核心提示

　　2009年1月9日，国家科技奖励大会上，“青藏铁路工程”项目在众望所归中，摘取了国家科技进步特等奖的桂冠。这也是我省科技工作者首次与这项国家科技最高奖结缘。

    被誉为地球第三极的青藏高原，以其海拔高、空气稀薄、含氧量少、紫外线强烈、常年积雪、气候复杂而著称于世。早在青藏铁路开工前，国外专家就认为，在这样的多年冻土上修建铁路“几乎不可能”。但我国青藏铁路的建设者创造了世界奇迹，解决了多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱三大难题，使天路直达拉萨。

    天路的荣耀不仅属于青藏高原。在这一举世瞩目的伟大工程中，同样闪耀着河北人的智慧。石家庄铁道学院专家们在克服多年冻土、高寒缺氧这两大难题中，付出了艰苦的努力。

    河北力量穿越世界最高冻土隧道

    “我们给施工隧道装上‘空调’和‘氧吧’”

    “这个隧道工程我曾经参与过，对我来说就是最大的荣誉。”1月9日，石家庄铁道学院土木分院的办公室里，全国著名隧道专家朱永全教授仍是一贯的低调，他对自己在青藏铁路上所做的贡献闭口不谈。

    朱永全是项目的主要完成人之一，他所说的隧道正是青藏铁路建设最为艰难的风火山隧道和昆仑山隧道。风火山隧道全长1338米，海拔4897米，是世界海拔第一高的铁路隧道，誉为“天字第一号工程”；昆仑山隧道全长1686米，海拔4664米，是世界上最长的冻土隧道。

    西方媒体曾预言：青藏铁路根本过不了风火山。因为风火山地质情况的复杂程度以人类现有的技术尚无法解决。美国现代火车旅行家保罗·泰鲁在《游历中国》一书中写道：“有昆仑山脉在，铁路就永远到不了拉萨。”

    像两只猛虎，风火山和昆仑山横亘在格尔木和拉萨之间。建设者们“穿肠破肚”，建两大隧道从其腹部穿越而过。

    2001年10月18日，风火山隧道打响第一炮，炸出的“弃碴”令人深感意外，隧道洞口地质结构主要为含土冰层、饱冰冻土、裂隙冰、砂岩及泥岩。这样的地质环境，对施工温度的要求很高，必须保持在正负5摄氏度之间。温度低了影响混凝土的凝固，高了会造成冻土热融扩大。而为了保证施工的顺利进行，隧道内必须有足够的氧气和必要的通风，否则烟尘、粉尘、废气会严重超标，工人无法作业。

    要想解决这个问题，只有不断鼓暖风，并且控制好暖风的量。

    负责青藏铁路隧道施工通风技术及温度场研究的，正是朱永全所带领的课题组。为了寻找解决之道，他带着课题组成员多次进出隧道，在零下20多摄氏度、潮湿阴冷、氧量稀少的洞中一呆就是好几个小时。

    理论上的分析有时相对容易些，而技术上如何实现则是更加困难的事。

    隧道施工经验丰富的朱永全与该校隧道通风专家赖涤泉教授商讨后共同提出：“如果在洞口安装一个大型暖风空调，让吹进洞内的冷风在此加热，然后利用在洞外和洞内沿程各点的温度传感器信号，通过调节蒸汽锅炉的蒸汽温度、供汽量以及通风机的送风量，实现对洞内环境温度的自动控制或人工控制，洞内环境气温的控制不就解决了吗。”

    气温控制的难题刚刚解决，缺氧又成了课题组面临的另一大难题。青藏铁路是目前世界上海拔最高的铁路，沿线常年平均气温在零摄氏度以下，空气中的含氧量仅为平原地区的一半，隧道施工中人员集中、工人劳动强度大，更是极度缺氧。“如果往隧道里灌氧，就相当于敞着门窗开空调，所需氧气是正常值的几倍。”在青藏高原上，制氧花的代价太大，朱永全认为这样行不通。他和课题组提出了吸附式制氧、隧道氧吧和便携呼吸器相结合的制氧与供氧系统方案。即在洞外建氧站、洞内建氧吧，施工人员每人再配一个便携式氧气瓶。

    这一设想立即得到了工程负责人的响应，经过3个多月200余次试验，终于，在风火山隧道工地建成了世界上第一座大型高原制氧站，实现了整个隧道弥漫 式 供氧。每位隧道施工人员呼吸到90%以上的医用氧，这相当于把海拔高度降低了1500米。

