自中国最北高铁哈伊高铁开通，转眼已满月，这趟列车把哈尔滨到伊春的车程，从6个多小时压到不足2小时。列车驶过的地方，地下并不平静。线路沿线地基里，散落着14段、总长5.8公里的岛状多年冻土。它们埋在几米深的土里，看不见、摸不着，却像潜伏的“暗礁”，让路基和桥墩的每一步施工都如履薄冰。

如何破解这类冻土“暗礁”带来的挑战，一直是黑龙江工程学院寒区道路工程病害防治与养护技术省级重点实验室的研究课题。这间扎根北疆的实验室，被称作寒区交通的“解题人”：路基冻融出问题，他们去诊断；修桥铺路缺技术，他们去攻关；桥梁藏着隐患，他们踩着冰雪去排查。近期，记者走进这间实验室，看他们如何把极寒环境下的工程难题，变成科研课题，再变成黑土地上的工程方案。

让高铁稳稳穿过冻土

多数人以为，冻土只是冬天冻住、夏天化开的普通土。其实不然。多年冻土，是温度持续在0℃以下、连续冻结两年以上的土层，有的已经冻了上万年。在黑龙江，多年冻土自北向南由连片逐步过渡为零散分布；受气候变暖影响，冻土持续退化，小兴安岭区域残存的冻土块彼此隔离，如同散落在地下的孤岛，这就是岛状多年冻土。

冻土岛不大，有的只有十几米见方，埋在地下不过一两米深，脾气却最倔。冻着时硬得像石头，一旦化开，强度瞬间垮掉，立马塌陷下沉。团队博士王剑英告诉记者：“它最大的特点就是，一融化就沉，没有强度了。”对高铁来说，这是一类极具隐蔽性的威胁。

更麻烦的是修桥。常用的钻孔灌注桩基础施工得开动钻机往冻土里钻。钻机一转，机械发热；钻头磨孔壁，摩擦发热；搅拌的泥浆温度高于0摄氏度，持续把热量送进冻土；浇进去的混凝土还要释放水化热。这些热量一股脑灌进冻土，冰晶融化、强度下降，桩周就围出一个危险的“融化圈”。传统的被动降温、等它回冻，工期长、效率低，撑不起高铁建设的节奏。

团队把施工链条上每一个可能“加热”冻土的环节都拎出来，再一个个摁下去。思路也从“被动降温回冻”，扭转为“源头主动隔热控温”，把关口前移到钻孔成孔这一步，从根上减少热量输入，而不是事后补救。最终形成“测、隔、控、灌”一体化施工体系：先勘测摸清冻土分布，再用护筒把热源和冻土隔开，动态调控泥浆温度和钻进速度，最后用低热灌注压住水化热。“我们的目标不是消灭冻土，而是跟它和平共处。”王剑英说。

靠着这套低扰动施工技术，一根根桩基稳稳穿过冻土层，把桥墩牢牢扎进大地。列车从桥上驶过时，脚下那些“暗礁”，还在安安静静地冻着。

把极寒难题变成科研课题

除冻土区桥梁建设的技术攻坚之外，实验室还深耕寒区道路新材料领域，破解路面、路基的冻融病害难题。

“之前这种光催化降解尾气的材料只能在南方用，一到北方就‘水土不服’。”实验室主任杨扬拿起一块沥青混合料试样说。这项研究2014年起步，最初材料里主要是二氧化钛，靠紫外线触发反应，北方冬天日照弱，效果大打折扣。团队反复摸索，2019年在材料里掺进石墨烯，效果立竿见影：可见光就能触发反应，哪怕零下20摄氏度，降解效率也比传统配方高出10%到20%。更难得的是，这种材料可直接替代部分矿粉掺进沥青，施工工艺不用改，铺路成本增加有限。

寒区道路受冻融循环叠加行车荷载影响容易开裂，是另一道难题。冻融试验机旁，青年教师王一琪正仔细查看试件冻融进程，待循环完成再上机测强度。传统基层用水泥稳定碎石，强度够但太脆，一冻易裂。她没有局限在简单改动水泥配比这个传统思路上，而是把目光投向工业固废。将工厂产生的工业废渣研磨细化，借助碱激发手段唤醒材料的胶凝能力，拿来替换一部分水泥，承担结构的刚性承重作用；与此同时加入乳化沥青，在材料内部生成一层柔韧的沥青保护膜。一刚一柔相互配合，打造出一套全新的复合胶凝体系。

这条攻关路并不平坦。材料活性不足、低温下强度增长缓慢、两相界面结合不佳，难题接踵而至。王一琪带着团队反复调试固废细度、碱激发剂组分与掺量、乳化沥青配比，在实验室开展上百组冻融循环试验，模拟寒区极端温度，逐组测抗压强度、动态模量等核心指标，再靠微观表征验证机理。围绕这一方向，今年她先后拿下国家自然科学基金青年项目、黑龙江省自然科学基金项目和省教育厅优秀青年教师基础研究支持计划立项，既破解寒区基层低温抗裂难题，又消纳工业固废、降低碳排放。

用数字化给道桥装上“智慧大脑”

如果说新材料是硬功夫，数字化则是实验室的另一条腿。BIM仿真、智能感知，贯穿工程建设、运营、检测全链条。

2016年，中俄界河黑龙江大桥建设时难题摞在一起：两国坐标系、高程体系对不上，多家单位协同费劲；二维图纸构件繁多，错漏碰缺防不胜防；冬天顶推施工工序复杂，有效工期短，现场出错代价大。“如果图纸上看不出的构件打架，等到工地才发现，工期成本全得搭进去。”实验室徐建成老师回忆。2018年实验室建成BIM实验室，团队给大桥建了一座数字孪生模型，把桥墩、钢梁、支座、抗流冰构件逐一参数化录进电脑，再在虚拟空间里全过程顶推碰撞仿真，提前排查梁体、导梁、临时墩与顶推设备之间的空间干涉风险，有效避免顶推期构件碰撞损伤，减少返工、抢回工期。

大桥建好了，山区公路运维同样需要数字手段。实验室屏幕上，醉美G331边防公路急弯路段的仿真画面正在运行。“这是我们正在研发的寒区山区弯道智能会车警示系统。”实验室王国峰教授指着屏幕说。G331沿线连续急弯多、路肩窄，冬天冰雪盖路、刹车距离长，视线又被山体挡着，容易出事故。团队以雷达与视频一体化检测为核心，通过多源数据融合、动态会车决策算法，实现弯道两侧车辆信息的实时采集、交互与预警，配合LED屏显和声光报警，把风险提示送到驾驶员眼前。目前已完成基础功能调试。

数字化还成了守护路桥的“移动哨兵”。高精度检测车把“实验室”搬上公路，近5年累计完成全省3万公里道路、1000多座桥梁的健康评定，为路桥精准“体检”、动态“画像”。他们还自研PC桥梁承载力快速评定软件，补齐了传统人工检测耗时长、效率低的短板，实现数据采集、承载力评定到结果输出的一体化处理。

当下团队也闲不下来，“有些病害夏天藏在结构里看不见，冬天一冻胀全露出来了。即使天寒地冻，也得往野外跑。”杨扬说。

从哈伊高铁冻土桥下的技术攻关，到能“吞尾气”的寒区路面；从“变废为宝”的固废基层，到数字孪生预演跨境大桥，这间扎根北疆的实验室始终盯着寒区的真问题。“我们还将在绿色新材料、智慧建管、人工智能等赛道上深耕，把更多实验室里的试验成果，铺展成黑土地上实实在在的工程。”杨扬说。