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發(fā)布時(shí)間:2025-04-01 閱讀次數(shù):355
奮力譜寫隧道技術(shù)創(chuàng)新篇章丨講述·弘揚(yáng)科學(xué)家精神
第四屆“感動(dòng)鐵科”年度人物獎(jiǎng)
馬偉斌，中共黨員，鐵建所隧道工程事業(yè)部主任，多年來帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聚焦影響鐵路隧道工程建設(shè)質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵共性問題開展科技攻關(guān)，以推動(dòng)鐵路隧道技術(shù)高水平發(fā)展為目標(biāo)，奮戰(zhàn)在高原鐵路建設(shè)、CR450科技創(chuàng)新工程等重大工程和重大任務(wù)一線。牽頭、參與制定國(guó)家、行業(yè)、企業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)20部，獲省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)30余項(xiàng)，個(gè)人榮獲火車頭獎(jiǎng)?wù)隆⒚┮陨茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得全國(guó)工人先鋒號(hào)、火車頭獎(jiǎng)杯等榮譽(yù)。
“隧道醫(yī)生”開出防排水藥方兒
“滲漏水是鐵路隧道的主要頑疾之一，防排水設(shè)計(jì)原則是‘防排堵’結(jié)合，這里‘排’就是有效排除襯砌背后來自圍巖的周邊積水，減少由于地下水位變化對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，我們團(tuán)隊(duì)一直想的就是從根源上對(duì)鐵路隧道防排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化?！闭f起工作，馬偉斌娓娓道來，“于是從2014年開始，我們對(duì)鐵路隧道防排水水害情況、不同時(shí)期采用的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)儲(chǔ)備等現(xiàn)狀開展調(diào)研與深入分析?！?/p>
通過多座隧道的調(diào)研，馬偉斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)滲漏水與防排水系統(tǒng)有直接關(guān)系，或是系統(tǒng)不完善、或是產(chǎn)品存在缺陷，需要從材料、工藝、裝備等角度入手。他們奮勇攻堅(jiān)，創(chuàng)新隧道防/排水板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，發(fā)明山嶺隧道拱墻自粘式防/排水板及粘貼式智能化鋪掛裝備及工藝，研發(fā)襯砌接縫背貼增強(qiáng)型止排水帶與防結(jié)晶排水系統(tǒng)……通過革新防排水材料的關(guān)鍵性能指標(biāo)及檢驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)隧道防排水系統(tǒng)信息化施工，從整體上突破鐵路隧道防排水長(zhǎng)期制約工程質(zhì)量與威脅運(yùn)營(yíng)安全的瓶頸。團(tuán)隊(duì)也因此獲得授權(quán)專利50項(xiàng)，形成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)8部，通用參考圖5套，在百余座隧道工程防排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用。
回溯歷程，馬偉斌最難忘的是防排水材料研發(fā)階段：“我國(guó)幅員遼闊地大物博，有的區(qū)域受風(fēng)雪侵?jǐn)_，有的地區(qū)下酸雨，有的地區(qū)是黃土或鹽堿地，不同的環(huán)境對(duì)防排水要求不同。在做調(diào)研的時(shí)候，不僅要考慮環(huán)境因素，還要向各相關(guān)單位介紹我們工作的必要性及意義?！?/p>
隧道抗防凍是隧道防排水系統(tǒng)在寒區(qū)的特殊場(chǎng)景，高緯度、高海拔的季凍區(qū)和常年凍土區(qū)尤為嚴(yán)重。為掌握凍害實(shí)情，越是天寒地凍，馬偉斌率隊(duì)調(diào)研就越頻繁。通過與鐵路局工務(wù)部門養(yǎng)修戰(zhàn)線上鐵路職工們的交流，團(tuán)隊(duì)深受啟發(fā)，針對(duì)寒區(qū)隧道防排水需求，又研發(fā)出一種保溫型防排水結(jié)構(gòu)。
原先寒區(qū)隧道洞口采用“夾心餅干”形式，需要在隧道內(nèi)掛設(shè)兩層防水板，中間鋪掛聚氨酯保溫泡沫板材，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)過多年的使用發(fā)現(xiàn)，效果并不理想，“我們新研發(fā)的噴涂成型的合成材料——生物基噴涂聚氨酯保溫材料，‘啪’一噴，既保溫，還防水，而且消除了原來的板材間拼裝接縫問題。該產(chǎn)品已在沈白高鐵、濱洲線改造和西南一些寒區(qū)隧道中試用，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)今年也要頒布了。”馬偉斌很自豪地講述著研發(fā)的新產(chǎn)品和應(yīng)用進(jìn)展情況。
隧道救援站筑起生命防線
近8年來，我國(guó)每年投入運(yùn)營(yíng)的鐵路隧道超過1000公里。截至目前，運(yùn)營(yíng)鐵路隧道長(zhǎng)度超過24000公里，其中運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度5公里以上的隧道占比約為47%。當(dāng)前西南、西北地區(qū)規(guī)劃長(zhǎng)大隧道越來越多，特別是隨著高原鐵路建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，將中國(guó)鐵路隧道修建的長(zhǎng)度和海拔高度提到了前所未有的水準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路隧道防災(zāi)疏散救援技術(shù)體系提升提出了新的更高需求。