    同时，他们还成功研制出STDK-100型高海拔、高寒区、冻土隧道通风/空调一体化机组，实现了隧道洞内沿程环境气温的全面控制，保证了风火山隧道施工各种作业正常进行，创造了连续2800小时无故障的纪录。这也是我国首次提出高海拔、高寒区、冻土隧道施工通风模式，首次成功地研制出高原专用隧道施工风机。

    这两项科研成果后来在青藏铁路全线推广，被评为2002年度“中国公众关注的十大科技事件”之一。

    青藏铁路穿越550公里的多年冻土地区，是世界上穿越冻土里程最长的高原铁路，这在世界铁路建设史上还是第一次。“就像在一个大冰块上修铁路。”中科院首席科学家吴柏青这样形容在青藏高原上修铁路。24年前，青藏铁路从西宁穿越高山、戈壁、盐湖、沼泽，修到了700公里外的格尔木，但工程不得不停下来，原因就是再往前行就是绵延550公里的冻土世界。

    在冻土层上修建铁路路基，如何维护冻土的原始生态，避免冻土的冻胀融沉，保持路基的稳定和线路平顺，是青藏铁路建设中最棘手的技术难题。

    石家庄铁道学院岳祖润教授和他的课题组承担了“清水河段多年冻土区路基沉降变形预测试验研究”等课题，寻找冻土地区路基冻胀融沉的变化规律和攻克方案。

    青藏高原的多年冻土，在天然环境下是基本稳定的，但对气候变化极为敏感，其复杂性和独特性举世无双。由于铁路路基的修建，改变了冻土的温度场，多年冻土的冻融分界线就有可能下移。冬季发生冻胀，造成路基和轨道隆起；到了夏季，冻土发生融化，轻则造成路基下沉，重则造成路基坍塌，钢轨变形，影响正常通车。

    为这样“桀骜不驯”的冻土把脉，必须有高超的“医术”。

    岳祖润和课题组成员多次奔赴青藏高原，与冻土亲密接触，进行实地监测。“夏天还比较好过，沿途有施工单位驻地，关键时刻可以寻求帮助。最困难的是冬季。”回忆当时情景，施工条件之艰苦令岳祖润们刻骨铭心：

    所有的施工单位都撤离了，白茫茫的大雪成了主色调，彻骨的寒冷使笔记本电脑开始罢工，不能启动，大家不得不把它揣在怀里；传感器也开始不灵验，只好改成耐低温的，但即便如此，还必须时时注意对传感器的标定和校准，否则前功尽弃。

    “最让人恼火而又可笑的是那些‘不速之客’。”岳祖润说，当初课题组原以为这里荒无人烟，没有人会扰动露出地面的测量元件。“没想到野驴对这些东西很好奇，常常啃几口，使测试导线拉断，元件报废，我们只好把所有的测试元件用铁盒全部保护起来。”

    经过大量的测试和仿真分析，岳祖润和课题组成员充分掌握了冻土地区路基冻胀融沉的变化规律，不仅完善了高原新建铁路无防护冻土路基温度场分布的时空规律，在理论和实践上也有针对性地完善了多年冻土经济合理的保护措施。

    考虑到路基向阳面与背阴面接受太阳辐射热量的不同，岳祖润首次提出了非对称路基防护的设计理念，既节省了路基防护的造价，又预防了纵向裂缝的产生，高质量地保证了冻土路基的稳定性。针对安多段冻土沼泽化斜坡湿地路基稳定性的研究，课题组比选了各种防护措施，通过试验证明，片石通风路基效果最好。

    此外，岳祖润利用可靠的测试数据，建立了计算机仿真模型，分析了路基温度场受气候变暖等因素影响下的变化规律，还预测了几十年后冻土的退化状况和路基防护措施的效果，为冻土路基的长期防护提供了重要的依据，在国际著名《冻土科学技术》杂志上发表。

    如今青藏铁路已经成功开通两年多，路基安全稳定，运输畅通无阻。“这里面有我们河北人的一份功劳。”参与工程的河北专家们十分欣慰。

    在青藏铁路冻土工程监测中心的大屏幕上，有规律地闪动着一串串字符。

    这些数字是通过分布在青藏铁路550公里冻土区沿线近万个测点组成的监测系统自动检测、自动采集、自动传输而获得的。靠着这个实时显示屏幕，管理人员对千里之外的青藏铁路的安全与健康状况了如指掌。

