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          世界軌道交通資訊網
          賴遠明
          全國百篇優秀博士學位論文獎、國家科技進步特等獎、國家杰出青年科學基金獲得者、全國先進工作者、全國優秀科技工作者、中國科學院院士

          成 果

          2008年,“青藏鐵路工程”榮獲國家科技進步特等獎,賴遠明是獲獎人之一。

          專 訪

           
            東起西寧,南至拉薩,翻越了唐古拉山,跨越了長江之源,9年前,全長1956千米的青藏鐵路正式通車。這條被稱作鐵路建設史上奇跡的“天路”克服了多個世界級困難,其中一大困難便是凍土路程最長,多年凍土地段長達550千米。鋼軌要在雪域高原上得以延伸,必須讓這些凍土保持冰凍。
           
            但極特殊的是,青藏高原大多是高溫凍土——0攝氏度以下、零下1.5攝氏度以上含有冰的巖石和土壤。極小的溫度上浮就會讓它們融化。中國科學院寒區旱區環境與工程研究所賴遠明院士長達6年的研究,讓數百千米的凍土在鐵軌下能夠堅固支撐。
           
            192天的實驗,只為確定鐵軌下要鋪多大的碎石頭
           
            “高溫凍土是個調皮分子,它極易受到工程影響以及全球氣候變暖而融化,從而導致地基下沉、變形。”賴遠明介紹,“天然地表零下1.5攝氏度,但是用粗顆粒土、混凝土等修筑路面后將比天然地表溫度高出約3攝氏度,這就相當于給底下的凍土安了一個熱源。”
           
            同時,全球氣候變暖對高溫凍土也有著不可估量的影響。“氣象學家測算未來50年青藏高原的氣溫將上升2.2—2.6攝氏度。”這2.6攝氏度也必須加入減溫范圍。
           
            怎樣讓凍土溫度保持零下?過去的做法通常是“被動保溫”,即在地表鋪上隔熱材料,減少外部熱量下傳,然而這種被動抵御的方式并不持久。時任蘭州冰川凍土研究所所長、也是賴遠明恩師的程國棟院士曾提出“主動冷卻路基”的方法,但主動冷卻路基如何修建,這在國內外凍土工程學研究中還是一個空白。
           
            1999年,舉世矚目的青藏鐵路工程亟待上馬,這一年,賴遠明入選“百人計劃”。事實上,當時賴遠明并不完全滿足“百人計劃”的入選要求,“當時要求在國外具有兩年以上科研工作經歷的條件,我只出國學習了一年。”賴遠明回憶。但在求賢若渴的程國棟院士的極力推薦下,他被破格錄取了。程院士的理由是:國家太需要這樣既懂土木工程、又懂凍土,并愿意扎根西部的優秀人才了!
           
            當時的凍土專家多是地質地理專業背景,主要研究凍土的天然屬性,難以在凍土路基結構設計方面提出精準的解決方案。比如國內外凍土專家都發現了一個現象:碎石層下的溫度較普通土層下要低。但是要達到最好的降溫效果,碎石的粒徑是多少、縫隙應該多大、怎樣鋪設?難以得出一個量化的答案。
           
            賴遠明沒有讓恩師失望,經過192天16組的實驗,搞清了碎石層降溫的機理,提出具有良好降溫效果的粒徑范圍是10—30厘米。這個數字突破了防止高溫凍土升溫的第一道難關。“我的結構力學背景派上了用場。”研究生期間攻讀結構力學專業的賴遠明發揮了他在彈粘塑性力學、有限元和數值分析等方面的知識技能,建立了研究凍土地區開放邊界塊碎石路基溫度場和流場特性的數學模型,提出了分析塊碎石路基對流換熱降溫規律的計算方法,解決了青藏鐵路塊碎石路基這類含有流體——固體耦合傳熱溫度計算的關鍵科學難題。他在力學上的深厚功底也成為他此后屢破難題的法寶。
           
