攻克青藏铁路建设“瓶颈”

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  程国栋,冻土学家。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员、博士生导师、中国科学院院士。
  程国栋1943年7月11日生于上海。1965年毕业于北京地质学院(现中国地质大学)水文地质与工程地质专业。1984年至1986年在美国陆军寒区研究与工程实验室进修,获该实验室名誉研究员称号。曾任国际冻土协会主席。现任冻土工程国家重点实验室主任、中国地质大学客座教授、中国科学院西部资源环境科学研究中心专家委员会首席科学家、国家自然科学基金委员会地理学科评审组成员、中国科学院自然科学奖评审委员会委员。曾荣获甘肃省“优秀专家”称号及全国“五一”劳动奖章。
  
  冻土里面有冰,冰融化以后就变成 一滩稀泥,就没有了承载力
  
  从2001年开始,程国栋的脑子里始终环绕着一个数字:100,这是他跟国家铁道部的领导定下的一个军令状,青藏铁路在冻土地区的时速必须达到100公里,这在全世界都将是最领先的。
  2006年7月1日,举世瞩目的青藏铁路实现了全线试运营,青藏铁路格尔木至拉萨段是目前全球穿越永久性冻土地带最长的高原铁路,这条铁路处于多年冻土区的线路长达550公里。而冻土对温度极为敏感,随着温度的变化.它会“变瘦”或“发胖”。可以说,青藏铁路建设成败的关键在路基,路基成败的关键在冻土,冻土的关键问题在冻胀和融沉。在解决青藏铁路冻土问题过程中。程国栋和他的科研团队作出了重要贡献。
  记者:在现在我们的理解中,青藏铁路工程最难的一点应该是冻土。
  程国栋:青藏高原的冻土,也称之为多年冻土,就是说,它起码存在两年或两年以上,甚至可能存在上百年、上千年。青藏高原上也有夏天,也会出现夏天融、冬天冻的现象。但那是表层的活动,也叫活动层,而在活动层底下全部是多年冻土。最可怕的是冻土里面有冰,就是说,它冻的时候要结冰,变成冰以后体积要膨胀,就要发生冻胀;冰融化以后就变成一滩稀泥,就没有了承载力。所以说最主要问题就是冻胀和融化。特别在活动层里,冬天要冻,夏天要融,反反复复,产生很多奇怪的现象。
  记者:比如说会有什么现象呢?
  程国栋:比如说冻胀丘,好好的一个地方,因为冻胀,地面就鼓起来,昆仑山垭口有一个冻胀丘约14米高,直径有100多米。
  记者:地表会形成这么大一个鼓包?
  程国栋:对,下面就是很厚的地下冰,2001年昆仑山大地震,裂开了一条400多公里的缝,我们就能看到那个缝里全是冰。
  新中国成立前,对于冻土的研究几乎为零。1959年秋,著名冰川冻土专家施雅风向中科院建议成立冰川冻土研究所,时任中科院党组书记的张劲夫说:“施雅风这个建议很好,很超前,中国幅员辽阔。将来要建设铁路,建设公路,必然涉及冻土。没有冻土科研的超前,必然导致工程建设的滞后。”
  据近年的研究表明,中国的冻土面积在世界上排在俄罗斯、加拿大之后,居第三位。从分类上说,中国的高海拔冻土面积世界最大。
  冻土问题是目前世界性难题,世界上几个冻土大国俄罗斯、加拿大、美国等都为解决冻土技术难题付出了艰辛努力。世界上在冻土区修筑铁路已有百年历史,但因难度大,很多问题尚未解决。20世纪70年代建成的第二条西伯利亚铁路,在1994年调查时。线路病害率达27.5%。运营近百年的第一条西伯利亚铁路。1996年调查时线路病害率为45%。
  在中国,东北铁路的病害率将近40%,青藏公路1990年修完以后。病害率接近30%。
  与俄罗斯西伯利亚、美国阿拉斯加多年冻土不同的是,青藏高原的多年冻土大多属于高温冻土,极易受工程的影响产生融化下沉。
  程国栋:现在我们对全世界冻土区的铁路做了一个统计,大概总的病害率平均是30%。
  青藏高原有一个特点,因为海拔高,冻土温度高,接近零摄氏度,稍微有扰动就容易融化。现在大家都承认了,全球气候在转暖,按照我们自己的科学研究,青藏高原有两个说法,一个叫放大器,气候转暖的幅度、升温的幅度要比全球平均值高,跟两极一样;还有一个叫先兆期,就是说全球气候转暖的信号在青藏高原出现得最早。
  记者:它先暖?
  程国栋:对,它先暖。青藏高原除了自身温度高的特点,还受气候变化的影响。在青藏高原修建铁路是百年大计,必须考虑到50年到100年的变化。50年、100年以后。气温升到比较高的程度,冻土会怎么样?现在预测的是,到2050年青藏高原温度升高2.2度到2.6度,冻土在零下1度,升到2度多就化掉了。
  所以,在青藏高原上筑路,讲起来就是三句话:多年冻土地区筑路难,青藏高原筑路更难,现在加上全球转暖,可以说难上加难。
  