火災(zāi)煙氣在高海拔地區(qū)如何擴(kuò)散？土建怎么選型？防災(zāi)通風(fēng)方案怎樣設(shè)計(jì)？面對(duì)一系列棘手問題，領(lǐng)回高海拔地區(qū)隧道洞內(nèi)緊急救援站優(yōu)化設(shè)計(jì)“軍令狀”的馬偉斌，果斷提出了大規(guī)模模型試驗(yàn)與仿真驗(yàn)證相結(jié)合的工作方案。在他的倡議和組織下，針對(duì)鐵路隧道斷面自研的亞洲范圍最大比例尺（1:10）模塊化可移動(dòng)拼裝式救援站模型試驗(yàn)平臺(tái)于2021年問世，可實(shí)現(xiàn)世界范圍內(nèi)所有類型緊急救援站試驗(yàn)?zāi)M。
為復(fù)現(xiàn)高原特殊環(huán)境，馬偉斌與工程建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、地方政府、環(huán)水保部門、消防部門、公安部門逐一對(duì)接，協(xié)調(diào)調(diào)配相關(guān)資源、后勤保障，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在海拔50米平原地區(qū)和海拔2800米、3200米、3800米，直至4300米的高原地區(qū)建立了多個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地。
由于高原缺氧、天氣晴雨等因素，團(tuán)隊(duì)成員在技術(shù)攻關(guān)中陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的高原反應(yīng)。馬偉斌一方面積極安排隊(duì)員下山休整輪休，一方面鼓勵(lì)大家風(fēng)霜再猛，也要守護(hù)好攻克高原隧道救援站設(shè)計(jì)難題的這把“火”。
就這樣，這把“火”在隧道事業(yè)部自研試驗(yàn)平臺(tái)上，從2022年1月一直燃到12月，完成1000多種工況的隧道模型試驗(yàn)。馬偉斌團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成7個(gè)海拔梯度、13種通風(fēng)排煙方案、3種災(zāi)害模式的數(shù)值仿真工作，為高原鐵路緊急救援站優(yōu)化設(shè)計(jì)傾注大量心血和汗水。最終科研成果優(yōu)化了19座高原長(zhǎng)大隧道（群）的洞內(nèi)緊急救援站排煙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和疏散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到相關(guān)單位的充分肯定。
“很多建設(shè)單位組織技術(shù)工人過來參觀學(xué)習(xí)，看我們像拼積木一樣搭建救援站，看到他們要修的隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜，不禁發(fā)出種種贊嘆，因?yàn)樗麄兒芏嗳丝赡芨梢惠呑?，都碰不到這么大的隧道和洞內(nèi)救援站?！眻F(tuán)隊(duì)骨干王志偉帶著自豪說。
通過分析，馬偉斌團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)以往模擬數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)值僅是趨勢(shì)相近，“但鐵路運(yùn)輸講求安全，對(duì)極值要求精準(zhǔn)，所以馬主任堅(jiān)持開展不同海拔高度的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。”王志偉全程參與試驗(yàn)，“馬主任以身作則，帶著通過現(xiàn)場(chǎng)科學(xué)試驗(yàn)得到的寶貴真實(shí)數(shù)據(jù)，與仿真模擬相互驗(yàn)證、相互結(jié)合，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在高原鐵路隧道建設(shè)中發(fā)揮重要作用?！?/p>
在馬偉斌帶領(lǐng)下，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究不同海拔鐵路隧道火災(zāi)動(dòng)力學(xué)及燃燒特性，攻克隧道內(nèi)防災(zāi)疏散救援機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化遠(yuǎn)程統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)難題，建立多場(chǎng)景下的人員疏散動(dòng)力學(xué)模型和基于VR的人員疏散新方法，構(gòu)建基于土建設(shè)施、機(jī)電設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)的長(zhǎng)大鐵路隧道防災(zāi)疏散救援技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)技術(shù)長(zhǎng)足進(jìn)步。成果直接支撐高原鐵路、敦格鐵路、合武鐵路等30余座隧道的工程建設(shè)或更新改造。
隧道空氣動(dòng)力學(xué)護(hù)航更高速度
隨著高鐵列車速度向時(shí)速400公里及以上攀升，列車空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)愈加明顯，隧道內(nèi)附屬設(shè)施在氣動(dòng)荷載重復(fù)作用下松動(dòng)、洞口微氣壓波超標(biāo)，以及列車在長(zhǎng)大隧道內(nèi)高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的音爆現(xiàn)象等空氣動(dòng)力學(xué)問題日漸突出，對(duì)高鐵技術(shù)的進(jìn)一步突破帶來了巨大挑戰(zhàn)。
