中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所官网
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新华社兰州1月18日电(记者张文静)中国科学院寒区旱区环境与工程研究所(现中国科学院西北生态环境资源研究院)冻土与寒区工程研究创新团队三代科研人员历时半个多世纪,在国际上创造性提出主动冷却路基新思路,解决了包括青藏铁路在内的中国寒区重大工程关键调控技术和工程稳定性难题,使中国冻土工程研究处于国际领先地位,并为世界寒区重大工程不断输送“中国智慧”。
据团队带头人之一、中科院院士赖远明介绍,世界上冻土区已经有很多重大工程设施,普遍问题是病害率高。在全球变暖的情况下,这些工程显得更加脆弱。寒区工程仍然是一个世界性难题。中国的多年冻土占了国土面积的五分之一,是世界上第三冻土大国。
自上世纪60年代以来,该团队就开展冻土相关的寒区环境与工程研究工作。得益于该团队的技术支撑,中国在高寒缺氧的“世界屋脊”青藏高原上修建了全球穿越多年冻土地带最长的高原铁路。
该团队提出了主动冷却路基的理论与技术,通过改变路堤的填料和结构,创造了一种“热半导体”,使路基在冬季能够加强放热,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。
“通过试验,我们最终发展了综合多种措施的降温路基,能够保障青藏铁路安全运行。”赖远明说,青藏铁路自2006年通车以来已经安全运营12年,是世界上多年冻土区跑得最快的铁路。
近年来,该团队还有效解决了青藏高速公路、柴达尔—木里铁路、中俄输油管道、青藏直流联网和哈大高铁等寒区工程难题。
据团队带头人之一、冻土工程国家重点实验室学术委员会副主任马巍研究员介绍,哈(哈尔滨)大(连)高铁是中国第一条深季节冻土区的高速铁路,也是中国高铁面向世界的一张名片。不同于青藏铁路的融沉病害,哈大高铁的主要问题是冻胀。“我们经过研究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。”
凭借一系列研究成果,该团队荣获2017年国家科技进步奖创新团队奖。
荣誉的背后是常人难以想象的艰辛。团队成员之一、冻土工程国家重点实验室吴青柏研究员说,在高海拔地区工作,就意味着要克服缺氧、头痛、酷冷等难题。
2001年,青藏铁路进行试验段建设。整个团队在海拔4000多米的野外安营扎寨,实地考察。“当时还没有棉帐篷,用的是单帐篷,到了晚上睡觉时不敢脱衣服,被窝里异常冰冷,加上海拔高缺氧,一整晚迷迷糊糊。”
像“游牧民族”一样,整个团队的科研人员每年大部分时间都奔波在高海拔的酷寒地区。“(上世纪)八九十年代,通讯还不是很发达,人只要一出去,就跟失踪了一样。”吴青柏说,那会儿,在野外考察能有香肠和辣酱是很解馋的美食,但在零下近三十摄氏度的天气里,这些食物冻得像石头一样硬,根本没法吃。
近年来,随着国家给予的支持不断增多,科研人员的研究环境得到改善,更有了充足的后勤保障。吴青柏坦言,选择了这份工作,就要坚守到底。
在解决中国寒区工程重大难题的同时,“中国智慧”也为世界寒区工程树立了典范。
据赖远明介绍,冻土和寒区工程在“一带一路”建设中大有用武之地。接下来,该团队将开展包括中巴经济走廊带冻土灾害、莫斯科—喀山高铁、三江源生态环境建设等相关科研工作。
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