    在铁路科技部门科研人员眼中，这套系统是青藏铁路“安全运营的‘千里眼’”。它的发明者是以燕赵学者杜彦良教授为所长的石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所。

    多年冻土区铁路路基的最大特点就是对环境热状态变化极为敏感，铁路施工过程中不可避免地对沿线多年冻土环境产生影响，而未来气候条件的变化、列车运行热扰动必将破坏和改变地表条件和冻土水热状态，这就有可能引起冻土路基热融沉陷和冻胀变形等不良冻土现象的发生，从而影响铁路线路的运营安全。

    一开始，鉴于青藏铁路沿线地理环境的复杂性和当时技术条件的限制，有关部门曾设想安排人员每天沿铁路线就冻土路基进行实地测量。“这不仅要消耗大量的人力、物力和财力，测试结果人为因素影响大，而且与建设世界一流铁路的初衷也不符。”杜彦良认为应另辟蹊径，寻找更科学更有效的办法。2003年，研究所承担了“青藏铁路多年冻土区路基稳定性长期监测系统”的建设任务和相关监测技术的研究工作，以孙宝臣教授为组长的课题组大胆提出了自己的设想：为铁路建设一条全天候无人监测系统。

    最初课题组想运用光纤传感测试技术，然而，青藏铁路在前期施工的总干线中并没有预留用于此类数据传输的光缆，只能改用无线远程传输。但相应带来了远程监测和无线传输的数据容量问题、电源问题、测试设备的防盗问题及数据的可靠性问题。

    一个个挑战和难题接踵而至。

    由于青藏高原气候变化莫测，一年下来，最低温度可以跌破零下40摄氏度，最高地表温度可以高达60多摄氏度，而埋设在冻土区内的采集数据的仪器要实现精确、稳定的数据采集和传输，所以仪器除了必须防潮、抗高低温、持久耐用外，还要解决没有外部电力供应问题。

    经过反复实验、改进，课题组最后确定系统传输采取无线方式，集先进成熟的计算机技术、通信技术、数据采集技术及传感器技术于一体，研制出了高精度的数据采集器、安全可靠的传输装置、功能齐全的数据分析软件以及科学的现场施工技术，建立了“青藏铁路多年冻土区路基稳定性长期监测系统”，实现了多年冻土区铁路路基的多断面多测点的冻土地温和路基变形自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理。

    按照青藏铁路沿线的地貌单元和冻土特征分析的要求，项目组在550公里长的青藏铁路上选择了80多个监测断面，每个监测断面布设120多个测点，完整地反映冻土路基的稳定性变化情况，监测设备可自动保存5年的数据记录。这不仅为青藏铁路安全运营提供了有力保障，也为多年冻土区路基病害整治提供了科学依据。

相关资料

　　青藏铁路：原始创新攻克世界三大难题

    青藏铁路建设通过自主创新攻克了多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱三大世界性工程难题。

    ■早在20世纪60年代，我国就组织科技力量，展开冻土科研攻关。经过40余年的试验和研究，积累了大量观测数据，取得了许多宝贵成果。

    在关键的多年冻土工程技术方面，我们制订了高原多年冻土地区铁路勘察、设计和施工的国家技术标准，创新了成套冻土工程措施和施工工艺，确立了主动降温、冷却地基、保护冻土的设计思想并确定了关键参数;揭示了工程措施机理，创新了冻土路基结构和施工技术;创新了多年冻土区桥梁和隧道的独特结构和施工技术。

    ■在高原卫生保障技术方面，青藏铁路创建了大群体、高海拔、长时间作业条件下的三级医疗保障救治体系，实现了高原病零死亡的“奇迹”;创建了施工现场鼠疫防控体系，实现了鼠疫源地人与人之间鼠疫的零传播。

    ■在公众最为关注的环境保护与恢复技术方面，青藏铁路在国内首次系统开展了铁路沿线野生动物迁徙习性研究，修建了100多公里的动物通道;创新了我国在高海拔地区的植被恢复研究和工程实践。青藏铁路建设过程中，应用了大量的科技成果和技术创新。

    从2006年7月1日建成通车，青藏铁路已经安全运营两年半。观测表明：冻土环境得到保护，冻土路基变形逐步趋于稳定，桥梁和隧道都处于稳定状态。截至2008年11月，共运送旅客682万人、货物513万吨，有力地拉动了青藏两省区经济社会又好又快发展。

