的幸福。”马巍动情地说。

牦牛精神 代代相传

  曾几何时/在海拔四千多米的青藏高原寻找梦想/刨雪作被,谈笑风生/曾几何时/在惊心动魄的野外考察中追逐梦想/命悬一线,生死攸关……

  这,也是一个关于奋斗的故事。

  不同于一般的科研工作,冻土团队的科研人员常年都要出野外,上高原、进无人区更是家常便饭。海拔3000米以上的高原,人烟稀少、空气稀薄,见的最多的“活物”就是牦牛。终日与牦牛相伴,冻土团队把牦牛视作“朋友”,更当作团队的精神象征。

  赖远明说:“牦牛身上的憨直、坚韧、尽责大概是对冻土科研工作者的最好诠释。”半个多世纪以来,特别能吃苦、特别能奉献、特别能忍耐的“牦牛精神”就这样一代代传下来,影响并鼓舞着冻土团队的每一个人。

  “在青藏高原,第一个问题就是缺氧,头痛欲裂、睡不好觉是常态。”马巍说,有时遇到危险路况,车辆下陷抛锚,所有设备与物资就要靠人扛马驮;有时遇到极端天气,有可能就要经受生死的考验。

  青藏铁路项目建设之初,经费等各方面条件都有限,团队在海拔4000多米驻扎,深冬时节还用的是单帐篷,晚上睡觉都得戴着棉帽子,常常睡一晚上被窝都暖不热,整晚处于似睡非睡的“迷糊”状态。后来铁道部门得知这一情况,特意给团队送来几顶棉帐篷。

  洗脸、剃须、理发……在高原上也都是能省则省。常常几个月下来,大家都变得认不出来了,黑红的脸庞,长长的头发和胡子,还经常被误认为是藏族同胞,被夸汉话说得真好。

  吴青柏清楚地记得,2001年新年第二天,他和团队成员还有铁道第一勘测设计院的同行一行18人,开始进入无人区开展青藏铁路首次冬季调查工作。“那20多天真是太难熬了。”吴青柏感叹道。当时最低温度达到零下28摄氏度,即便大家把能穿的衣服都穿上,仍然抵不住寒冷,冬季高原的风刮在脸上就像刀子,人站在冰面上被刮得到处乱“飞”。就连吃饭也成了一件艰难的事,大家携带的鸡蛋、罐头全被冻成了冰疙瘩,只能稍微解冻一下将就着吃。

  “青藏铁路项目时间紧、任务重,建设部门的所有施工参数都要由我们来提供,因此大家都拼着一股劲,‘玩儿了命’地干,一心只想快点儿出成果。”马巍说。

  在青藏铁路攻坚阶段,被大家称为“老黄牛”的刘永智一年中有9个月在高原做试验、搞监测,后来下山体检时,由于长期缺氧,血液浓稠到抽都抽不出来;张建明带领团队在路基下工作,眼瞅着前方一辆大车从小车上碾过去,逃过一劫的张建明从那以后再也不敢学车,更不敢碰车……

  冻土团队常把自己比作“游牧民族”,科研搞到哪儿,帐篷就扎到哪儿。直到2002年8月,青藏铁路第一个冻土试验站——北麓河试验站落成,冻土团队总算在高原上有了“家”,大家直言,搬进试验站那一刻的幸福是常人无法体会的。

  在冻土团队,从来不缺少这样的故事。但当被问到后悔过吗?大家都笑着摇摇头,多年的高原历练沉淀下来的自是一份从容、淡定和乐观。

  “既然选择了冻土这个专业,就是选择了这份寂寞,就得吃这份苦,因为高原就是我们的‘战场’。”吴青柏说。

服务国家 再攀高峰

  一个个寒区重大工程的科技攻关/一次次勇敢奋力拼搏的并肩作战/一项项苦尽甘来的国家级奖励/是难得的机遇/是继续前进的集结/更是不辱使命的担当……

  这,还是一个关于未来的故事。

  事实上,青藏铁路建设的一举成功,让中科院寒旱所冻土团队从默默无闻到声名鹊起,正是由于他们多年来的坚守和努力,让冻土这门十足的“冷学科”变成了“热学科”,使这片“冻土”真正成为科研的“热土”。

  冻土团队趁势而上,陆续在重大项目中崭露头角,迎来了冻土事业的高峰。

  比如,“主动冷却”理论很快就被应用在青藏高原高速公路建设中。高速公路宽幅路基,有大尺度效应,同时沥青路面吸热,有强吸热效应,加之高速公路对防止变形的要求更高。因此,冻土团队进一步发展了“冷却路基”技术,通过试验研究优选出了4种调控技术供高速公路采用。目前,青藏高速公路即将上马,这些调控技术对保证高速公路稳定将起到重要作用。

  2007年,世界第一条深季节冻土区的高速铁路——哈大高铁项目启动。青藏铁路的主要病害是融沉,而哈大高铁的主要问题是冻胀,而且高速铁路路基的冻胀变形必须小于15毫米,这就提出了微冻胀的新问题。冻土团队通过攻关,阐明了微冻胀的发育机理,提出了相应的防治措施和关键设计参数,保证了哈大高铁的正常运营。

  2010年,被称为“电力天路”的青藏直流联网工程开建,工程的一大难点是塔基要大开挖,会破坏冻土。团队解决了大开挖冻土融沉防治和塔基长期稳定问题,并为工程提前一年投入运营提供了科学依据。

  而在中俄输油管道建设中,由于输送的是热油,提出了有热源的多年冻土区工程设计理论和技术的新挑战。为此,团队提出了埋地式管道保温和冷却相结合的建造技术,确保了中俄输油管道的建设。

  青藏高原、祁连山和东北的几项重大工程的完成,可以说构建了我国冻土工程监测网络,成为工程安全运营管理、重大工程规划以及发展冻土工程理论不可或缺的重要基础。

  目前,团队整体研究水平及影响力都处于国际冻土工程研究前列。在国际上,发表冻土工程文章最多的前20名作者中,有5位是团队成员。截至目前,团队已荣获各类国家科技奖6项,各类省部级奖30余项。2014年,程国栋获得国际冻土协会的终身成就奖,成为世界上获得这一奖项的第三人。

  新的成就,新的起点。马巍介绍,目前,围绕国家“一带一路”建设,冻土团队结合西部和东北地区重大基础工程建设及能源环境科学问题,正在开展包括中巴走廊带冻土灾害、青藏高速公路、莫斯科-喀山高铁、三江源生态环境建设等相关科研工作,服务国家战略需求。未来,团队将更多地走向国际,力争科研成果在国际工程中得到更多应用,提升团队的国际显示度。

  正如赖远明所说,作为冻土研究的“国家队”,为国家建设贡献毕生力量,大家从感情上是自愿、从行动上更是自觉。(记者秦娜)

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