2020年12月12日,鄭州至太原高速鐵路焦作至太原段開通運營,標志著我國在黃土地區第四條高速鐵路建設圓滿收官。
“驟起狂風黃土騰,厚積浩瀚與云平。”為這段高鐵順利建成提供了重要技術支撐的西北大學地質學系教授王家鼎,難掩激動之情,寫下了上述詩句。
在大面積濕陷性黃土地區修建高速鐵路,是一個世界性難題。“黃土地區由于黃土結構的疏松性,受機車振動、降雨等影響,很容易產生路基沉降、邊坡滑塌等問題,從而威脅列車運行安全。”王家鼎說,“我和我的團隊與多家鐵路單位合作,就像‘打夯’的勞動者一樣,進行黃土災害研究,用科學技術夯實黃土地區高鐵路基。”
“鄭太高鐵焦太段遇到了極為特殊的不良土體邊坡,失水開裂,遇水崩解,有塹必塌,有坡必滑,給高鐵建設帶來極大挑戰。”王家鼎告訴記者,他和團隊成員沿著鐵路規劃路線開展野外勘測和試驗,進行了一系列技術攻關。
“規劃路線上交通不便,很多地方我們只能步行,吃住在老鄉家里。一次野外勘測往往需要1到2個月。”王家鼎說。通過原位大剪試驗、原位崩解試驗、振動促裂促崩試驗等,王家鼎帶領團隊成員對遇到的特殊不良土體邊坡的失水開裂特性、抗剪特性及遇水崩解特性進行了深入研究,提出了柔性生態護坡工法及邊開挖邊防護理念,有效解決了鄭太高鐵焦太段的邊坡滑塌問題。
鄭太高鐵是我國繼鄭西高鐵(鄭州—西安)、大西高鐵(大同—西安)和寶蘭高鐵(寶雞—蘭州)后,在黃土地區建成的第四條高鐵。而這四條高速鐵路的建設,王家鼎和他的團隊都參與其中。
“印象最深的就是鄭西高鐵,這是我國在黃土地區建設的第一條高鐵,沒有任何前人經驗和相關數據可以參考,全靠我們自己去研究、試驗。”王家鼎說。
鄭西高鐵采用的是無砟軌道,即采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎取代散粒碎石道床的軌道結構,對沉降要求極其嚴格,必須控制在1.5厘米以內,兩軌間距的精準定位更是在毫米級別,只有這樣才能確保高鐵安全運行。
王家鼎和他的團隊承擔了高速鐵路機車振動引起路基沉陷問題這一重大科研項目,開始艱苦攻關。“我們開車沿著鄭西高鐵走了3趟,每個重點路段都要勘探、采樣,還需要進行振動測試和波速測試。最深的地方我們挖了30米,取土研究。”王家鼎說。
通過大量的野外調查、室內試驗及計算推理等,王家鼎拿出了第一份濕陷性黃土地基的動力特性與設計參數,為鄭西高鐵的設計和施工提供了可靠的技術支撐。鄭西高鐵從2010年開通運營至今,路基方面沒有出現任何瑕疵。
多年埋頭鉆研,王家鼎和他的團隊攻克了鐵路建設中的黃土振陷、濕陷、滑坡和隧道塌方等災害的重大科學難題和技術瓶頸,創建了我國鐵路黃土災害防控技術標準體系,研究成果獲國家發明專利51項,已經在國內外20余條高速鐵路和重載鐵路建設中推廣應用。
“新的一年,我將繼續做好學生培養和科研工作,為國家的高鐵建設和經濟社會發展貢獻綿薄之力。”王家鼎如是說。
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