            解決了凍土路基,1公里就省2000萬
           
            地表鋪上塊碎石層來降溫消減了施工帶來的升溫,但未來50年青藏高原氣候升溫2.6攝氏度帶來的“威脅”仍未被完全抵消。賴遠明因此獨創了一種“冬冷夏涼”的路基結構。
           
            “不僅在路基下部,在路基兩側也鋪上碎石層。構成一個U形。”賴遠明在紙上仔細地畫出這一結構,“冬天,冷空氣能在這種結構中自然對流,夏天,這種結構能讓熱空氣流動更慢,起到隔熱的效果。”這種路基結構的設計仍然少不了精確計算,兩側碎石塊的粒徑和鋪設厚度要結合地表上下溫差、空氣密度等多個因素考慮。賴遠明建立了一個復雜計算模型來模擬幾十年中溫度升高的情況。“據我們測量,這種結構下的凍土地表溫度不僅沒有升高,還在逐年下降,這為抵御氣候變暖爭取了更多余地。”賴遠明說。
           
            2008年,“青藏鐵路工程”榮獲國家科技進步特等獎,賴遠明是獲獎人之一。“如果不用您設計的凍土路基,青藏鐵路還能不能安全修建起來?”面對記者的疑惑,賴遠明很謙虛地擺擺手:“這只是青藏鐵路修建中眾多困難之一,如果不用這種結構,也可以通過架橋鋪設鐵路,讓火車在橋上跑。”但是如果這樣,每鋪設1公里鐵路,就要多付出2000多萬元的成本。
           
            除了解決凍土路基的問題,賴遠明和團隊還解決了青藏線“第一長隧”昆侖山隧道和世界最高海拔鐵路隧道“風火山”隧道的修建難題。由于資料匱乏,賴遠明根據凍土物理學和凍土力學基本理論,反復研究了凍害對隧道的破壞機理,建立了凍土隧道傳熱模型,解決了青藏鐵路風火山隧道、昆侖山隧道襯砌和保溫措施的參數優化設計問題,消除了凍脹和融化對這兩座凍土隧道的破壞作用。
           
            如果成功是1,少0.1分的努力都不行
           
            從江西省龍南客家山村走出,如何走上了萬里之外的青藏高原,并致力于研究“凍土”這一冷門的領域?“越冷門的領域亟待解開的秘密就越多,青藏高原作為世界之巔,高海拔造就了其不同于其他凍土區的特點,很多問題連凍土之國俄羅斯也沒能解決。”興趣引領賴遠明入門。
           
            “從小就喜歡物理和數學,記得上大學時做了4000多道數學題,理論力學寫完了十幾個練習本。”除了起早貪黑地學習,連上一趟街買點生活必需品,賴遠明都要嚴格控制時間,“就花10分鐘,恨不得爭分奪秒地學習。”
           
            賴遠明相信,成功如果是1,只有各方面的努力都達到1,才算成功,“如果每個方面少一分努力,成功的概率就會驟降。不信你算一算,0.9乘以0.9的結果與0.8乘以0.8是不是差很多?”
           
            刻苦的動力還來自一顆感恩的心。賴遠明牢記讀書生涯中得到的寶貴支持:“上大學時,免除了我所有學費和醫療費用, 國家每個月還給我21元助學金,讀研究生時每個月能領到57元助學金。”不善言辭的賴遠明說得實在,也只有在自己的日記中曾寫下“寸草報春暉”這樣對他來說最華麗的語言。
           
            全國百篇優秀博士學位論文獎、國家科技進步特等獎、國家杰出青年科學基金獲得者、全國先進工作者、全國優秀科技工作者、中國科學院院士……各種榮譽和頭銜背后,賴遠明不忘初心。遠在龍南的弟弟賴遠東說,每次打電話給大哥,他都在一線搞試驗或在工作。“養兵千日用兵一時,希望我可以一直為國家科技事業沖鋒陷陣。”賴遠明說。
           

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          封面人物
          市場周刊
          2020-11
          出刊日期:2020-11
          出刊周期:每月
          總481期
          出刊日期:(2014 07 08)
          出刊周期:每周
           
