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科学基金为西部重大道路工程“奠基”

来源:树脂涂层支撑剂    发布时间:2024-08-17 21:55:45

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  我国西部山区工程地质条件恶劣,道路建设难度较大,西部长大交通干线往往延展上千公里,跨越多个地貌单元,对道路建设与运营安全构成巨大挑战。

  如何保障工程建设与运营安全是西部长大干线建设和既有线改造中急需解决的关键科学与技术问题。

  在国家自然科学基金资助下,中科院水利部成都山地灾害与环境研究所研究员崔鹏团队深入研究了西部山区道路工程建设与山地环境相互影响与制约作用规律,建立了与环境协调的工程设计原理以及道路工程减灾理论与技术体系,为促进山区道路工程建设与环境保护的相互协调,从工程设计源头控制灾害,保障工程建设与运营安全提供了重要理论基础。

  2010年8月13日、14日,特大暴雨灾害造成四川省阿坝、德阳、广元、绵阳、雅安等地公路交通设施损毁严重,共计4条国道、4条省道局部交通中断,100多条县乡道断道。其中四川省道303线(卧龙至映秀段)发生严重泥石流灾害,当时有一个标段发生60 多条(处)泥石流灾害,其中河道淤积、隧道出口堵塞等重大灾害28处。

  “当时省道303线发生严重灾害的原因之一,就是汶川地震发生后,急于在最短时间之内恢复通车,对该路段地质问题关注得不够,地质和山地灾害发育情况没搞清楚。”崔鹏对《中国科学报》说,“西部交通干线建设是国家实施西北大开发的重要工程,被列入国家建设的优先领域。但其中要解决的关键科学与技术问题还有很多。”

  汶川大地震直接诱发大量滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。大地震和余震以及后期大量降雨作用下促使潜在不稳定的岩石边坡失稳,给灾后重建规划带来了巨大困难。因此,灾后重建如何选址以尽量避开滚石造成的威胁,研究在地震作用下滚石灾害表现特征显得很重要。

  交通干线工程与环境脆弱区的相互影响是西部开发建设中无法绕避的难题,一方面西部的环境条件对道路建设与运营安全构成制约;另一方面,道路工程对本已非常脆弱的环境也影响巨大。

  “因此,减轻山地灾害成为道路选线设计的重要环节,与环境协调选线是从源头上减轻灾害、保障道路工程安全、保护自然环境的重要方式。”崔鹏说,“我们提出的一个基本理论就是在道路建设和改造设计过程中,从选线开始,尽可能的避免灾害易发区域。做到先避免、再救灾治理。救灾主要是针对突发灾害、突发情况。”

  在国家自然科学基金资助下,崔鹏主持的西部山区重大道路工程与环境的相互作用机制研究项目系统研究了西部山区典型公路铁路工程建设与山地环境的相互影响,分析了泥石流、滑坡、溜沙坡等不同环境灾害的形成条件、运动特征、成灾机理、对公路铁路的危害方式与特征,提出了道路工程勘测考察选线、设计、施工、运营等不同阶段的减灾的技术措施。

  西攀高速公路线路地形陡峻、构造复杂,还广泛分布有以极软岩为主的昔格达地层,区域环境条件极为特殊。在工程建设中,四川攀西高速公路开发股份有限公司、四川省交通厅公路规划勘察设计研究院采用崔鹏团队的研究成果,利用环境对道路的影响和工程与环境协调的选线设计技术,完成了西攀高速公路蒲坝至米易段施工图阶段总体及路线设计,确保了公路建设与环境的协调发展,提高了西攀高速公路的抗灾能力。

  中尼公路东起,南至樟木口岸,全长756公里,是国家重要的国防公路。公路沿线余处,在改扩建中,中交第一公路勘察设计研究院有限公司应用崔鹏团队提出的新技术,节约工程投资近2亿元。而且提高了公路的安全性,该路段在完成改扩建后3年运行期内没再次出现因泥石流灾害造成断道的记录。

  崔鹏团队关于西部山区重大道路工程与环境的相互作用机制研究项目成果和其他相关项目成果,构成了相对完整的山区公路铁路泥石流减灾理论与技术体系。相关成果先后获得2006年四川省科技进步奖一等奖和2009年国家科技进步奖二等奖。

  “国家自然科学基金能够营造一种良好的研究氛围。”崔鹏说,“科学基金宽容失败,可以让研究者静下心来,放开手脚做一些其他项目所做不了的事,有利于从源头进行创新。另一方面,科学基金在管理上要求比较高,每年都有项目交流会,介绍自己的研究进展,了解同行所做的事。同时领域内一些顶尖专家还会进行指导,有利于研究者及时作出调整和完善思路。”

  在国家自然科学基金的持续资助下,崔鹏团队针对西部的地质条件,设计和提出了道路与环境相互作用机制与环境反馈工程设计原理、灾害多发路段线减灾理论与关键技术、冰湖溃决泥石流机理与防治对策、基于山洪泥石流形成机理的铁路行车安全警戒体系,产生了良好的社会和经济效益。

  在工程与环境相互作用机理等科学问题上,该团队提出山区道路工程与环境协调的环境选线设计原则;制定出滑坡密集分布区、泥石流灾害频发区,以及地形特别险峻山区的定线技术。这些技术已应用于青藏高原东缘地带的新建高速公路(西攀高速、雅泸高速、广巴高速)选线中,并为青藏高原东缘进藏的长大干线(川藏铁路、滇藏铁路、川藏高速公路)的可行性论证发挥指导作用。

  在山地边坡稳定性对工程边坡扰动的响应机理和隧道建设对地下水及其地表生态水文效应影响方面,该团队提出了环境反馈的工程设计原理。归纳出“以堵为主”的“水环境平衡”的隧道设计原则,提出了以生态环境为控制条件的隧道工程与水环境协调的设计理论,建立了水环境平衡的隧道设计模式。

  针对山地灾害对线路、桥梁和隧道的影响方式和成灾特点,崔鹏等人提出道路泥石流防治模式,开发出溜沙坡深部“花管微型树根桩固砂”与表层“格梁锚杆植被护坡固砂”的综合固砂技术。在道路减灾理论与关键技术探讨研究成果的基础上,开发出具有自主知识产权的山区道路减灾决策支持系统软件。这些技术进步已应用于西部地区,包括高速公路新线建设和国防公路等既有线改造与既有线加强等在内的灾害防治工程。

  在自然基金项目的资助下,崔鹏团队还通过遥感调查、野外考察和工点勘测,系统研究了冰川冰湖泥石流的活动特点,初步揭示了其形成机理和演化规律,提出了冰湖溃决泥石流洪峰流量计算方式、危险性评估方法和灾害防治技术,为高寒山区道路选线和减灾提供技术支撑。这些成果不但被应用在川藏公路、中尼公路、中巴公路的减灾中,还应用于汶川地震后堰塞湖应急评估中。

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