　　我省部分获奖项目

    ■国家科技进步一等奖：

    15000T锻造水压机

    该项目由中国一重和燕山大学共同完成。15000T水压机是近20年来世界首台特大型锻造液压机。研制过程中，突破了一系列技术难关，在机械本体、电液控制系统及特大件制造和安装等方面取得了五项具有自主知识产权的创新性成果。

    ■国家科技进步二等奖：

    大型交通基础设施健康监测、安全评估与快速康复技术

    该项目由石家庄铁道学院主持完成。首次创建了大型交通基础设施安全保障体系，攻克了野外恶劣环境条件下长期实时远程自动健康监测、实时诊断和预测预报结构健康状态、及时消除安全隐患等关键技术难题，实现了对关键结构设施的健康监测、安全评估、预警预报和快速康复。这些技术成功应用于京广铁路、青藏铁路、嫩林铁路、秦沈客运专线、芜湖长江大桥、郑州黄河大桥等基础设施中，避免了多起重大事故发生，为保障运营安全发挥了重要作用。

    广适多抗高产稳产冬小麦新品种邯6172

    由邯郸市农业科学研究院主持完成。针对黄淮麦区高产品种适应性差，难以大范围推广种植的突出问题，邯郸市农业科学研究院利用创新的“三性”选择技术和“双对照加压”等选育方法，历时十四年育成了我国上世纪80年代以来审定区域最广、应用范围最大的高产广适型品种。该品种突出解决了同一生态区内选育能够适应多生态区种植的广适型小麦品种的技术难题，实现了高产与广适的结合，和高产品种种植范围的重大突破。

　　相关访谈：

    省科技厅厅长贾红星：科技创新：化危为机的根本出路

    新闻纵深：今年我省共有11个项目获得国家科技奖，其中国家科技进步特等奖1项、二等奖7项，国家技术发明二等奖2项，自然科学二等奖1项，获奖数量和质量都创历史之最。我省为什么会取得这样的好成绩？

    贾红星：这几年全省认真贯彻国家科技方针，按照省委、省政府要求，不断优化自主创新环境，全省自主创新能力和水平不断提高。省科技厅紧紧抓住环渤海区域崛起、国家级大院大所大企业拓展产业发展空间的有利时机，着力加强我省重点实验室、工程技术研究中心建设，促进了创新要素有机结合和科技资源有效聚集。这次国家科技奖励的新突破，是我省创新能力提高的客观反映。

    新闻纵深：当前，受国际金融危机影响，我省经济发展面临着新情况、新问题，在加快我省科学发展、富民强省进程中，科技创新将起到什么作用？

    贾红星：当前，世界正处在科技创新突破和科技革命的前夜。历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新突破和科技革命。依靠科技创新创造新的经济增长点、新的就业岗位和新的经济社会发展模式，这是摆脱危机，创新经济增长的根本出路。

    越是经济发展遇到困难时期，越是要加强自主创新，这是企业克服困难、增强竞争力和发展后劲的根本力量，也是河北构建现代产业体系，在新一轮发展中抢占先机的重要手段。

    今后，我省将进一步加大创新力度、深化科技体制改革，推进产学研相结合，为自主创新提供更宽松、更优越的环境，使更多的科技领军人才和优秀人才脱颖而出，使更多的科技成果转化为现实生产力。

    新闻纵深：石家庄铁道学院参与的“青藏铁路工程”项目获国家科技进步特等奖，对此您有何感想？

    贾红星：这是我省科研力量服务国家和地方重大需求，解决经济社会发展的重大科技难题的一个典范。目前，我国包括我省高校拥有大量科技顶尖人才，他们对促进科技进步起着重大作用。把他们的科研成果与国民经济建设紧密结合起来，转化为现实生产力，会有力地促进国民经济社会又好又快发展。

    新闻纵深：石家庄铁道学院在这个项目中创造了多项世界第一，取得了大量具有自主知识产权的科研成果，这对于提升全省自主创新能力有什么借鉴意义？

    贾红星：这里面的好多成果属于“原始性创新”。“原始性创新”是当今国家间科技、经济竞争成败的分水岭。它孕育着科学技术质的变化和飞跃，是一个民族对人类文明进步做出贡献的重要体现，也是各国争夺的科技制高点。采访/本报记者 张丽辉