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賴遠(yuǎn)明:破凍土難題 創(chuàng)天路奇跡

來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào) 作者:劉曉倩;王進(jìn)東      2016-08-03

 

賴遠(yuǎn)明 劉曉倩攝

  來(lái)西部32年,結(jié)緣凍土21載,經(jīng)過(guò)千百次實(shí)驗(yàn),他成功破解了青藏鐵路修建中凍土如何“保冷”的世界級(jí)難題。

  他來(lái)自江西龍南一個(gè)偏僻的小山村;他32歲第一次聽(tīng)聞“凍土”時(shí)起了一身雞皮疙瘩;他破解了多年凍土如何“保冷”的世界難題;他49歲當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士……

  他是中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所(以下簡(jiǎn)稱“寒旱所”)研究員賴遠(yuǎn)明,處女座的他做事挑剔、追求完美,把論文“寫(xiě)”在了祖國(guó)大地上。

  火車(chē)偶遇“冷門(mén)學(xué)科”

  昆侖山下,一條聞名于世的鋼鐵大動(dòng)脈穿過(guò)戈壁凍土,跨越雪域高山。這就是中國(guó)新世紀(jì)四大工程之一、被譽(yù)為“天路”的青藏鐵路。

  2006年7月1日,青藏鐵路正式通車(chē)運(yùn)營(yíng)。這一天,寒旱所組織60多名外國(guó)專(zhuān)家,坐上開(kāi)往拉薩的列車(chē),心潮澎湃的賴遠(yuǎn)明也在其中。

  “青藏鐵路北起格爾木,南至拉薩,全長(zhǎng)1118公里,有960公里在海拔4000米以上。在如此高海拔、多凍土地區(qū)修建鐵路,在世界鐵路史上純屬罕見(jiàn)。中科院寒區(qū)旱區(qū)研究所的科研人員利用主動(dòng)冷卻路基的方法解決了多年凍土、脆弱生態(tài)、高寒缺氧這三大世界鐵路建設(shè)史上的難題……”當(dāng)列車(chē)員講解到“主動(dòng)冷卻路基”時(shí),賴遠(yuǎn)明的眼淚禁不住奪眶而出。他轉(zhuǎn)過(guò)頭,看著窗外飛馳而過(guò)的雪山,4年來(lái)千百次的實(shí)驗(yàn)情景在腦海中浮現(xiàn)……

  “我很激動(dòng)也非常自豪!”回憶當(dāng)時(shí)情景時(shí),記者面前這位破解了青藏鐵路“保冷”難題的功臣依舊難掩激動(dòng)之情。

  說(shuō)起最早與凍土結(jié)緣,賴遠(yuǎn)明告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,那是一次偶遇——1994年,一次去長(zhǎng)沙出差的火車(chē)上,賴遠(yuǎn)明與中鐵西北科學(xué)研究院的一位科技工作者閑聊,“那是我第一次聽(tīng)說(shuō)‘凍土’這個(gè)詞,作為在江西出生長(zhǎng)大的人,我當(dāng)時(shí)感覺(jué)冷得起了一身雞皮疙瘩?!?/p>

  那個(gè)年代,研究“凍土”是絕對(duì)的“冷門(mén)”,當(dāng)時(shí)在蘭州交通大學(xué)土木系任教的賴遠(yuǎn)明對(duì)凍土更是一無(wú)所知。當(dāng)?shù)弥獌鐾裂芯吭趪?guó)際上還有很多空白,有許多問(wèn)題需要解決時(shí),賴遠(yuǎn)明對(duì)這個(gè)“冷門(mén)學(xué)科”產(chǎn)生了一種莫名的好感。

  1996年,賴遠(yuǎn)明在寒旱所(當(dāng)時(shí)的蘭州冰川凍土研究所)攻讀博士學(xué)位,開(kāi)始了和“凍土”的親密接觸。

  攻克世界難題

  “我是處女座,做事情比較挑剔、追求完美,一件事情喜歡從不同側(cè)面、不同層面去思考,曾經(jīng)一行字推敲了一個(gè)星期?!辟囘h(yuǎn)明笑稱自己不善言談,更喜歡思考,而科研工作正需要這份挑剔和執(zhí)著。

