科技日报：圆一个高原冻土上的高速梦 － 记中交一公院正在建设的“国家高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室”
这是一家有着近半个世纪冻土研究史的设计院。
这个设计院便是中交第一公路勘察设计研究院有限公司（以下简称“中交一公院”），在业内赫赫有名，坐落在古城西安。
不久前，其被国家科技部批准建设“国家高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室”。
“实验室将加大高原多年冻土研究，为即将开始建设的青藏高速公路提供技术支撑。”我国第二代公路冻土科研领军者、国家工程勘察设计大师、实验室主任汪双杰博士说。
这个国家实验室依托中交一公院，是中国交通建设集团首个获批的国家级重点实验室，也是唯一一家以企业为依托研究高原冻土的国家级重点实验室，重点面向青藏高原公路的建设、运营保障及丝路经济带沿线道路冻土工程进行研究。
目前，实验室已经正式进入筹建阶段，各项进程正有序进行。
已有工程经验不能简单复制
青藏高原位地处高寒高海拔地区，多年冻土的平均温度为-0.5至-3摄氏度，夏季遇热融化，冬天凝固。青藏高原冻土问题如不解决，道路安全将受到很大影响。
在青藏铁路通车十年的今天，冻土问题何以又被纳入国家科技部的重点研究范围？
“在高原冻土上修高速公路，相当于攀登公路工程的珠穆朗玛峰。”在汪双杰看来，在高原冻土地区，建设高速公路比建设铁路难得多。
据汪双杰解释，与建设青藏铁路相比，青藏高速公路具有“宽、厚、黑”的特点。
宽，指路基。铁路的路基只有6至7米，而高速公路的路基是24至26米；厚，指结构，高速公路路面厚度是普通公路的3倍左右，路面越厚，越不容易散热，而铁路是道砟结构，较易散热；黑，指沥青面层，高速公路长距离铺筑沥青路面，高原强辐射条件下，路面强吸热、高储热、长时间热量导入路基下冻土层，加剧冻土升温退化甚至融化。
这些特质说明，建设青藏高速公路不能将青藏铁路冻土经验直接复制。
同样，建设新的青藏高速公路也无法直接利用已有的青藏公路。用实验室学术带头人王佐的话说，“原有的青藏公路自1954年通车以后的几十年时间里，由于国家技术能力所限，冻土病害未能根本解决，如今犹如垂垂老者，已经不堪重负。”
此外，重荷载也影响冻土的稳定性。数据显示，青藏公路建成60余年来，入藏85%的客运量和90%的货运量均依赖青藏公路。
拉萨至今仍是“高速孤岛”
老青藏公路通车一个甲子的年轮，始终是西藏自治区最重要的交通命脉。西藏社会发展日益增加的客货运输量，使老青藏公路不堪重负，建设青藏高速公路再一次被提上国家议程。
拉萨是我国目前唯一不通高速公路的省会城市，犹如一座“高速孤岛”。青藏高速是国家“71118”高速公路网（7条首都放射线、11条南北纵线、18条东西横线）中京藏高速尚未建设的最后一段，也是西藏自治区唯一纳入国家高速公路网的公路项目。
2015年底，青藏高速前期已经启动，中交一公院正着手进行可行性研究。
新建青藏高速里程约1100公里，是目前所有进藏高速公路方案中最佳的进藏大通道，而其中550公里的冻土区就是制约青藏高速建设的技术瓶颈。
青藏高速遇到的冻土问题，在国内外专家看来是难上加难。高寒冻土在西伯利亚等地区已有较多研究，青藏高原高海拔冻土唯我国独有，虽然青藏公路、青藏铁路已经建设，但在高寒高海拔冻土区建设高速公路，是世界级难题，必须依靠自己。
“再大的障碍，我们也要跨越过去。”汪双杰说。
汪双杰的信心不无道理。1952年成立的中交一公院，在交通行业最早建立冻土工程科研试验机构,凭借寒区道路的相关研究，已经2次获得国家科技进步一等奖，2次获得国家科技进步二等奖，填补了世界在多年冻土地区修筑沥青公路的技术空白。
2014年，中交一公院“高海拔高寒地区高速公路建设技术”研究入选国家科技支撑计划，这是近10年来交通运输领域道路工程方向唯一一个道路支撑项目。
中国土木工程领域不灭的火种
3代人， 44年，观测数据300多万组。
这种持续近半个世纪的研究和技术沉淀，在土木工程界绝无仅有。也由此，中交一公院确立了冻土工程研究的国际领先地位。
中交一公院冻土实验室的前身是1973年交通部成立的青藏公路科研组。依托青藏公路 60 余年建、管、养、治工程实践。
原交通部一位主要领导感慨道，“中交一公院的高原冻土科研是中国土木工程领域唯一不灭的火种，是交通行业的国宝！”
据统计，在我国专业从事冻土工程研究的科研人员不足400人,而在中交一公院就有将近 100 人从事公路冻土工程研究。
