2021年国家科技进步奖提名项目公示
一、项目名称
二、提名者及提名意见
提名者：交通运输部 提名意见：
我国是全球高海拔多年冻土唯一集中连片分布地区，青藏高原多年冻土分布面积达150万平方公里。长期以来，受制于冻土融沉冻胀这一世界工程难题，自20世纪50年代，青藏高原首条冻土公路―青藏公路等4条进藏国道通车以来，交通行业再未上马重大道路工程建设项目。面对国防和区域经济社会发展的迫切需要和青藏两省区广大人民众对提升交通基础设施服务能力和水平的强烈呼声，国家十二五、十三五高速公路网规划中均列入进藏高速公路通道。为保证青藏高原多年冻土区大尺度公路能落地、建得成，近十年来国家科 技部、交通运输部及青藏两省区先后投入研究经费1.5亿元，设立14项课题，由13家设计、科研、高校、建设等单位，在高寒高海拔多年冻土大尺度高等级公路建设急需的工程理论、设计方法和冻融控制关键技术联合攻关，取得重大突破。首次创建冻土工程尺度效应理论，提出冻土工程能量平衡设计方法，攻克大尺度冻土路基冻融变形控制、大断面桥隧构造物抗冻防融等关键技术，系统创立我国独有的高寒高海拔多年冻土区大尺度公路建设技术，支撑建成全球第一条多年冻土高速公路，有效控制冻土工程病害率<6%。该项目系原始创新，研究环境艰苦，技术难度大，涉及专业领域广，经科技部、中国公路学会组织成果评价鉴定，项目成果达国际领先水平。
项目提出的冻土工程尺度效应理论奠定了大尺度公路冻融灾害防控理论基础，提出的设计方法和关键技术应用于我国多年冻土区公路升级改造3500km，新建共玉、花大高速公路1100km，推广应用于中巴公路建设。
项目成果是近40年来我国交通领域公路冻土工程技术的升级与突破，大幅提升我国冻土工程的国际影响力，经济和社会效益特别显著。
交通运输部同意推荐该项目申报2021年度国家科学技术进步一等奖。
三、项目简介
本项目研究属交通运输领域。多年冻土占全球陆地总面积的1/5，我国约1/4国土分布多年冻土。冻土融沉、冻胀是公认的国际工程难题，国际上冻土工程病害率高达35%以上，至今未在多年冻土区大面积修筑沥青路面公路，无成熟经验借鉴。20世纪50年代青藏、青康、新藏通车后，由于出现严重的工程病
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害，50多年间青藏高原多年冻土区未新建公路，严重制约国防及区域经济社会发展。
如何保障多年冻土区大尺度公路特别是高速公路能落地、建得成，亟需攻克三大难题：①破解新建大尺度公路热能量聚积耗散风险的工程理论；②控制冻土与工程间相互强烈热作用的设计方法；③预防大尺度公路路基、桥、隧道工程灾变的技术措施。在国家及部委支持下，历经近十年理论技术创新，形成自主知识产权的多年冻土区大尺度公路灾变防控理论及设计技术体系。创新点如下：
1.深度挖掘40年海量监测数据，揭示了公路与其他工程间的热干扰效应，发现了路基路
面尺度与路基病害的关系，揭示了基于时间维度的热能变化引发冻土病害的非线性效应。国际首创公路冻土尺度效应理论，解决了多年冻土公路病/灾害演化普遍规律深度认知的世界性难题。
2.创建考虑冻土退化趋势的多年冻土路基热平衡计算模型，在国内外首次建立了公路冻土温度、冻土上限双控的能量平衡设计方法及参数体系，突破了多年冻土区新建公路缺乏路基科学设计的技术瓶颈，路基平均高度从6m降至3m，成功应用于全球第一条高原多年冻土高速公路――共和至玉树公路建设。
3.针对大尺度路基冻融变形问题，研发了具有自主知识产权的多年冻土公路多尺度路基能量智能调控技术与装备，创立弥散式通风路基设计方法与施工技术，攻克了冻土分布不均匀高风险路段融沉病害防控难题；自主研发了具有梯度热导率向下递减的路面结构、材料与施工技术，有效解决了沥青路面强吸热诱发路基冻胀融沉的这一世界难题；发明阻热导冷路基结构，实现路基热量定向诱导，消除了整体式宽幅路基中心能量聚集产生中心融化盘致灾风险。
4.针对大断面桥隧结构灾变防控问题，首次揭示桥梁纵、横向桩在水热化叠加效应下
桩周融化影响规律，提出桩回冻时间及施工合理周期；首次提出大断面隧道冻融圈影响范围及能量平衡关系，创新分阶段防控技术体系，解决了大断面隧道热融灾变防控难题，取得了多年冻土隧道设计方法的重大突破，建成世界上海拔最高的多年冻土区长大隧道――花大高速雪山一号隧道。
项目申报专利126项，授权发明专利35项，软件著作权7项；发表论文280篇（SCI/EI收录116篇），出版专著11部；制定行业、地方标准9部，纳入国家、行业标准4项；获省部特等奖3项、一等奖5项。系列成果在青海、西藏、新疆等省区及中巴公路推广应用3500km，实现高原冻土二级公路大修年限延长3~5年，新建高速公路施工平衡期病害率<6%。经济效益41.78亿元。开创了高温冻土区修建高速公路的国际先河，创造了青藏公路建成60年仍全天候通车冻土工程界的世界奇迹，有力提升了冻土工程技术的国际影响力。
四、客观评价
1. 评审意见
2021年2月至5月，科技部、交通运输部和中国公路学会分别组织8位院士和6位行业内专家对国家科技支撑计划项目“高海拔高寒地区高速公路建设技
