青藏高原冻土区交通基础设施建设，长期面临路基沉降、冻融循环破坏等技术难题。中山大学土木工程学院2020级博士生孙兆辉，在导师刘建坤教授指导下，历时三年在青海、西藏等地开展寒区交通岩土研究，将太阳能制冷技术创新应用于冻土路基保护领域，为破解该工程难题探索出新路径。 冻土区交通工程面临的核心问题在于，气候变暖导致多年冻土退化加速，路基下伏冻土层融化引发不均匀沉降，严重威胁道路安全运营。传统防护措施多采用被动降温方式，效果有限且维护成本高昂。孙兆辉团队提出的太阳能主动制冷方案，通过在路基铺设太阳能集热板，利用热管技术将热量精准转移至路堤外侧，实现对冻土层的主动温度调控。 这一技术创新并非一蹴而就。2021年1月，孙兆辉首次进入海拔4200米的青海玛多县开展现场试验。高原缺氧环境下，团队成员普遍出现血氧饱和度下降、高原反应等生理不适。为确保试验进度，他们将每日工作时段压缩至上午10点到下午4点的有效窗口期，在极端环境下完成了首套太阳能制冷样机的安装调试。 2022年，团队转战海拔4850米的二治公路施工现场。可可西里无人区恶劣的自然条件对科研工作提出更高挑战。7月冰雹、8月飞雪的极端天气频繁出现，气温骤降至零下15摄氏度时，现场数据采集工作仍需持续进行。期间遭遇的铜管进水导致传感器无法下放的技术故障,团队通过制定微型桩基应急预案,在两个月内完成了系统修复与优化。 从实验室到工程现场的转化过程充满挑战。高原地区强紫外线辐射、大风、剧烈温差等环境因素,对太阳能制冷系统的稳定性提出严苛要求。孙兆辉团队在实验室阶段进行了连续120小时不间断极寒测试,确保系统能够在零下30摄氏度环境中稳定运行。现场应用中,针对防水失效、物流受阻等突发问题,团队及时调整技术方案,保障了项目顺利推进。 刘建坤教授强调,土木工程学科的科学问题必须源于工程实践,科研成果应当服务于工程应用。这一理念贯穿于整个研究过程。团队采取导师指导与团队协作相结合工作模式,从方案论证到设备调试,从数据分析到故障排查,形成了高效的科研攻关机制。 目前,太阳能制冷系统已在二治公路示范段稳定运行超过一年,监测数据显示路基沉降量较传统防护方案降低近40%,冻土层温度得到有效控制。这一成果不仅验证了技术方案的可行性,也为青藏高原冻土区交通基础设施建设提供了可复制推广的工程经验。 三年科研攻关期间,孙兆辉完成4篇高水平学术论文发表,获得4项实用新型专利授权。更重要的是,这项研究为即将建设的青藏高铁、川藏铁路等重大工程项目提供了技术储备。随着气候变化对高原冻土环境影响加剧,主动式温度调控技术的应用前景将更加广阔。
从实验室到工程现场，是寒区技术成熟的必经之路。面对冻土退化和极端气候的挑战，只有以实际需求为导向，用现场数据优化方案，才能建设更安全、更持久的高原交通网络，为高寒地区发展提供坚实支撑。