2023年北京“最美科技工作者” | 傅志斌:成就“跨界”的巖土工程師
巖土工程師是一個“在刀尖上起舞,在懸崖上漫步”的職業,需要綜合把控地下復雜的巖、土、水情況。面對壓力和挑戰,建設綜合勘察研究設計院有限公司副總工程師傅志斌迎難而上。從鉆井工程到巖土工程再到文物保護工程,他在不斷的“跨界”挑戰中,一次次創造著巖土工程人的新突破。
記者/薛景文(實習) 王雪瑩
巖土工程師是一個“在刀尖上起舞,在懸崖上漫步”的職業,需要綜合把控地下復雜的巖、土、水情況,應對各種施工過程中的突發事件。面對壓力和挑戰,建設綜合勘察研究設計院有限公司副總工程師傅志斌迎難而上,以雙腳丈量大地,用技術打造堡壘。從鉆井工程到巖土工程再到文物保護工程,他在不斷的“跨界”挑戰中,一次次創造著巖土工程人的新突破。
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在學習中厚積薄發,在實踐里攻堅克難
為什么會選擇巖土工程專業?傅志斌認為這是興趣引領的結果。本科時期,因為想要學習一個具有相對“確定性”的專業,傅志斌選擇了鉆井工程,即在勘探到油氣資源后進行鉆井。然而,在學習的過程中,他接觸到了研究地下復雜情況的需要的地質學和土力學、巖石力學知識,而這幾門學科中特有的“不確定性”一下子吸引了他。自此,傅志斌經常泡在圖書館里,如饑似渴地閱讀這方面的書籍和雜志。在興趣這位“老師”的引導下,傅志斌通過自學相關課程順利考取了中國科學院巖土工程專業的碩士研究生。
傅志斌發現,本碩期間學生主要以知識學習為主,而要將輸入轉變為輸出、將知識轉化為實踐能力并不斷發展創新,還需要經歷一個艱難的飛躍與升華過程。他認為,書本上學到的知識是相對固定的,但在巖土工程實踐中,每一個工程面對的土質、地下水、周邊環境條件都不一樣,可以說是千差萬別?!八哉f,讀巖土萬卷書,還要行實踐萬里路,在草稿紙上和計算機里是培養不出優秀的巖土工程師的,理論必須要和實踐緊密結合?!彼缡钦f道。
在土木工程行業,有一種通俗的專業分類:對地面以上建筑部分進行研究和設計的主要為“建筑師”和“結構工程師”;對地面以下或山體、邊坡等進行研究與設計,與巖、土、水有關的則被稱做“巖土工程師”。簡單來說,建筑師主要負責設計外形與功能,結構工程師主要負責建立和布置構、配件承重體系賦予建筑骨架,而巖土工程師則負責將建筑延伸到地下并從地下托舉起來,確保地下部分建設能成功實施并保證建筑建成后不倒、不斜、不過大沉降,巖土工程師責任之重大,可見于此!
與鋼筋、混凝土等均質和人工材料不同,埋置于地下的巖體和土體差異性大、離散性強,加上受到難以琢磨的地下水影響,情況就更加復雜。在傅志斌看來,結構工程師像是西醫,面對均質材料,可以精確地計算出每一梁、板、柱、架的受力和變形情況,進行精準設計;而巖土工程師則可能更像中醫,需要在綜合把握巖、土、水特性的情況下進行綜合判斷和平衡治理。傅志斌認為,綜合調動思維、統籌解決問題應是巖土工程實踐工作的基本原則之一;也正因如此,讓巖土工程這門學科具有獨特的魅力。
巖土工程更是被他形容為“形散而繩不散”的一門學問。
“從外在看,我們好像做了很多行業不同領域的工程項目,有深基坑、有地基處理、有地下水抗浮治理,也有隧道、有邊坡支護,還有礦山地質環境治理,巖土質文物保護工程,看上去顯得‘很散’、‘跨界’,但在本質上,這些工程項目要解決的核心問題、需要的專業知識和能力卻是相通的,即對巖、土、水基本特性的把握和利用其性能進行協調治理?!薄盎局R和處置能力是‘神’也是‘繩’,而不同類的工程項目是‘形’,通過‘巖、土、水’這根‘繩’,就聯系在一起了,就都成了我們的工作范圍?!备抵颈笮蜗蟮慕忉尩?。
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創新文物保護手段,為云岡石窟“做體檢”
2002年,傅志斌團隊從七家競標單位中脫穎而出,承擔了具有1500多年歷史的世界文化遺產——大同云岡石窟防風化防水保護勘察設計工作。
從歷史上看,對如此巨大而重要的文物進行全面勘察在國內實屬罕見。不僅如此,由于云岡文物造像屬于大型石質文物,在山體砂巖上雕刻而成,其具有不可移動、不可復制、不可再生的特性,因此在勘察工作中不僅要盡量規避使用具有損害性的鉆探、振動等常規勘探手段,還要保證探測信息的高精度,因為精細石雕表面即使是一毫米的失誤都有可能損害珍貴的文物,造成無可挽回的損失;西北塞外酷暑和嚴寒對探測技術和設備也是個嚴峻的考驗……這些挑戰都化成了壓力,壓在了傅志斌及團隊的肩頭。
