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【中国科学报】赖远明:破冻土难题 创天路奇迹
2015-06-26 来源:中国科学报 刘晓倩 王进东 【字号:  

赖远明 刘晓倩摄

  来西部32年,结缘冻土21载,经过千百次实验,他成功破解了青藏铁路修建中冻土如何“保冷”的世界级难题。

  他来自江西龙南一个偏僻的小山村;他32岁第一次听闻“冻土”时起了一身鸡皮疙瘩;他破解了多年冻土如何“保冷”的世界难题;他49岁当选中国科学院院士……

  他是中科院寒区旱区环境与工程研究所(以下简称“寒旱所”)研究员赖远明,处女座的他做事挑剔、追求完美,把论文“写”在了祖国大地上。

  火车偶遇“冷门学科”

  昆仑山下,一条闻名于世的钢铁大动脉穿过戈壁冻土,跨越雪域高山。这就是中国新世纪四大工程之一、被誉为“天路”的青藏铁路。

  2006年7月1日,青藏铁路正式通车运营。这一天,寒旱所组织60多名外国专家,坐上开往拉萨的列车,心潮澎湃的赖远明也在其中。

  “青藏铁路北起格尔木,南至拉萨,全长1118公里,有960公里在海拔4000米以上。在如此高海拔、多冻土地区修建铁路,在世界铁路史上纯属罕见。中科院寒区旱区研究所的科研人员利用主动冷却路基的方法解决了多年冻土、脆弱生态、高寒缺氧这三大世界铁路建设史上的难题……”当列车员讲解到“主动冷却路基”时,赖远明的眼泪禁不住夺眶而出。他转过头,看着窗外飞驰而过的雪山,4年来千百次的实验情景在脑海中浮现……

  “我很激动也非常自豪!”回忆当时情景时,记者面前这位破解了青藏铁路“保冷”难题的功臣依旧难掩激动之情。

  说起最早与冻土结缘,赖远明告诉《中国科学报》记者,那是一次偶遇——1994年,一次去长沙出差的火车上,赖远明与中铁西北科学研究院的一位科技工作者闲聊,“那是我第一次听说‘冻土’这个词,作为在江西出生长大的人,我当时感觉冷得起了一身鸡皮疙瘩。”

  那个年代,研究“冻土”是绝对的“冷门”,当时在兰州交通大学土木系任教的赖远明对冻土更是一无所知。当得知冻土研究在国际上还有很多空白,有许多问题需要解决时,赖远明对这个“冷门学科”产生了一种莫名的好感。

  1996年,赖远明在寒旱所(当时的兰州冰川冻土研究所)攻读博士学位,开始了和“冻土”的亲密接触。

  攻克世界难题

  “我是处女座,做事情比较挑剔、追求完美,一件事情喜欢从不同侧面、不同层面去思考,曾经一行字推敲了一个星期。”赖远明笑称自己不善言谈,更喜欢思考,而科研工作正需要这份挑剔和执着。

  2002年,寒旱所接到了国家关于解决青藏铁路修建中冻土路基及寒区隧道问题的任务。

  青藏铁路中有一半是多年冻土地段。冻土是指温度在0℃或0℃以下,含有冰的各种岩石和土壤,受工程的影响,冻土极易产生融化下沉。青藏铁路修建过程中,要穿越连续多年冻土区550公里。如何保证修建中冻土不融沉、路基保持稳定,西方人士曾判断“这是无法攻克的世界性难题”。

  在冻土区修建铁路,传统保护冻土的方法是设置保温材料,“就好像为了保证冰棍儿不融化,给它盖上一层棉被保冷。”赖远明解释说,但用这种方法保温的冰棍儿早晚还是要化掉。因此,青藏铁路的设计思路要从“被动保温”转为“主动降温”。

  时任兰州冰川冻土研究所所长、中科院院士程国栋提出“主动冷却路基”的方法,但主动冷却路基如何修建?从理论分析到试验数据在国内外冻土工程学研究中都是空白。

  “最难的就是没有规范,我们的工作从一开始就注定必须创新。”赖远明回忆。

  “比如青藏铁路上的‘U’形块碎石路基,选择多大粒径的碎石最合适?是否粒径越大降温效果越好?在试验进行到第150天左右,我们终于找到了拐点——10~30cm粒径的块碎石降温效果良好,当粒径为22cm时对冻土的降温效果最好。”得到这个结果,赖远明如释重负,“心中的一块儿石头终于落地了。”这种“U”形块碎石路基结构在未来50年青藏高原气温上升2.6摄氏度情况下仍能保证冻土热稳定。

