俞祁浩在青藏鐵路凍融工程病害整治現場。
這是一種隨溫度變化而展現出不同“生命力”的土壤,它在寒冷時堅如磐石,在溫暖時又能軟如春泥。這就是讓俞祁浩倍感神奇又深深著迷的凍土。
30多年來,中國科學院西北生態環境資源研究院研究員俞祁浩堅守在這片土地上,專注于攻克凍土區的重大工程難題,為保障國家重大工程的安全穩定作出了卓越貢獻。近日,中國教科文衛體工會首屆“全國科創名匠”評選獲獎名單公布,俞祁浩位列其中。
被同事戲稱為“野人”
青藏高原是大多數人眼中高寒缺氧、環境惡劣的極限之地,但在俞祁浩心中,這是他向往的科研戰場。這里的凍土分布廣泛,海拔極高,凍土工程面臨嚴峻問題。然而,這些挑戰激發了俞祁浩對科研的無限熱情。
“剛開始接觸凍土是在青藏公路上,我們發現了路面不均勻沉降的問題。由于凍土性質變化,青藏公路路基經常出現起伏不平的現象。在這樣的路面上行駛就像在海浪上開船,給行車安全帶來了極大的隱患。”俞祁浩告訴《中國科學報》,為了解決這個難題,他和團隊深入現場勘察,遵循著名凍土學家、中國科學院院士程國棟提出的“主動冷卻”路基的科學思想,通過研發和應用一系列措施,降低路基凍土溫度,從而減少了凍融災害的發生。
然而,在青藏高原搞研究并非坦途。在勘探過程中,俞祁浩團隊經常要穿越無人區,面臨大風冰雹、低溫等惡劣天氣的考驗。野外勘探條件極為艱苦,饑一頓飽一頓成為常態,方便面成了難得的佳肴。經常風餐露宿的俞祁浩患上了嚴重的胃病。但他從未抱怨過,始終堅守科研一線。
“每次出野外,我都不剃胡須,一方面是保護皮膚,另一方面是沒有條件。因此常被同事戲稱為‘野人’。”俞祁浩笑道。
除了吃不飽、睡不好外,他們還要提防狼群襲擊。一次在新疆天山,團隊成員晚上在勘察電力線路走線時迷失了方向,恰巧此時遠處傳來狼群的嚎叫聲,俞祁浩趕忙組織人手多方摸索、加強防備,終于成功將團隊成員安全帶回營地。
這次冒險讓俞祁浩更加深刻地體會到團隊合作的重要性,以及面對困難時應具備的堅持與勇氣。通過一系列艱苦的野外工作,研究團隊掌握了勘察區凍土的分布范圍,為后續工程建設和病害診治提供了關鍵數據。
跳入地震裂縫
2001年11月14日,青藏高原昆侖山區域發生8.1級地震。這場災難不僅震驚了全國,也給青藏鐵路建設帶來了極大的挑戰。地震形成的裂縫,橫穿青藏公路與青藏鐵路的設計線路,雖然震源距離鐵路建設地點有400多公里,但無疑增加了工程建設風險與難度。
地震發生的第二天,盡管余震的危險如影隨形,俞祁浩還是義無反顧地奔赴昆侖山青藏鐵路建設初期地震影響區域。他的目光被一條寬約2米、深達5米的裂縫所吸引。雖然裂縫存在坍塌和閉合的風險,但他仍然決定下去探索。
這次冒險的考察,讓俞祁浩目睹了此生難以忘懷的景象。裂縫之下,是一片潔白如玉、晶瑩剔透的厚層地下冰層,其厚度達4米。在這片冰層中,各種結構的氣泡和紋理交織,形成了一幅幅令人嘆為觀止的自然畫卷。
“我拿起數碼相機,將所有內存都用來記錄這難得一見的景象。”俞祁浩回憶道,“在同事的不斷催促下,我才依依不舍地回到了地面。”這些珍貴的照片,至今依然是我國凍土學研究中較為震撼、清晰和典型的厚層地下冰圖片。