  2002年,寒旱所接到了國(guó)家關(guān)于解決青藏鐵路修建中凍土路基及寒區(qū)隧道問(wèn)題的任務(wù)。

  青藏鐵路中有一半是多年凍土地段。凍土是指溫度在0℃或0℃以下,含有冰的各種巖石和土壤,受工程的影響,凍土極易產(chǎn)生融化下沉。青藏鐵路修建過(guò)程中,要穿越連續(xù)多年凍土區(qū)550公里。如何保證修建中凍土不融沉、路基保持穩(wěn)定,西方人士曾判斷“這是無(wú)法攻克的世界性難題”。

  在凍土區(qū)修建鐵路,傳統(tǒng)保護(hù)凍土的方法是設(shè)置保溫材料,“就好像為了保證冰棍兒不融化,給它蓋上一層棉被保冷。”賴遠(yuǎn)明解釋說(shuō),但用這種方法保溫的冰棍兒早晚還是要化掉。因此,青藏鐵路的設(shè)計(jì)思路要從“被動(dòng)保溫”轉(zhuǎn)為“主動(dòng)降溫”。

  時(shí)任蘭州冰川凍土研究所所長(zhǎng)、中科院院士程國(guó)棟提出“主動(dòng)冷卻路基”的方法,但主動(dòng)冷卻路基如何修建?從理論分析到試驗(yàn)數(shù)據(jù)在國(guó)內(nèi)外凍土工程學(xué)研究中都是空白。

  “最難的就是沒(méi)有規(guī)范,我們的工作從一開(kāi)始就注定必須創(chuàng)新?!辟囘h(yuǎn)明回憶。

  “比如青藏鐵路上的‘U’形塊碎石路基,選擇多大粒徑的碎石最合適?是否粒徑越大降溫效果越好?在試驗(yàn)進(jìn)行到第150天左右,我們終于找到了拐點(diǎn)——10~30cm粒徑的塊碎石降溫效果良好,當(dāng)粒徑為22cm時(shí)對(duì)凍土的降溫效果最好?!钡玫竭@個(gè)結(jié)果,賴遠(yuǎn)明如釋重負(fù),“心中的一塊兒石頭終于落地了?!边@種“U”形塊碎石路基結(jié)構(gòu)在未來(lái)50年青藏高原氣溫上升2.6攝氏度情況下仍能保證凍土熱穩(wěn)定。

  2008年,“青藏鐵路工程”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

  高原“負(fù)傷”解難題

  科研工作需要?jiǎng)?chuàng)新,更需要吃苦的精神,尤其是高海拔野外工作,時(shí)時(shí)處處都可能發(fā)生險(xiǎn)情。

  由于凍土的原因,青藏高原的鐵路隧道漏水、掛冰現(xiàn)象嚴(yán)重,需要24小時(shí)人工清除冰錐,并且基本兩三年報(bào)廢一個(gè)隧道。2002年,在承擔(dān)青藏鐵路修建中凍土路基及寒區(qū)隧道課題過(guò)程中,賴遠(yuǎn)明在青藏線“第一長(zhǎng)隧道”昆侖山隧道采樣時(shí)“負(fù)傷”了。

  昆侖山隧道海拔4600米,隧道向里打通600米左右時(shí),賴遠(yuǎn)明進(jìn)入隧道采集巖石樣品。未打通的隧道內(nèi)空氣更加稀薄,“當(dāng)時(shí)忙著采集樣品沒(méi)太顧忌,誰(shuí)想到缺氧三個(gè)小時(shí)之后,頭疼欲裂、惡心嘔吐。”賴遠(yuǎn)明說(shuō),讀書(shū)的時(shí)候,自己甚至能準(zhǔn)確記住哪條公式在書(shū)上的哪一頁(yè),自從那次大腦長(zhǎng)時(shí)間缺氧以后,自己的后腦勺時(shí)常會(huì)疼,記憶力也不如從前。

  但是,這次“負(fù)傷”卻解決了青藏鐵路風(fēng)火山隧道、昆侖山隧道襯砌和保溫措施的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題,消除了凍脹和融化對(duì)這兩座凍土隧道的破壞作用。這兩個(gè)隧道目前已經(jīng)服役10年,沒(méi)出現(xiàn)任何問(wèn)題。

  科研路上的“關(guān)鍵步”

