黑暗里,地下水被岩层束缚在缝隙中。它们在等待一个机会,一个从岩体中迸溅而出、自由流动的机会。
当隧道掘进机、盾构机这样的大型机械轰鸣声传来,它们知道,机会来了。坚固的刀头会轻松搅碎岩石,就像在吃一块饼干。身上的绳索一旦解开,地下水便会爆发出惊人能量。它们会携带大量沙土沙石奔腾而出。这就是令施工人员谈之色变的“突水突泥”。
人们一直在寻求驯服突水突泥的方法。2001年,山东大学岩土与结构工程研究中心(以下简称“岩土中心”)成立。22年来,他们结合突水突泥灾害防控的国家重大急需,团队作战、协同攻关,深入推进学科交叉创新,凭借地下工程不良地质超前预报和突水突泥治理理论与技术等“杀手锏”,改变了这场博弈的力量对比。
攻克不良地质体预报重大技术难题
云南大山深处,全长664.24公里的滇中引水工程正紧张施工。
埋深上千米的隧道掘进机主控室内,一排排数据在液晶屏上闪烁、跳动,各种蕴含掌子面(指地下工程中的开挖工作面)前方地质信息的数据持续传输到超前地质预报系统主机上。
这一套设备,是岩土中心最直观的实力体现。
2001年,岩土中心成立时,正是中国大规模开展基础交通建设的前夜。
中国山区与岩溶地区众多,隧道几乎成了大规模基建的标配。在穿越岩溶、断层破碎带、地下暗河等不良地质时,突水突泥、塌方等重大灾害如影随形,由于隧道“被卡”导致工期延期的状况屡见不鲜。
想安全高效地进行大规模地下工程建设,此关非过不可。
岩土中心成立之初,岩土工程科研团队就瞄准不良地质体预报这一重大技术难题,展开攻关。
“岩土就像人体,岩层的断裂或损伤就像人体发生了疾病,我们要像医生一样,会使用CT设备等各种探测仪器透视石头的裂纹、作出诊断。”团队超前预报方向带头人刘斌描述破题思路。
冷板凳坐了十几年,他们对着几百米长、十几米宽的钢铁巨兽敲敲打打,给它装上各种挂件、嵌上各类管道,让它变得无所不能——
装上“眼睛”,从此,巨兽可以清晰“看见”破碎岩层;
装上“耳朵”,从此,巨兽可以敏锐“听见”流水异响;
装上“鼻子”,从此,巨兽可以精准“嗅出”逸出气体。
2016年6月,岩土中心研发的超前地质预报仪器搭载到我国首台国产全断面隧道掘进机“吉林引松号”上,开始了该技术设备的首次应用。在隧道掘进期间,设备准确探明全线24个致灾地质构造,保障吉林引松供水工程提前9个月安全顺利完工。
一战而捷。此后,岩土中心持续创新,科研成果广泛应用于国内各大工程现场,为全国26个省份300多个重点难点工程保驾护航,预报设备成功搭载到30余台掘进机上,在西藏、新疆、云南等地极复杂地质条件和极恶劣工作环境中大显身手,做到了不遗漏任何重大灾害源,相关成果获得国家科技进步奖二等奖4项、国际隧协技术创新奖1项、中国专利金奖1项。
把“融合”作为育人方式的灵魂
张庆松教授到岩土中心时刚30多岁,最喜欢的事是和学生一起下工地、钻隧道。那是一个粗犷的地方,机器轰鸣、尘土飞扬又布满泥泞。
张庆松曾经有过这样的经历:施工过程中,水和泥突然涌出,在场的工人、教师、学生撤出去后,惊魂稍定,相视而笑,他们的心仿佛融合在了一起。
张庆松喜欢工地带来的这种融合感。“融合”二字,也是岩土中心育人方式的灵魂。隧道与地下工程区位偏远艰险、环境极端恶劣、技术难度空前,要培养具有尖端创新能力、善于解决复杂工程问题的人才,必须在“学科交叉融合”“教学场景融合”上下功夫。
岩土中心师生们的专业背景很庞杂,但是干事创业、工程报国的热情和信念让大家融合在一起。出身岩土、地质、地球物理、数学、计算机、控制等不同学科的人才集聚,以学科交叉融合赋能人才培养,为解决重大工程科技难题各尽其才。研究生任玉晓本是数学专业,来到岩土中心后,运用其数理基础和数学专业特长,破解了隧道超前预报数据反演成像难题,反演时间大幅缩减,有效提高了不良地质体的探测效果与效率。
大家在学科交叉融合的前沿碰撞思维,研究课题。张庆松把这形容为“所有人在一个锅里吃饭”,为了研发一套设备,各尽其才,共同努力,一起收获。
企业出题,师生共同答题,是岩土中心培养人才的另一个特色。岩土中心建立“引企入校,师资去企”的人才双向互通机制,把创新做在产业需求的最前沿,做在工程抢险的火线上,做在校企协同攻关上,不断培养学生引领行业发展的创新能力。
“科研就是从工程实际中找问题,再带着问题找办法。”岩土中心还将育人和工程现场融合,在他们的工程现场,科研实验室、图书馆是必备基础设施。多名岩土中心教授都提到,虽然条件艰苦,但工程现场对学生的吸引力越来越大。师生共驻工程现场,在实战中边教边学边成才的方式,也颇具成效。“工地上带出来的学生,和教师的感情更加深厚。教师的言传身教,在特殊的场景里更具教育意义。”岩土中心教授许振浩说。
围绕党建打造树立工程报国信念的“金钥匙”
岩土中心的课题组、项目组分布在全国各地的工程现场。引人注目的是,他们的课题组、项目组进驻哪里,临时党支部就建在哪里。
“关键时刻站得出来,危急关头豁得出去。”岩土中心在科研工作上的突飞猛进,离不开党员先锋模范作用的发挥。
岩土中心党支部书记李海燕的故事颇具代表性。2015年5月,广西平南县,受岩溶影响,40万立方米水涌入某水泥企业的矿坑,把矿坑变成了水深6米多的“大湖”。周边房屋损坏、农田塌陷,企业被迫停产,经济损失达数亿元。
赶到现场的李海燕看到,矿坑三面环水,地下岩溶、裂隙随处可见,到处都在涌水。不仅团队成员,连企业方面都没抱太大希望,负责人把“目前各单位的治理工作都是在探索”频频挂在嘴边。
李海燕认为,当务之急是统一思想、提振士气。他向上级申请成立临时党支部,随后带领党员详尽调查、屡败屡战。为了将引水管安放到最合适的位置,一名党员主动下水安装,出水时嘴唇已冻得发紫。最终,在距地面70米深的地下,他们找到了长、宽不到0.5米的关键水道,利用团队自主研发的注浆新材料和工艺,成功治水。
“我们的很多项目都在人迹罕至的高原、戈壁,自然环境恶劣,吃住条件简陋。不树立远大理想,不牢固家国情怀,人是待不住的!党建是凝心聚力、树立工程报国信念的‘金钥匙’。”张庆松说。
持续多年把支部建在科研现场,加强支部规范化建设,强化党员思想政治教育,使党建与业务相得益彰、共同腾飞。2018年,岩土中心党支部获评全国党建工作样板支部。刘斌说:“很多时候,事业做不好的根源是思想问题。对这样一个大的团队,如果党建做得好,很多工作就会无往而不胜。”
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