經過夜以繼日的實地勘察和觀測,俞祁浩發現了青藏電路聯網工程建設期間塔基基坑開挖坍塌嚴重、施工熱擾動長期存在、塔基承載力形成困難等關鍵難題的根源所在。通過大量室內實驗和模擬研究,俞祁浩團隊發展并構建了復雜荷載作用下凍土樁基礎設計和凍融災害防控新理論、新技術。
這些研究成果不僅揭示了凍土的變化規律,也為青藏直流聯網工程建設提前一年投入運行提供了重要的技術支撐和方案。相關研究獲國家科技進步獎二等獎。
像釘子一樣釘在凍土工地
雅礱江流域控制性水電工程——兩河口水電站,屹立于青藏高原東部,壩高303米,是我國目前建成的最高土石壩。然而,工程建設初期卻遇到了一系列嚴峻的技術挑戰。在山區復雜的環境下,高頻大溫差使凍土凍融規律變得撲朔迷離,與此同時,大壩心墻填料的工程性質在凍融過程中易發生劣化。這些基礎問題如同攔路虎,阻礙了工程進展。
因為當地氣候條件特殊,雨季降雨頻率高、時間長,面對工程施工進度的要求,大壩冬季填筑施工成為唯一的選擇。“冬季土層中直接含有冰層,這里的凍土堅硬異常,即便是強大的壓路機也難以將其壓實至標準密實度。若處理不當,貿然施工可能導致大壩建成后發生滲漏、坍塌,后果不堪設想。”俞祁浩初到工地便面臨著凍土這一棘手問題。
在冬季寒冷氣候環境下施工,為了保護大壩心墻填筑土料不被凍結,施工方采取了為大壩“蓋被子”的策略——每天早起施工前掀開“被子”,晚上施工后為大壩倉面重新蓋上保溫層。面對幾個足球場大小的大壩倉面,這樣一掀一蓋就是五六個小時,導致有效可施工時間所剩無幾。這種施工方法無疑極大地拖慢了工程進度。面對這一困境,施工方找到了俞祁浩,希望他能夠找到加快冬季施工進度的方法。
“施工進度要求嚴格,我們必須在規定的時間內完成填筑任務。”俞祁浩深知責任重大。春節期間,當大多數人沉浸在團圓和歡樂的氛圍中時,他卻帶領整個團隊堅守在工地,搶抓施工時間。連續4個冬天,他帶領團隊在嚴寒中進行凍土防控措施和新型施工方法的研究。
最終,在俞祁浩的帶領下,團隊提出了高寒凍土區土料凍融防控理論和技術體系,突破了低溫環境施工的技術瓶頸,首次實現大壩心墻冬季連續施工,為保證工程進度和質量提供了關鍵科技支撐,極大地推進了大壩填筑進度。最終,大壩質量全優,并提前一年完成了填筑和發電目標。當這一喜訊傳來時,工地上所有施工員和技術員紛紛向俞祁浩表示祝賀,他們的辛勤付出和不懈努力得到了最好的回報。上述研究成果獲得了中國大壩工程學會科技進步獎一等獎。
在30多年的凍土研究中,俞祁浩的研究成果獲國家和省部級科技獎16項,他本人也獲得中國科學院“杰出科技成就獎”“科苑名匠”“年度感動人物”等榮譽。此外,他申報的國內外專利有近百件,發表論文200余篇,累計產生經濟效益20多億元。
當前,青藏高速公路等國家重大工程逐步向凍土區推進,這些工程將再次面臨凍土問題的挑戰。俞祁浩堅信,新的凍土問題仍需要科研工作者繼續研究和攻克,只有不斷挑戰極限,才能不辜負國家和人民的重托,將更多科研成果寫在這片他深深熱愛的凍土大地上。