           
           
           

          賴遠明

          全國百篇優秀博士學位論文獎、國家科技進步特等獎、國家杰出青年科學基金獲得者、全國先進工作者、全國優秀科技工作者、中國科學院院士
          成 果

          2008年,“青藏鐵路工程”榮獲國家科技進步特等獎,賴遠明是獲獎人之一。

          專 訪

           
            東起西寧,南至拉薩,翻越了唐古拉山,跨越了長江之源,9年前,全長1956千米的青藏鐵路正式通車。這條被稱作鐵路建設史上奇跡的“天路”克服了多個世界級困難,其中一大困難便是凍土路程最長,多年凍土地段長達550千米。鋼軌要在雪域高原上得以延伸,必須讓這些凍土保持冰凍。
           
            但極特殊的是,青藏高原大多是高溫凍土——0攝氏度以下、零下1.5攝氏度以上含有冰的巖石和土壤。極小的溫度上浮就會讓它們融化。中國科學院寒區旱區環境與工程研究所賴遠明院士長達6年的研究,讓數百千米的凍土在鐵軌下能夠堅固支撐。
           
            192天的實驗,只為確定鐵軌下要鋪多大的碎石頭
           
            “高溫凍土是個調皮分子,它極易受到工程影響以及全球氣候變暖而融化,從而導致地基下沉、變形。”賴遠明介紹,“天然地表零下1.5攝氏度,但是用粗顆粒土、混凝土等修筑路面后將比天然地表溫度高出約3攝氏度,這就相當于給底下的凍土安了一個熱源。”
           
            同時,全球氣候變暖對高溫凍土也有著不可估量的影響。“氣象學家測算未來50年青藏高原的氣溫將上升2.2—2.6攝氏度。”這2.6攝氏度也必須加入減溫范圍。
           
            怎樣讓凍土溫度保持零下?過去的做法通常是“被動保溫”,即在地表鋪上隔熱材料,減少外部熱量下傳,然而這種被動抵御的方式并不持久。時任蘭州冰川凍土研究所所長、也是賴遠明恩師的程國棟院士曾提出“主動冷卻路基”的方法,但主動冷卻路基如何修建,這在國內外凍土工程學研究中還是一個空白。
           
            1999年,舉世矚目的青藏鐵路工程亟待上馬,這一年,賴遠明入選“百人計劃”。事實上,當時賴遠明并不完全滿足“百人計劃”的入選要求,“當時要求在國外具有兩年以上科研工作經歷的條件,我只出國學習了一年。”賴遠明回憶。但在求賢若渴的程國棟院士的極力推薦下,他被破格錄取了。程院士的理由是:國家太需要這樣既懂土木工程、又懂凍土,并愿意扎根西部的優秀人才了!
           
            當時的凍土專家多是地質地理專業背景,主要研究凍土的天然屬性,難以在凍土路基結構設計方面提出精準的解決方案。比如國內外凍土專家都發現了一個現象:碎石層下的溫度較普通土層下要低。但是要達到最好的降溫效果,碎石的粒徑是多少、縫隙應該多大、怎樣鋪設?難以得出一個量化的答案。
           
            賴遠明沒有讓恩師失望,經過192天16組的實驗,搞清了碎石層降溫的機理,提出具有良好降溫效果的粒徑范圍是10—30厘米。這個數字突破了防止高溫凍土升溫的第一道難關。“我的結構力學背景派上了用場。”研究生期間攻讀結構力學專業的賴遠明發揮了他在彈粘塑性力學、有限元和數值分析等方面的知識技能,建立了研究凍土地區開放邊界塊碎石路基溫度場和流場特性的數學模型,提出了分析塊碎石路基對流換熱降溫規律的計算方法,解決了青藏鐵路塊碎石路基這類含有流體——固體耦合傳熱溫度計算的關鍵科學難題。他在力學上的深厚功底也成為他此后屢破難題的法寶。
           