  1962年8月生于江西龍南的賴遠(yuǎn)明,其人生道路可謂平坦——1983年畢業(yè)于江西理工大學(xué),1986年在蘭州交通大學(xué)獲碩士學(xué)位留校任教,1999年在寒旱所獲博士學(xué)位,2000年被中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所學(xué)位委員會(huì)評(píng)為博士生導(dǎo)師,同年12月被任命為凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。

  看似平坦的人生緣何成就輝煌?“在我的人生的道路上,起關(guān)鍵作用的就是幾步。”賴遠(yuǎn)明如是總結(jié),“現(xiàn)在回憶起來(lái),能取得今天的成績(jī),要感謝伯樂(lè)程國(guó)棟院士”。

  賴遠(yuǎn)明人生中關(guān)鍵的第一步是進(jìn)入中科院“優(yōu)秀百人計(jì)劃”,“這是我科研經(jīng)費(fèi)的第一桶金,讓我有資金去買(mǎi)設(shè)備做實(shí)驗(yàn),優(yōu)秀的學(xué)生也可以加入到我的團(tuán)隊(duì)”。

  那是1999年,舉世矚目的青藏鐵路工程亟待上馬,事實(shí)上,當(dāng)時(shí)賴遠(yuǎn)明并不滿足“百人計(jì)劃”所要求的博士畢業(yè)后工作滿五年,并在國(guó)外具有兩年以上科研工作經(jīng)歷的條件?!爱?dāng)時(shí),我只出國(guó)學(xué)習(xí)了一年?!辟囘h(yuǎn)明回憶,在程國(guó)棟院士的極力推薦下,他被破格錄取了。程院士的理由是:國(guó)家太需要這樣既懂土木工程又懂凍土,并愿意扎根西部的優(yōu)秀人才了!當(dāng)時(shí)的凍土專(zhuān)家多是地質(zhì)地理專(zhuān)業(yè)背景,主要研究?jī)鐾恋奶烊粚傩?,難以在凍土路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面提出精準(zhǔn)的解決方案。

  接下來(lái),賴遠(yuǎn)明獲得了國(guó)家杰出青年基金,“這是我人生中關(guān)鍵的第二步,他給予我鞭策,為2005年獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)打下基礎(chǔ)”。

  關(guān)鍵的第三步,賴遠(yuǎn)明坦言自己差點(diǎn)兒走歪了。2008年,南方有所大學(xué)招聘副校長(zhǎng),作為土生土長(zhǎng)的江西人,賴遠(yuǎn)明動(dòng)了回南方的念頭,“程老師勸我一定要慎重作決定,這將對(duì)我的人生有很大的影響。南方?jīng)]有凍土,一旦去了那里,我的學(xué)術(shù)研究將不完整、不系統(tǒng)?!绷粝掳桑≠囘h(yuǎn)明也暗自給自己鼓勁?!皠倎?lái)甘肅流鼻血、吃黑面饃饃的日子都熬過(guò)來(lái)了,已經(jīng)適應(yīng)了西部的生活,更重要的是凍土還有很多現(xiàn)象和機(jī)理沒(méi)有揭示。”

  說(shuō)到這里,賴遠(yuǎn)明笑了:“現(xiàn)在有人問(wèn)我是哪里人,我都會(huì)說(shuō)我是甘肅人?!?/p>

  來(lái)西部32年,結(jié)緣凍土21載,賴遠(yuǎn)明感嘆,凍土研究這門(mén)冷門(mén)的學(xué)科,變成了熱門(mén)的學(xué)科,凍土變成了“熱土”,“但依然還有很多空白在等待我們研究,有很多與凍土領(lǐng)域關(guān)系密切的工程需要我們提供理論支持和解決方案”。

  賴遠(yuǎn)明認(rèn)為,青藏鐵路給了他報(bào)效祖國(guó)的機(jī)會(huì),他常常對(duì)學(xué)生說(shuō),做科研不僅要講論文發(fā)表到國(guó)際一流的雜志上,更要解決工程中的實(shí)際問(wèn)題,把論文寫(xiě)到祖國(guó)的大地上。

  “現(xiàn)在,我還在繼續(xù)研究在凍土地區(qū)修高速公路、高速鐵路的相關(guān)課題。將來(lái)能達(dá)到什么高度,并沒(méi)有太多設(shè)想,每天挖山不止,不斷地做就好。”賴遠(yuǎn)明說(shuō)。

【責(zé)任編輯:霖霖】

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