  “文化大革命”中,挖过防空洞,也去过干校,但是凭良心说,因为青藏铁路,我们一直都在搞冻土科研
  
  青藏高原纷繁芜杂的冻土环境,成为制约青藏铁路建设的“瓶颈”。青藏铁路也经历了长达半个世纪的勘察和“三次上马、两次下马”的起伏命运。1951年5月25日,即和平解放西藏协议签署后第三天。毛泽东以非凡的气魄下令修筑青藏公路。1956年,铁道部正式承担修建进藏铁路的前期规划。开始进行青藏铁路勘测设计工作。1958年,青藏铁路迈出历史性的一步,全长814公里的青藏铁路西(宁)格(尔木)段分别在西宁和关角隧道开工建设,格(尔木)拉(萨)段的勘测工作也派出五六百人的庞大“兵力”。然而,因当时经济困难。国家经济实力难以承受,1961年3月青藏铁路西格段和格拉段建设双双“下马”。
  程国栋1967年前往青藏高原调研时。青藏铁路正处停工期。
  程国栋:大概是1967年,铁道部第一勘测设计院、铁道部科学研究院西北所加上我们单位,想到青藏铁路去进行调研,我就是这次去的,但去后,刚好“文化大革命”开始,工作又停下来了。1974年,青藏铁路恢复动工,当时的起因是尼泊尔国王比兰德拉访华,他来后请毛泽东修铁路到尼泊尔,所以毛泽东批示青藏铁路要上。
  1974年3月,铁道兵第七师、第十师共6.2万名指战员再上高原。展开青藏铁路西格段建设大会战。与此同时,勘测设计大军在1000多公里的格拉段,展开勘测设计大会战。
  经过5年的艰苦奋战。1979年青藏铁路西格段铺通,1984年正式投入运营。而限于当时高原、冻土等筑路技术难题没有解决。以及对选择修建滇藏、川藏还是青藏线存在不同看法.1978年8月青藏铁路格拉段第二次“下马”。
  程国栋:“文化大革命”中,我们也挖过防空洞,也去过干校,但是凭良心说,因为青藏铁路,我们一直都在搞冻土科研。
  记者:还算是在干专业?
  程国栋:是这样。
  记者:这时候您的命运就跟青藏铁路绑定 了?
  程国栋:其实我们搞冻土的一直想的也就是这些,青藏铁路承接了几代人的梦想与心血,这话对我们来讲确实是这样。现在长江大桥不算什么了,但当时是非常
  了不起的,叫“共产主义建设工程”
  程国栋生于上海。在高中毕业时,学校组织毕业生参观华东师范大学地质地理系。一位讲师介绍了关于打开喜马拉雅山改变中国气候的大胆设想,这深深地打动了尚未决定未来人生事业方向的程国栋。不多时日,程国栋又从北京地质学院的招生广告中看到两项大工程的简介。于是他瞒着家长报考了北京地质学院。
  记者:您在选择这个职业时,有没有想过将来可能也会做一个大的工程?
  程国栋:我考北京地质学院这个学校,想的就是大的工程。中学毕业的时候,我记得北京地质学院那个招生广告非常吸引人,它讲了两个工程,一个叫南水北调,一个叫长江大桥,当时的说法就是把这两个工程叫做“伟大的共产主义建设工程”。虽然现在长江大桥不算什么了,但当时是非常了不起的“共产主义工程”,我就冲着这个,报考了这个学校的水文地质与工程地质系。
  记者:您觉得应该有这样的气魄作出这样的事业来?
  程国栋:我们那时大概受苏联的影响比较多,对“伟大的共产主义建设工程”,大家都很羡慕,想建功立业,想参与这样的大工程。
  1965年程国栋大学毕业后便来到中国科学院兰州冰川冻土沙漠研究所,被分配到冻土研究室工作。此后他便与冻土结下了不解之缘。与青藏铁路结下了不解之缘。
  记者:那时工作条件应该很艰苦吧?
  程国栋:很艰苦,那时确实很艰苦。
  记者:那时有没有高压氧舱?
  程国栋:没有,绝对没有。连交通工具都很困难,我们去青藏高原坐的都是解放牌汽车。
   记者:坐在车厢里?
  程国栋:哪有车厢?都是露天的。坐在后面那个车斗里,当时的路很差,叫“搓板路”,坐在车上,颠得心里难受死了。
  记者:您印象当中,当时最艰苦的是什么事?
  程国栋:大概是1976年左右,我们去青藏高原有两个方案,西线基本上是沿着青藏公路走的,而我带队走的东线是无人区。那个地方比较危险,紧张得不得了,高原上没有路的地方,汽车很容易陷进去,陷进去后,有时能挖出来,有时挖不出来,挖不出来就有生命危险,无人区嘛。
  记者:前后也没法联络,也没法通讯。
  程国栋:还有一个紧张的情况是最怕得病。当时跟我一起去的还有一群唐山的学生,有一次搞测绘,作业完成后,下了像冰粒一样的雨,一个学生被淋后感冒了,当天晚上就发烧,眼看着就不行了。但没办法,也送不出去,只好靠着当时带去的卫生箱抢救,好在那个小伙子体质好,熬过来。
  从西宁到格尔木那段有一个隧道,在那个隧道里面铁道兵就牺牲了五十几个
  记者:为了青藏铁路“上马”论证,你们付出了很大努力吧?
  程国栋:从1974年到1978年,我们大规模地做了很多工作,基本上把青藏铁路的初步设计做出来了,我记得各种各样的科研队伍都去了。
  那个时候修青藏铁路,牺牲的人不少,这大概也是铁道部后来主张走滇藏线的原因,走青藏线太可怕了。
  记者:太可怕?
  程国栋:可怕就可怕在高原反应,导致人员的死亡。从西宁到格尔木那段有一个隧道,在那个隧道里面铁道兵就牺牲了五十几个。当然,那时条件确实很差,保障条件也差。
  记者:青藏铁路第二次“下马”,与冻土研究的难关有没有关系?
  程国栋:那也是个原因,当时还没有全球气候变暖的说法,所以在做初步设计的时候,也没有考虑气候转暖因素,但是虽然把初步设计做了,好像还不是很有把握,因为东北铁路对我们来说也是一个参照,我们走过东北铁路,那条铁路确实很糟糕。所以对于在青藏高原上能不能有把握做好这样大的冻土上的工程,也很难说。
  记者:后来听到这个工程最终还是“下马”的时候,您是什么感受?
  程国栋:很遗憾。
  
