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在青藏高原與黃土、蒙古高原過渡地帶,甘肅高海拔寒區廣泛分布,甘南草原與祁連山、阿爾金山等區域高寒氣候顯著,凍融作用強烈,給路基與隧道工程建設養護帶來巨大技術挑戰。
針對這一難題,甘肅省交通運輸廳先后部署多項課題,歷經十載持續推動技術攻關和成果轉化,形成了“高海拔寒區路基與隧道工程凍融致災效應及韌性建養關鍵技術”,昔日困擾寒區交通的凍融病害難題得到有效破解,一條條道路在隴原大地安全暢通。近日,該項技術斬獲2025年度甘肅省科技進步獎一等獎,正是對甘肅交通系統十余年來持續努力的肯定和印證。
寒區天塹:建養難題制約交通發展
高海拔寒區的極端環境,讓道路工程面臨多重“艱險考驗”。在祁連山、甘南草原等地區,冬季氣溫低至零下三十攝氏度,凍結期長達數月,凍融循環作用強烈,導致路基沉陷、隧道襯砌開裂滲水結冰等凍害頻發,工程病害率居高不下。隨著西部大開發和“一帶一路”倡議加快實施,寒區道路建設運營里程大幅增加,加之氣候暖濕化與極端天氣頻發,傳統建養技術更顯乏力。
“過去傳統設計只考慮環境氣溫,忽視風場和滲流場的熱力影響,長大隧道保溫設防全靠經驗公式,難以適應高海拔實際情況。”項目核心成員介紹,寒區道路還面臨局地環境差異大卻采用均一化設計、檢測監測標準缺失、傳統病害處治手段需長時間中斷交通等諸多難題,不僅導致工程耐久性差,還大幅增加運維成本,嚴重制約區域交通高質量發展。
十年攻關:高水平團隊破解技術瓶頸
為攻克寒區道路建養“卡脖子”難題,甘肅省交通運輸廳持續發力,整合多方資源,以國家自然科學基金、甘肅省科技計劃、甘肅省交通運輸重點科技計劃等項目為支撐,推動甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司、甘肅省交通科學研究院集團有限公司、甘肅路橋建設集團有限公司等甘肅省內優勢企業和中國科學院西北生態環境資源研究院、西北民族大學、中鐵西南科學研究院等科研院所協同打造“政產學研用”攻關鏈條,組建了以穆彥虎、朱小明、張坤為核心的博士科研團隊。這支平均年齡不到40歲的團隊,扎根高原戈壁,歷經十余年艱苦攻關,在寒區道路建養領域取得一系列突破性成果。
在凍融致災機制研究方面,團隊系統揭示了風場與滲流場對工程的凍融致災效應。通過高原5個典型路基剖面近10年現場觀測和17座隧道長期監測,構建了考慮流場熱力耦合的工程穩定性預測理論,破解了傳統經驗公式無法有效指導高海拔長大隧道保溫設計的難題,大幅提升了致災預測精度。
在韌性建造技術創新上,團隊突破傳統均一化設計局限,提出分區分級設計新方法,編制了考慮高海拔寒區環境、地質等要素的高精度圖集,研發了倒T型塊石層寬幅路基、隧道新型復合襯砌等系列新結構,以及混凝土抗凍耐久新材料,形成了涵蓋設計、施工、質量控制的成套技術體系,編制標準4部、發布省部級工法6項。
在韌性養護技術體系構建上,團隊制定了3部檢測監測地方標準,開發了隧道襯砌變形智能監測系統等新設備,研發了不中斷交通隧底加固、UHPC裝配式套襯等病害快速處治技術,實現了從“被動處治”到“預測養護”的理念轉變。
成果轉化:經濟效益與社會效益雙豐收
如今,這些凝聚著科研團隊心血的技術成果,已在甘肅、新疆、四川、青海等地廣泛應用,指導和規范了1000余公里的寒區道路、近百座隧道的建設養護工作,有效提升了工程技術狀況水平、降低凍融病害發生率,節省全壽命周期養護費用。同時,依托這些技術,在保溫材料、監測設備等方面正在逐步實現產業化。而且,通過這些技術的應用,減少了道路反復維修帶來的生態破壞,避免了道路維修長時間封閉對交通的干擾,減小了遠距離交通分流繞行的成本,間接降低了車輛排放,推動了道路工程與生態環境可持續發展。
項目累計培養研究生60余名,70余人晉升高級職稱,打造出一支扎根寒區交通的青年科技創新團隊。支撐省部級科創平臺6個、博士后工作站3個,為寒區道路建養領域儲備了雄厚人才力量。
未來可期:持續深耕寒區交通科技
面對寒區交通高質量發展的新需求,科研團隊并未停下腳步。下一步,該團隊將聚焦氣候暖濕化背景下的工程長期穩定性問題,深化流場熱力效應—巖土—結構的相互作用機制研究;拓展新技術在重大工程中的應用,持續優化寒區道路工程分區分級設計指標體系;研發更高效的智能化監測設備、更耐久的功能性材料和綠色低碳建養技術,不斷完善“設計—建設養護”全生命周期技術體系,力爭在寒區道路工程領域取得更多原創性成果,為交通強國建設和“一帶一路”倡議實施提供更堅實的科技支撐。
從戈壁荒漠到雪域高原,這支科研團隊用“十年磨一劍、梅花香自苦寒來”的韌勁和堅守,攻克了寒區道路建養的技術堡壘,用科技創新鋪就了一條條安全暢通的隴原大道。他們的探索與實踐,不僅破解了具體的工程技術難題,更彰顯了科研工作者扎根一線、服務國家的責任與擔當。
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來源:甘肅交通運輸
責編:苗挺節
校對:閆可欣
審核:余大鵬 陳露
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