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术”及5个课题进行成果评价，评审意见如下：“本项目创立公路冻土工程尺度效应理论；构建了高原多年冻土地区高速公路冻土工程设计方法；建立了高海拔高寒地区满足运行安全的高速公路安全设计技术体系；系统集成大尺度冻土工程防融、抗冻、耐久的技术体系，攻克了高寒高海拔地区高速公路路基、路面、桥梁桩基、隧道及环境保护等关键技术；攻克高海拔高寒地区高速公路长距离、大范围、实时自动监测的技术难题。项目成果填补了国际高速公路多年冻土工程研究空白，总体达到国际领先水平”。
2. 获奖情况 （1）项目成果“青藏高原冻土地区公路修筑技术基础平台”获2021年度中国公路学会科学技术特等奖；
（2）项目成果“高原多年冻土地区高速公路建设新技术研究”获2021年度中国公路学会科学技术一等奖； （3）项目成果“共和至玉树高速公路建设关键技术”获2021年度中国公路学会科学技术特等奖；
（4）项目成果“公路安全风险识别、防控技术及装备”获2021年陕西省科学技术一等奖；
（5）项目成果“高原多年冻土区公路隧道设计与施工关键技术”获2021年中国公路学会科学技术一等奖。
（6）项目成果“高原多年冻土高速公路建设关键技术”获2021年度中国公路学会科学技术特等奖；
（7）项目成果“高寒地区公路运行状态监测体系及灾害预警关键技术”获2021年度陕西省科学技术一等奖；
3. 媒体报道
截止目前，国内专业媒体针对本项目研究成果累计进行了10余次报道，《新华网》、《科技日报》、《中华人民共和国交通运输部》网站、《中国交通报》、《青海日报》等相继报道了高寒高海拔高速公路建设技术研究进展，产生巨大的反响。
（1）2021年10月8日，《新华网》刊发报道“五问青藏高速公路修建：高速公路何时通拉萨”，报道指出：本项目成果“将为成功建设高海拔高寒地区高速公路扫除技术障碍，提升高海拔高寒地区高速公路交通安全和服务水平”。 （2）2021年4月5日《科技日报》报道，
在服务重大工程项目上，针对共和至玉树公路建设中的路基、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，项目成果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，成为玉树灾后重建的重要部分。
（3）2021年5月27日《中国交通报》报道，共玉高速公路运用项目研究提出的草皮边坡防护技术以后，“草皮边坡不仅保护了生态环境和冻土，提供施工效率达5倍以上”，提出的退化草场草皮移植复垦技术，实现了“公路边坡植被有了保障，草场起死回生，众增加收入，一举多赢”。
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（4）2021年6月6日《青海省人民政府》网站报道，我国第一条在青藏高原建设的冻土高速公路――青海共和至玉树高速公路，经过广大交通建设者5年的攻坚克难，即将于年内实现通车。这条集高寒、高海拔、高速公路于一身的“三高”公路，不仅最大程度地实现了集成创新，而且已取得技术进步与创新成果15项以上，其中3项成果达到国际领先水平，2项达到国际先进水平。
（5）2021年6月13日《青海日报》报道：项目成果为全球首条多年冻土区高速公路共和至玉树公路提供了强有力的支撑，“通过管理理念创新、先进科技手段推进以及日常精细化管理措施的落实，共玉指挥部共节约建设成本近5亿元。在平均海拔4100米以上严峻的施工环境考验和建设难度下，5年多来安全生产保持了零伤亡，环保工程成为高海拔高寒地区示范工程，取得了显著的经济、社会、环保效益。”
4. 其他评价
项目研发团队获2021年度感动交通十大年度人物，获2021年中华总工会授予的“工人先锋号”称号。
五、推广应用情况
研究成果直接服务于青海省共玉公路、花久公路建设，青藏公路等多年冻土公路养护累计超过1200公里，推广应用于中巴喀喇昆仑公路、漠北公路、中印边防公路等3500公里，并为待建的青藏高速公路提供技术支撑。
本研究成果推广应用前景十分广阔，预计将直接应用于青藏高速公路、新藏公路升级改
造等3000公路的建设，而且还可为“一带一路”多年冻土区公路工程建设与养护以及铁路、管线等其他行业提供经验借鉴。
主要应用单位情况表 应用单位名称 应用技术 应用的起止时间 应用情况 成果直接应用于青海省共玉高速公路、花久公路、扁门公路等新建公路和G214、S308、S309等旧路整治工程，保障建成世界首条高海拔多年冻土区高等级公路，首次建成国际上海拔最高、断面尺度最大的多年冻土隧道，首次将多年冻土地区道路工程病害率控制在10%以内。 成果推广应用于西藏自治区1230km多年冻土区道路，道路服务水平大幅提升，直接服务于青藏公路（G109）的养护与维修，目前车辆平均行驶速度达80km/小时,达到历史最好服务水平。并为青藏高速公路工程可行性研究青海省交通运输厅 高寒高海拔多年冻土区大尺度公路建设技术与应用 2021.5-2021.12 西藏自治区交通运输厅 高寒高海拔多年冻土区大尺度公路建设技术与应用 2021.3-2021.12 4
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