  他们找到很多事实根据支持我 这个学说,后来他们把这些东西放进教科书里去了
  
  虽然青藏铁路第二次“下马”,但作为项目负责人之一的程国栋出色完成了由国家组织的联合攻关项目——青藏铁路建设中的冻土问题研究。该项目1978年获国家科委“全国科学重大科技成果奖”。程国栋根据自己多年实地考察的结果,并在总结大量资料的基础上,创造性提出了“厚层地下冰形成的重复分凝机制”。1983年他的论文在国际冻土权威杂志《寒区科学与技术》(荷兰)上发表,立即在国际冻土学界引起很大反响。许多冻土学家给予了很高的评价。并冠之以“程氏假说”。“程氏假说”成为迄今为止很有说服力、较完善的厚层地下冰形成学说,国际冻土界长期悬而未决的一个重要理论问题获得较完美的解决。
  记者:您当时提出“程氏假说”后,为什么会首先把文章寄给加拿大的科学家马凯?
  程国栋:当时在世界上关于地下冰研究领域里,马凯是最具权威的,我的论文寄给他,一方面希望他能看看,另一方面希望他帮我修改一下,结果他正好在野外观测到有几个事实跟我论文中说的一样,他一边给我改,一边提出要引用我这篇论文。后来他还把我的这篇论文推荐到荷兰的《寒区科学与技术》杂志上去。当时我是在这个杂志上发表文章的第一个中国人。
  记者:这篇论文发表后在国际上反应怎么样?
  程国栋:有很多人做实验,加拿大人专门搞了三年观测,也有一些人在室内搞冻土科研。他们找到很多事实根据支持我这个学说,后来他们把这些东西放进教科书里去了。
  1983年,程国栋被推举为国际雪冰委员会地下冰分会主席。1984年至1986年。在美国陆军寒区研究与工程实验室(CRREL)进修两年,并获该实验室名誉研究员称号。1993年。第六届国际冻土学会议在北京举行,程国栋被推为国际冻土协会主席。同年12月成为新增选的59名中国科学院院士中最年轻的一员。这时他50周歲。
  2000年,受铁道部委托,以程国栋为主任的冻土工程国家重点实验室参加了《青藏铁路冻土工程地质勘察暂行规定》和《青藏铁路设计暂行规定》两个文件的编写工作。2001年8月,他们很快就拿出了设计方案和实验路基施工方案,这两个方案得到中央领导同志的肯定和好评。
  程国栋说,这两个“暂行规定”体现了40年来中国在冻土领域的基础研究成果。
  2006年7月1日,青藏铁路顺利通车。程国栋没有踏上首发列车,但是他当年跟铁道部立下的青藏铁路在冻土地区时速达到100公里的军令状。完成了。
  (本素材由中央电视台《大家》栏目提供,CCTV-10每周22:10、CCTV-1每周22:39播出)
  
  (责任编辑 刘荣刚)
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