  2008年,“青藏铁路工程”荣获国家科技进步奖特等奖。

  高原“负伤”解难题

  科研工作需要创新,更需要吃苦的精神,尤其是高海拔野外工作,时时处处都可能发生险情。

  由于冻土的原因,青藏高原的铁路隧道漏水、挂冰现象严重,需要24小时人工清除冰锥,并且基本两三年报废一个隧道。2002年,在承担青藏铁路修建中冻土路基及寒区隧道课题过程中,赖远明在青藏线“第一长隧道”昆仑山隧道采样时“负伤”了。

  昆仑山隧道海拔4600米,隧道向里打通600米左右时,赖远明进入隧道采集岩石样品。未打通的隧道内空气更加稀薄,“当时忙着采集样品没太顾忌,谁想到缺氧三个小时之后,头疼欲裂、恶心呕吐。”赖远明说,读书的时候,自己甚至能准确记住哪条公式在书上的哪一页,自从那次大脑长时间缺氧以后,自己的后脑勺时常会疼,记忆力也不如从前。

  但是,这次“负伤”却解决了青藏铁路风火山隧道、昆仑山隧道衬砌和保温措施的参数优化设计问题,消除了冻胀和融化对这两座冻土隧道的破坏作用。这两个隧道目前已经服役10年,没出现任何问题。

  科研路上的“关键步”

  1962年8月生于江西龙南的赖远明,其人生道路可谓平坦——1983年毕业于江西理工大学,1986年在兰州交通大学获硕士学位留校任教,1999年在寒旱所获博士学位,2000年被中国科学院寒区旱区环境与工程研究所学位委员会评为博士生导师,同年12月被任命为冻土工程国家重点实验室副主任。

  看似平坦的人生缘何成就辉煌?“在我的人生的道路上,起关键作用的就是几步。”赖远明如是总结,“现在回忆起来,能取得今天的成绩,要感谢伯乐程国栋院士”。

  赖远明人生中关键的第一步是进入中科院“优秀百人计划”,“这是我科研经费的第一桶金,让我有资金去买设备做实验,优秀的学生也可以加入到我的团队”。

  那是1999年,举世瞩目的青藏铁路工程亟待上马,事实上,当时赖远明并不满足“百人计划”所要求的博士毕业后工作满五年,并在国外具有两年以上科研工作经历的条件。“当时,我只出国学习了一年。”赖远明回忆,在程国栋院士的极力推荐下,他被破格录取了。程院士的理由是:国家太需要这样既懂土木工程又懂冻土,并愿意扎根西部的优秀人才了!当时的冻土专家多是地质地理专业背景,主要研究冻土的天然属性,难以在冻土路基结构设计方面提出精准的解决方案。

  接下来,赖远明获得了国家杰出青年基金,“这是我人生中关键的第二步,他给予我鞭策,为2005年获得国家科技进步奖二等奖打下基础”。

  关键的第三步,赖远明坦言自己差点儿走歪了。2008年,南方有所大学招聘副校长,作为土生土长的江西人,赖远明动了回南方的念头,“程老师劝我一定要慎重作决定,这将对我的人生有很大的影响。南方没有冻土,一旦去了那里,我的学术研究将不完整、不系统。”留下吧!赖远明也暗自给自己鼓劲。“刚来甘肃流鼻血、吃黑面馍馍的日子都熬过来了,已经适应了西部的生活,更重要的是冻土还有很多现象和机理没有揭示。”

  说到这里,赖远明笑了:“现在有人问我是哪里人,我都会说我是甘肃人。”

  来西部32年,结缘冻土21载,赖远明感叹,冻土研究这门冷门的学科,变成了热门的学科,冻土变成了“热土”,“但依然还有很多空白在等待我们研究,有很多与冻土领域关系密切的工程需要我们提供理论支持和解决方案”。

  赖远明认为,青藏铁路给了他报效祖国的机会,他常常对学生说,做科研不仅要讲论文发表到国际一流的杂志上,更要解决工程中的实际问题,把论文写到祖国的大地上。

  “现在,我还在继续研究在冻土地区修高速公路、高速铁路的相关课题。将来能达到什么高度,并没有太多设想,每天挖山不止,不断地做就好。”赖远明说。

  (原载于《中国科学报》 2015-06-26 第5版 人物)

(责任编辑:侯茜)
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