以武憼民为代表的第一代冻土科研者，1954年青藏公路测设时就参与其中，自1972年青藏公路改建铺沥青路面开始，又带领团队进行高原冻土的研究。2006年，这位中国冻土研究的拓荒者因病去世。
以汪双杰为代表的第二代冻土科研者，历时5年，集青藏公路数十年研究，主持完成了冻土地区公路修筑成套技术研究，实现了国内外多年冻土工程研究的新突破。汪双杰也成为了我国工程勘察设计大师，新世纪百千万人才工程国家级人选。
第三代冻土科研人员，以陈建兵、张娟、刘戈、朱东鹏、金龙、李金平为代表，虽然大部分是70后、80后，却已担负起延续高原冻土科研火种的重任。
历时三代人，中交一公院突破国际工程界多年冻土地区不能修筑沥青路面公路的禁区，建成世界第一条跨越 550公里多年冻土地区的全天候通车二级公路，成为国际冻土工程领域理论与实践的典范。
2009 年 1 月，实验室正式被交通运输部认定为“多年冻土地区公路建设和养护技术交通行业重点实验室”，2015年被科技部批准成为国家级重点实验室。
“从行业级到国家级， 6年的时间很短，我们依靠的是积淀和实力。”实验室副主任陈建兵说。
为国家重大项目提供技术支撑
“我们为青藏铁路建设无偿奉献公路冻土科研成果。”实验室副主任赵永国说。
为支持青藏铁路建设，遵照交通运输部与铁道部关于支持青藏铁路建设的要求，中交一公院于 2001 年将30多年的研究成果、原始数据资料、工程地质勘察资料以及设计 规定、科研报告、工程经验总结等全面提供青藏铁路设计、施工单位。
“没有青藏公路50多年的建设成就，就没有今天的青藏铁路”。原铁道部领导及专家感言。
如今，试验室继续为国家重大工程项目提供技术支撑。
在“国家高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室”楼内，有一处特殊的结构，这里拥有目前国内体量最大、功能最全的冻土环境室内模拟试验系统。
为模拟青藏高原上的冻土环境，试验系统内温度可降至零下30度。其内分布着密密麻麻的线头，有400多根，通过这些线路，屋内的测试数据传到外面。为了让数据贴近实地环境，实验室24小时不间断测试数据，每月仅电费近22万元。
本试验系统为哈尔滨至齐齐哈尔高速铁路工程提供了试验服务，开展了高速铁路防冻胀路基试验测试，为哈大高铁冬季运营提供了技术支撑。
在服务国内重大工程项目上，实验室已取得一定成果。玉树地震后，作为灾后重建的一部分，中交一公院开展对青康公路共和至玉树段“高速化”的研究。开展了一系列多年冻土区高等级公路的科研工作，针对共和至玉树（结古）公路建设中的路基、桥涵、隧道、环境保护等设计、施工技术难题，通过一系列的研究，基本解决了施工中的关键技术，并依托项目建设了相应的试验示范工程。
今年夏天，青藏高速公路到底如何选址、取线、采用什么标准、藏羚羊如何保护等问题将最终确定，针对这一系列的问题，实验室开展了专项科研工作。作为青藏高速的一部分，拉萨到那曲高速公路届时也将交付施工图，正式开工。
筹建陆上丝绸之路经济带相关国家冻土工程联合实验室
“除服务于青藏高速公路等重点工程，我们还在国家‘一带一路’战略中有广泛应用。”陈建兵说。
据陈建兵介绍，下一步，实验室将参与中巴喀喇昆仑公路、中俄原油输油管道、中吉乌铁路、中国-中亚天然气管道等国际重大交通及能源工程建设。筹备建立中巴、中哈、中塔吉乌和中蒙俄 4 大国家冻土区道路工程研究联合实验室,辐射丝路经济带相关国家，服务“一路 一带”国家战略。
“陆上丝绸之路经济带”跨越青藏高原、喀喇昆仑山脉、帕米尔高原、西伯利亚等高寒高海拔地区及北半球低纬度寒冷地区，涉及主要干线公路里程将达1.2万公里，与中巴经济走廊互联道路约 3700公里，新欧亚大陆桥、中俄、中哈等油气管道伴行道路约 2 万 公里，涉及中国、俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦、塔吉克斯 坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、巴基斯坦等 8 个国家。
无论是这些地方的公路工程，还是基于公路修建的石油管道、天然气管道等，都对冻土研究有极大的需求。
“我们不止是要运用冻土技术，还要将冻土的技术标准输出国外，实现标准走出去，建立寒区道路工程国际标准体系。”陈建兵说。
谈到未来5年实验室的建设，汪双杰胸有成竹。
“实验室将从创新成果、科研 条件、人才队伍、创新能力和运行管理等方面加强建设并全面提升。我们要用高原的高度来建设一个国家级的重点实验室，为打造中国交建冻土科研品牌，服务国家重大战略服务。”