            解決了凍土路基,1公里就省2000萬
           
            地表鋪上塊碎石層來降溫消減了施工帶來的升溫,但未來50年青藏高原氣候升溫2.6攝氏度帶來的“威脅”仍未被完全抵消。賴遠明因此獨創了一種“冬冷夏涼”的路基結構。
           
            “不僅在路基下部,在路基兩側也鋪上碎石層。構成一個U形。”賴遠明在紙上仔細地畫出這一結構,“冬天,冷空氣能在這種結構中自然對流,夏天,這種結構能讓熱空氣流動更慢,起到隔熱的效果。”這種路基結構的設計仍然少不了精確計算,兩側碎石塊的粒徑和鋪設厚度要結合地表上下溫差、空氣密度等多個因素考慮。賴遠明建立了一個復雜計算模型來模擬幾十年中溫度升高的情況。“據我們測量,這種結構下的凍土地表溫度不僅沒有升高,還在逐年下降,這為抵御氣候變暖爭取了更多余地。”賴遠明說。
           
            2008年,“青藏鐵路工程”榮獲國家科技進步特等獎,賴遠明是獲獎人之一。“如果不用您設計的凍土路基,青藏鐵路還能不能安全修建起來?”面對記者的疑惑,賴遠明很謙虛地擺擺手:“這只是青藏鐵路修建中眾多困難之一,如果不用這種結構,也可以通過架橋鋪設鐵路,讓火車在橋上跑。”但是如果這樣,每鋪設1公里鐵路,就要多付出2000多萬元的成本。
           
            除了解決凍土路基的問題,賴遠明和團隊還解決了青藏線“第一長隧”昆侖山隧道和世界最高海拔鐵路隧道“風火山”隧道的修建難題。由于資料匱乏,賴遠明根據凍土物理學和凍土力學基本理論,反復研究了凍害對隧道的破壞機理,建立了凍土隧道傳熱模型,解決了青藏鐵路風火山隧道、昆侖山隧道襯砌和保溫措施的參數優化設計問題,消除了凍脹和融化對這兩座凍土隧道的破壞作用。
           
            如果成功是1,少0.1分的努力都不行
           
            從江西省龍南客家山村走出,如何走上了萬里之外的青藏高原,并致力于研究“凍土”這一冷門的領域?“越冷門的領域亟待解開的秘密就越多,青藏高原作為世界之巔,高海拔造就了其不同于其他凍土區的特點,很多問題連凍土之國俄羅斯也沒能解決。”興趣引領賴遠明入門。
           
            “從小就喜歡物理和數學,記得上大學時做了4000多道數學題,理論力學寫完了十幾個練習本。”除了起早貪黑地學習,連上一趟街買點生活必需品,賴遠明都要嚴格控制時間,“就花10分鐘,恨不得爭分奪秒地學習。”
           
            賴遠明相信,成功如果是1,只有各方面的努力都達到1,才算成功,“如果每個方面少一分努力,成功的概率就會驟降。不信你算一算,0.9乘以0.9的結果與0.8乘以0.8是不是差很多?”
           
            刻苦的動力還來自一顆感恩的心。賴遠明牢記讀書生涯中得到的寶貴支持:“上大學時,免除了我所有學費和醫療費用, 國家每個月還給我21元助學金,讀研究生時每個月能領到57元助學金。”不善言辭的賴遠明說得實在,也只有在自己的日記中曾寫下“寸草報春暉”這樣對他來說最華麗的語言。
           
            全國百篇優秀博士學位論文獎、國家科技進步特等獎、國家杰出青年科學基金獲得者、全國先進工作者、全國優秀科技工作者、中國科學院院士……各種榮譽和頭銜背后,賴遠明不忘初心。遠在龍南的弟弟賴遠東說,每次打電話給大哥,他都在一線搞試驗或在工作。“養兵千日用兵一時,希望我可以一直為國家科技事業沖鋒陷陣。”賴遠明說。
           

          上一篇:趙常煜
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