杜彦良：路桥安全守护者

杜彦良。郭昭摄

男，1956年10月出生，深泽县人。石家庄铁道大学教授、博士生导师，中国工程院院士。他长期从事道路与铁道工程领域的状态监测与安全控制技术研究，带领团队共获国家科技进步奖特等奖2项、一等奖1项，获得国家级教学成果一等奖1项。

2016年2月22日，获河北省科学技术突出贡献奖。

河北日报、河北新闻网记者郭伟

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世界第一条高原高寒铁路——青藏铁路，中国第一条重载铁路——大秦铁路，中国第一座铁路公路两用斜拉桥——芜湖长江大桥，中国第一条采用TBM施工的特长隧道——西康铁路秦岭隧道……

60余项国家级乃至世界级重大交通工程的功劳簿里，都能找到他的名字。

42年前，18岁的他成为一名光荣的铁道兵，和白山黑水一同深烙在心中的是“逢山开路，遇水架桥”的豪迈志向；

42年后，他已从士兵成长为院士，志向伴着路与桥伸向远方。

1月底，俄罗斯宣布“莫斯科—北京”高铁项目首段莫斯科至喀山段有望于2017年施工。穿越漫长冻土带，时速将达400公里，这段彰显中国实力的高铁能否安全运行，将有赖于他和团队新技术的应用与施展。

他是专家，是院士，是副校长，可他更愿意别人称呼自己“杜老师”。

逢山开路——打通中国最长隧道

铺设铁路，穿山越岭是一大挑战。

杜彦良说：“几十年来，铁路隧道一直采用人工开掘的方式，耗时费力，工程浩大。”

但当1995年，中国铁路的铁轨第一次伸展到莽莽秦岭时，人工开掘隧道的任务从“艰难”变成了“几近不可能”。

“岩石最硬、埋深最大。秦岭地形、地质构造条件十分复杂，有些岩石抗压强度已经接近钢铁的硬度，传统钻爆法已难以实现。”杜彦良说。

为打通这一堪称“人力不可为”的坚硬山体，我国从德国首次购买两台TBM（全断面岩石掘进机）。和这两台超级机器3亿多元的昂贵售价比起来，更让人咋舌的是驾驭它的难度：使用“穿山甲”要设置大量参数，进行复杂调试，当时国内无人掌握这一技术，而德方辅导开掘两公里的技术咨询费就叫价400万美元。

“必须驯服这个‘金刚钻’。”杜彦良和他的课题组不信邪。这支70多人的队伍在随后半年多时间里，完成了36卷约2000万字的资料翻译和整理工作，接连攻克了施工、检测、维修等10多个课题。

TBM的轰鸣终于响彻秦岭。

贯通！全长18.46公里，这条穿过最硬山体的秦岭隧道，一举拿下当时国内最长的铁路隧道纪录。

驯服了TBM的杜彦良趁势驾驭这头“穿山甲”转战西安至南京铁路。但新的挑战接踵而至：在磨沟岭和桃花铺地区，“不怕硬”的TBM碰到了“软钉子”。

“TBM需要按照施工地质条件进行定制。”杜彦良说，磨沟岭和桃花铺以软岩居多，这两台专为硬岩设计的德国TBM并不适用，施工中易发生塌方事故。

“办法总比困难多。”杜彦良带领团队反复试验，针对软岩特点对现有TBM参数进行全新调整。最终创建了开敞式掘进机既能掘进硬岩、又能掘进长距离软弱围岩的施工技术。

一套拥有完全自主知识产权的TBM长大隧道掘进技术体系最终成型，杜彦良和团队以此制定出国家TBM施工工法。

2015年2月，我国自主设计制造的大直径全断面岩石掘进机下线。

自此，中国开山辟路有了自己的“金刚钻”。

遇水架桥——为桥梁装上“听诊器”

重庆綦江区彩虹桥，因一场桥塌人亡的惨剧催人警醒。也正是从这次坍塌事件开始，大型桥梁安全问题日益受到社会各界广泛关注。

“传统的一年一度桥梁安全检测方式有着先天不足。”杜彦良想，能不能随时掌握桥梁的健康信息，在危险到来前让桥梁自动拉响警报呢？

灵感始自一颗螺栓。

1995年，杜彦良的团队接手一个项目，解决火车内燃机因螺杆断裂、螺母脱落击穿缸体的问题。“我们发现，这些问题多由螺栓受力不均衡造成的。”杜彦良和团队创造性地将记忆合金材料制成垫片安装在螺母和缸体接合部。“这个小垫片让螺栓实现了智能化，当螺栓受力超过限定值，记忆合金将产生自适应变形抵消破坏力，这就相当于让螺栓有了‘感觉’。”

