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冻土上的高速梦

国家科技支撑计划“高海拔高寒地区高速公路建设技术”项目

        去年12月,国家科技支撑计划“高海拔高寒地区高速公路建设技术”项目正式启动,距今已将近一年。记者近日在青海走访时感受到,这个以建设青藏高速公路为目标的科研项目,攻关已到关键阶段,一些难题正在被攻克,一批成果已落地开花,一种精神依然在延续,在终年被白雪覆盖的青藏高原上,科技的热流正在涌动。

冻土区修建高速公路带来新挑战

        1954年建成通车的青藏公路,由于当年缺乏保护冻土的技术措施,所以在它服役的60多年里病害频发,虽经多次整治改建,但冻土路基融沉问题仍无法根治。先天不足、饱经风雨的青藏公路在承担青藏走廊越来越大的公路运输需求上已经力不从心,在青藏走廊修建高速公路逐渐成为业内共识。
        “《国家公路网规划》中以北京为中心的7条高速公路射线,5条已经建成,京新高速公路已经全面施工,只有京藏高速公路格尔木至拉萨段悬而待建,其原因就是高原冻土。”国家勘察设计大师、多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室主任、中交第一公路勘察设计研究院有限公司党委书记汪双杰告诉记者,从国家战略高度来看,西藏是祖国的西南门户,也是我国唯一没有省际高速公路的地区,事实上已成为国家高速公路网中的“孤岛”。另外,被世界自然基金会列为“全球生物多样性保护”最优先地区的青藏高原,有着珍稀而脆弱的生态环境,封闭的高速公路相比现在的青藏公路更有利于保护环境不受外界侵扰。
        量变带来质变,在青藏冻土高原修建高速公路需要通盘考虑,深入研究。为此,由交通运输部组织实施的2014年度国家科技支撑计划“高海拔高寒地区高速公路建设技术”项目(简称“三高”项目)应运而生。该项目由7个课题组成,中交一公院牵头,13家单位参与,以青藏高速公路建设为研究对象,从选线规划、建设模式、安全设计技术标准、路基变形控制、环境保护和冻土监测预警等多个方面开展联合攻关、协同创新。

合作从部到省鼎力支撑
         “该项目要回答三个问题:青藏高速公路能不能建?怎么建?以什么标准建?”汪双杰介绍说,冻土研究经过几代人的传承走到了今天,该项目的实施标志着冻土研究开启了新的篇章和征程。
         据汪双杰介绍,近10年来,交通运输部已先后组织或支持开展了20多项有关高海拔地区公路修筑技术项目的研究。2002年立项的“多年冻土地区道路修筑成套技术”项目,依托青藏二级公路整治改建工程,对多年冻土地质勘察与分类、冻土区公路病害与机理、路基稳定性技术、路面设计与施工技术、桥涵工程技术、公路生态环境保护评价技术、公路养护与维修技术等开展了全面研究。2006年立项的“青藏公路改建技术研究及应用示范”项目,进一步研究和推广应用路基、路面、桥涵、环境等技术成果。2007年立项的“青藏高原冻土地区公路修筑技术基础平台研究”项目,汇总分析了青藏公路多年研究数据与成果,建立了科研数据库与分析平台。从2011年至今,交通运输部针对多年冻土区高等级公路的科学建设问题,支持开展了“多年冻土尺度效应研究”、“青藏高原工程活动与自然地理环境相互作用研究”、“青藏高原高等级公路冻土环境效应及建设关键技术研究”等相关应用基础性、前瞻性预研究工作,有计划、有步骤地为高海拔高寒地区高速公路建设关键技术研究提供了支撑。

前瞻施工工艺还要再研究
        长达9公里的“三高”项目示范段,海拔4500米,年平均气温0℃至5℃,终年被积雪覆盖。记者在示范现场看到,热棒、通风管和片块石等典型路基结构形式正在沿路建设和试验。在建的共玉高速公路是214国道在青海境内的重要路段,穿越冻土区,“三高”项目取得的阶段性成果正在这条路上进行技术示范。
        “三高”项目选择“青藏公路格尔木至拉萨段”、“花石峡至大武公路”、“共和至玉树(结古)高速公路”三项已建或在建公路工程作为项目的示范工程,目前项目已经取得一系列成果,并在示范路上进行了应用。其中,课题一对青藏工程走廊多年冻土发育路段进行现场踏勘,初步拟定了青藏工程走廊内高速公路线位布局方案;课题二完成了低氧环境下车辆性能测试试验方案与低氧环境下驾驶者反应能力试验;课题三完成了多年冻土特殊结构路基运营情况和路基病害调查,为开展既有特殊结构路基应用评价提供了基础数据;课题四完成了特殊环境下材料成型技术与路面结构行为方面的部分试验研究和理论分析工作,通过室内模拟试验分析得出沥青混合料的性能衰减规律;课题五得出了混凝土各项力学性能随冻融循环次数的劣化规律,为研究混凝土抗冻融耐久性技术提供了数据支持;课题六总结得出了适应高原气候的水环境保护措施,并进一步完善了高海拔高寒地区生态型边沟设计技术;课题七研发了光纤传感试验系统。据了解,为了实现在青藏高原修建高速公路这个目标,中交一公院在人才、技术、平台和设备等方面一直积极准备着。50多年来,经过几代人的传承和积累,中交一公院两次获得国家科技进步一等奖,奠定了我国冻土工程研究的国际地位,培养了一批冻土高速公路技术人才。2008年,交通运输部在中交一公院设立了多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室,依托该实验室建成的占地1000平方米,净高20米的大型室内模型试验体系,是国内体量最大、功能最全的步入式模型试验系统,能模拟寒区冻土发育、土体冻融循环、冻胀、融沉、强紫外辐射、降雨侵蚀等自然现象。在青藏高原腹地花石峡建成的占地12000平方米的场地试验体系,涵盖路基、路面、桥梁等13类足尺试验模型,有实时监测系统38套,各类传感器近万个。
        今年,科技部批准在中交一公院设立企业国家重点实验室——高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室。
        “冻土工程研究是艰难而缓慢的,虽然已经研究了几十年,但现在仍不能说已经掌握了冻土的变化规律,要在青藏高原修建高速公路仍需要深入研究和观测。冻土研究对于中交一公院来说,是传承也是责任,我们正孜孜不倦地探索着,今后还将继续走下去。”汪双杰说。


文章分类: 行业新闻
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