“當(dāng)列車快速進(jìn)入或離開隧道時(shí)，形成正負(fù)交替的氣動(dòng)壓力，溝槽蓋板、照明等洞內(nèi)設(shè)備設(shè)施受此交變‘壓吸’作用會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)、偏移甚至脫落。那么如何保證洞內(nèi)附屬設(shè)備設(shè)施在反復(fù)氣動(dòng)荷載下的安全性是我們研究的目的之一?！瘪R偉斌率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開啟新的研究征程。
他們開展不同速度等級(jí)的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車試驗(yàn)，通過海量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)剖析更高速度條件下隧道內(nèi)氣動(dòng)荷載非單調(diào)性變化與壓力波激化規(guī)律，揭示車內(nèi)外壓力變化與隧道氣動(dòng)關(guān)鍵參數(shù)的變化規(guī)律、洞口微氣壓波隨隧道參數(shù)的變化規(guī)律與音爆機(jī)理以及隧道內(nèi)附屬設(shè)施氣動(dòng)力的影響規(guī)律，提出高速鐵路隧道洞口微氣壓波緩解技術(shù)和洞內(nèi)附屬設(shè)備設(shè)施安裝強(qiáng)化技術(shù)?！皩砦覀儾捎貌杉暮Ａ繑?shù)據(jù)作為樣本庫，將列車參數(shù)、隧道參數(shù)、氣溫氣壓等環(huán)境參數(shù)等全影響因素納入輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AI等方法融合學(xué)習(xí)，可以實(shí)現(xiàn)一隧一設(shè)，把相關(guān)參數(shù)輸入系統(tǒng)就能得到具體隧道的緩解或泄壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施?！瘪R偉斌語氣緩緩說著令人驕傲的事。
隨著“CR450科技創(chuàng)新工程”的開展，馬偉斌率隊(duì)帶著研究成果，先后在鄭萬、濟(jì)鄭和福廈高鐵開展CR450各階段試驗(yàn)，成功在海尾隧道捕捉到創(chuàng)世界記錄的相對(duì)時(shí)速達(dá)840公里的兩車交會(huì)瞬間寶貴數(shù)據(jù)。
不止新建隧道，既有隧道的提質(zhì)改造工程，馬偉斌也同樣傾注大量心血。2023年9月，他帶隊(duì)投身貴廣鐵路運(yùn)行速度200-250公里提至?xí)r速300公里改造隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)科研試驗(yàn)。
按照夜間“天窗”布設(shè)環(huán)境，馬偉斌憑借豐富經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)，更精準(zhǔn)地組織推進(jìn)試驗(yàn)，力求每個(gè)細(xì)節(jié)面面俱到。馬偉斌團(tuán)隊(duì)完成了動(dòng)車組以時(shí)速300公里速度在凈空面積92㎡、局部改造段落85.2㎡、86.8㎡、87.5㎡小斷面隧道內(nèi)通過與交會(huì)試驗(yàn)，提出動(dòng)車組時(shí)速300公里在隧道群持續(xù)運(yùn)行時(shí)車內(nèi)壓力瞬時(shí)超標(biāo)應(yīng)進(jìn)行邏輯關(guān)系調(diào)整以及6座音爆隧道應(yīng)根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求進(jìn)行調(diào)整的措施，在隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)機(jī)理、車隧噪聲及人體舒適度研究等方面取得突破性進(jìn)展，填補(bǔ)小斷面隧道行車空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)理論與試驗(yàn)研究空白，為《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)編制、高速動(dòng)車組與隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、既有高鐵隧道提質(zhì)改造提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障和支撐。
既要技術(shù)創(chuàng)新，也要從建設(shè)源頭控制成本；既要推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用一體化，還要帶出一只科研攻關(guān)能力過硬的團(tuán)隊(duì)。在馬偉斌看來，“鐵路科技創(chuàng)新需要科學(xué)家精神驅(qū)動(dòng)，鐵路隧道設(shè)計(jì)－施工－運(yùn)維全鏈條技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建，同時(shí)更離不開工匠精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作。鐵科人有理想、講擔(dān)當(dāng)、重傳承，我將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)扎根一線，聚焦鐵路隧道建設(shè)和運(yùn)維技術(shù)需求，不斷開拓創(chuàng)新，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)交通強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)自己的力量和智慧。”