杜彦良和他的团队试图把“感觉”器官安装到庞大的巨型桥梁中去。

1997年，当时国内跨度最大的公路铁路两用桥——芜湖长江大桥开始建设。这是集28项世界先进技术于一身的标杆工程，其首要要求就是确保运行安全，这为杜彦良实践自己的想法提供了绝佳机会。

桥梁的长期监测、安全评估及预警系统在我国铁道行业没有先例，杜彦良和团队成员面临空前挑战。

联通式动态挠度仪、网络数据采集仪、光纤应变传感器……一个个不同功能的监测仪器接连被创造出来，野外恶劣环境条件下监测系统的可靠性等技术难题逐一被攻破。

这是一项超前的多技术领域协同创新工程。当物联网概念还未成形时，杜彦良团队设计的传感器已经成功将桥梁状态感知网络化；当大数据概念还在襁褓之中，他们开发的分析软件已在处理海量实时数据方面进展神速。新材料、计算机、光纤通信……杜彦良的“跨界团队”在众多技术领域间频频穿越。

一套完善的嵌入式无线网络采集智能终端及系统被安装于芜湖长江大桥上，让这座大桥成为中国第一座“有感觉”的铁路桥梁。

“从荷载到温度，桥梁每一丝‘感觉’都能通过网络传输到控制中心。”杜彦良说，桥梁监控系统的建立保障了运行安全。

此后，武汉长江大桥、郑州黄河铁路大桥等众多大型桥梁，都安上了杜彦良设计的“实时体检系统”。

2007年，一艘大型运输船撞上武汉长江大桥桥墩。当业界和媒体质疑这次撞击会否对大桥带来破坏性伤害时，监测系统数据分析显示：撞击力和桥梁情况在允许范围内，安全无忧。短时间内，长江大桥恢复通行。

穿越冻土——禁区中监测“天路”

解决不了冻土带来的安全问题，青藏铁路就无法建成。举世瞩目的“天路”规划之初，就有国外专家如此预言。

青藏铁路穿越550公里多年冻土地区。这些含冰的冻土层，冬天冻结膨胀，夏季融化。反复作用，可使路基发生破裂和塌陷。

“2002年，我们来到长江源头——沱沱河。”为解决这一世界级难题，杜彦良和团队来到高寒缺氧、气候变化无常的青藏高原，开始实施“青藏铁路多年冻土路基地温长期监测系统”项目。

“芜湖长江大桥的实践一定可以在冻土地带复制。”杜彦良认为。

但实际情况复杂得多。起初，杜彦良项目组计划通过预埋光缆实现监测功能，但却被施工方告知，光缆未预留，也不会再铺设。

无线传输是唯一的替代方案。但要做到稳定可靠，需要一遍遍实地试验。

沱沱河海拔超过4500米，被称为“生命禁区”。“驱车从驻地格尔木赶往施工地沱沱河，车程3小时。常常是一小时前艳阳高照，一小时后大雪纷飞。”

风雪中，笔记本电脑因低温无法运行，大家就轮流把羽绒服脱下来，焐热电脑后使用。气压太低方便面煮不开，大家就直接啃干面充饥。

在头痛、恶心等高原反应的伴随下，杜彦良团队的“天路方案”渐次成形。“我们研发出适用于高寒恶劣环境的高精度冻土路基变形传感装置、冻土路基稳定性和灾害预测分析软件。”

最终，杜彦良和他的团队，将12384个监测点安装在550公里长的冻土路基下。

自动分析、自动预警，安全监测系统运行至今，稳如磐石。

2006年，系统发出一个警报。工作人员赶往发出警报路段时，发现一处路基的护坡因冻土变化出现损坏，在损害远未影响到列车行驶时，隐患就得到了排除。

随着我国在东北地区的建设，杜彦良又带领团队挥师东北，建立了世界第一条高寒高速铁路——哈大高速铁路路基稳定性长期监测与预测预报系统，研究成果此后在我国东北最北端哈齐高速铁路上成功应用。不久的将来，也将应用于“莫斯科—喀山”高铁。

从桥梁、路基、隧道，乃至整个铁道线路，杜彦良为越来越多的大型交通基础设施装上了“监护仪”和“安全带”。

“安全梦”是杜彦良孜孜不倦的追求。“我希望全国所有的交通设施重大结构都有切实有效的安全保障系统。”杜彦良透露，目前他正在承担国家重点战略咨询项目“交通基础设施重大工程结构安全保障战略研究”，以期实现结构安全状态的数字化和信息化，“不仅要百年设计，更要百年安全。”