經過仔細研究和審慎分析發現,解決石窟風化問題的關鍵在于“治水”。一方面,流水沖刷會侵蝕巖石;另一方面,水中含有的大量鹽分會隨著水流滲入巖石縫隙中,鹽漲會導致石窟佛像雕刻崩裂。想要“治水”,第一步就要摸清水的來源,而云岡石窟造像等的形狀并不規則,想要采用無損手段去探測整個山體中水的來源難度極大。
于是,傅志斌和團隊嘗試將地質雷達、井間CT、鉆孔成像、示蹤等多種手段應用于石窟工程勘察,為文物做了一次全面“體檢”,成功摸清了云岡石窟四種水害的來源。之后依據地質科學理論、現場勘探試驗、實測資料等進行綜合分析,對加速石雕風化的水害運行途徑進行了深入研究和分析,在此基礎上提出了有針對性的、兼顧文物保護和工程實施可能性的治理方案建議。項目成果受到國家文物局和國際教科文組織評審專家的高度認可。不僅如此,他還基于云岡石窟保護工程的研究與實踐,總結出一套適用于大型巖土質文物保護勘察工作的無損、高精度原則,指明了巖土質文物保護勘察的特點和發展方向,初步建立了巖土質文物保護勘察工作的基本框架,為后續大型巖土質文物保護勘察工作提供了重要的技術與理論支持。
傅志斌還在國內首次提出了將膨潤土防水毯(GCL)應用于大型巖土文物防水保護的設計方案,并開展了多方面的GCL應用試驗研究。如今,這一研究成果已被應用在多項大型文物保護工程中,對國內大型巖土質文物防水保護工作起到了積極的推進作用。對此,他表示:“作為在文物保護工作中責無旁貸的勘察人,有責任讓這些寶貴的文化遺產在下世紀繼續散發它特有的魅力?!?/p>
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做研究初心不改,干工程使命不怠
作為巖土工程師,傅志斌始終告誡自己,工作一定要“戰戰兢兢,如履薄冰”,因為每一個項目都有著自己的特性,切忌“狹隘的經驗主義”。從業數十年,他永遠忘不了北京海關大樓地下車庫深基坑開挖工程。
相比于其它項目,該項目存在三大困難:一是由于建設方土地資源有限,深基坑開挖邊線緊貼現有北京海關16層大樓,大樓本身沒有樁基礎支撐,因此開挖和支護過程中工程的安全要求極高,而每天關稅收入2億多元的大樓一天也不能停擺;二是護坡樁間止水極為困難——基坑深度約為22米,但地下水位埋深卻在在15米左右,開挖到此處砂卵石層時有大量地下水涌出;三是緊鄰基坑平房對工程安全性影響的不確定性。其中緊鄰平房的安全性處理讓他終身難忘。
一開始的基坑開挖和支護交替施工進展尚算順利,也沒有開挖到地下水層面,可到了11月初,就在基坑開挖到約10米深位置時,基坑南側邊坡的變形監測數據突然變大,地面開裂,地面沉降速率超預期,而這種變化或將嚴重影響工程的整體安全!雖然緊張,但沉著冷靜的傅志斌立刻開展調研,確定距離基坑南側坡頂僅50厘米處的一間一直關閉的單獨小平房是重大風險源,其墻身原有裂縫已有發展跡象;進一步調研發現,基坑邊上的小平房是附近居民的供暖鍋爐房,他結合時間線索突然意識到,當時北京即將進入冬季供暖期,鍋爐房里為此突然儲存了十余噸的供暖柴油,在這種重壓下,地面的變形速率必然會加快,而如果繼續開挖導致平房坍塌,周圍幾棟樓100余戶居民的冬季采暖將面臨嚴重威脅,后果不堪設想!
盡管找到了原因,但如何快速有效解決這一問題成了難題,而行動必須迅速,不能任由變形加速發展。為此,傅志斌一方面安排團隊進行支護結構豎向被拉增強,另一方面快速安排鉆機進場勘察取樣進行三軸試驗,與高校研究團隊一起利用自研軟件進行模擬計算,評估后續開挖的安全風險和支護調整措施,在科學分析研究的基礎上最終決定在坡面上增加了一道錨桿,用很小的變化和最低的成本解決了這一重大危險,基坑開挖到底鍋爐房都是安全的,沒有影響附近100多戶居民正常供暖。此工程不僅解決了項目上出現的未預料到的重大難題,還為其它類似問題提供了有效的解決方案路徑和經驗,對行業的技術發展具有重要意義。
在北京海關工程實施過程中,為了及時發現并解決問題,傅志斌每天都堅持到坑底進行巡視和檢查,短短兩個多月的時間,時刻緊繃的神經和高強度的工作就讓他消瘦了近十公斤。
日前,在由北京市委宣傳部、市科協等部門組織的遴選活動中,傅志斌榮獲了2023年北京“最美科技工作者”稱號,而這一榮譽也讓他備受鼓舞。在理論中成長,在實踐中鉆研,這就是傅志斌,一個腳踏實地的“巖土工程人”。