平南伏虎:科研服务社会,匠心熔铸品牌

——记山东大学岩土工程中心华润集团平南项目科研团队

    期次:第38期    作者:李冉冉


  “‘这里冒浆了!’负责观察的孙怀凤博士高喊。我顺着他指的方向过去一看,我们已施工的一个探孔正在呼呼冒浆,多好的连通性呀!大涌水点的过水通道找到了!我们全体人员欣喜若狂,这半年来我们一直在努力寻找的那个过水通道和关键孔,1200米范围内那个不足0.5米宽的通道,别人花了11年都未找到的通道,终于被我们找到了!”这是山东大学土建与水利学院岩土工程中心的教授李海燕在《华润攻关纪实》里记下的激动人心的一幕。
  李海燕带领的科研团队经过大半年的勘探、研究和施工,突破性的封堵了华润水泥平南矿南部最大涌水点,这不仅意味着山东大学岩土工程中心科研服务社会,成功挽救了一个大型企业的利益,更意味着岩溶地区石灰石矿坑治水的难题被突破,我国西南地区岩溶水治理将迎来一个新局面。
           当仁不让,挑战世界级科研难题
  广西平南县,是位于我国西南部的一座美丽小城,这里气候湿热,植被丰富,浔江横贯东西,矿藏资源丰富。依靠储量大、含钙率高的石灰石资源,以及浔江、西江构筑的水利交通网,平南县吸引了大型水泥企业——华润水泥控股有限公司在此安营扎寨。华润水泥在平南已有十余年的开采历史,矿山采用的是露天凹陷的开采方式,随着开采深度加大,矿坑涌水也大幅度增加,已严重影响了矿山的安全生产。2015年5月至10月整个矿坑被水淹没而停产半年之久,经济损失达十几亿元。华润平南矿坑南临浔江,东临秦川河,矿坑疏干排水,导致水位大幅下降,远低于两河水位;平南又是典型的喀斯特地貌,地下岩溶、裂隙发育充分,地下水通道四通八达,为水源补给提供了便捷通道。异常复杂的水文地质条件导致了平南矿坑涌水量巨大,它的防治水项目被专家定性为国内单体矿坑涌水量最大的治水工程。这就决定了此项目困难重重:巨大涌水量对地下工程防治水理论、技术,特别是对注浆材料的性能及堵水效果来说是巨大挑战;岩溶地区裂隙发育充分,对于寻找主要过水通道及防止主要通道封堵后的绕流也是重大的科研攻关难题。
  多年来,华润集团针对矿坑的涌水地质灾害,投入了巨大的人力和资金,包括寻求一些科研机构的援助,但收效甚微,最终决定进行全国招标。项目本身所具有的巨大挑战性,使得很多科研机构望而却步,山东大学岩土工程中心作为国内该专业领域中首屈一指的科研团队,面对这样一个科研难题,怀着当仁不让的责任感和挑战自我的自觉意识,决定参与到投标中。
  山东大学岩土工程中心很快组建了一支理论与实践兼备的课题组,成员包括教授、副教授及青年教师、博硕研究生及技术人员,专业涵盖岩土工程、水文地质、防治水、工程力学及地球物理探测等诸多方向,并任命李海燕为项目负责人,张庆松教授为项目的总体负责人,张霄副教授为项目总工,成员有张乐文教授,张波副教授,孙怀凤博士等。李海燕曾在新汶矿务局从事矿山技术工作多年,2006年被山东大学引进,调入岩土工程中心,主持或参与多项国家科研项目,现场实战经验丰富,技术能力强,同时又善于组织管理。初步接触平南项目时,李海燕就深知此事艰难,但他责任心强,“组织信任我,把任务安排给了我,所以难也要做,还要做好,不然对不起山东大学。”
  在李海燕的带领下,山东大学以绝对的技术优势和合理的价格,于2015年10月顺利中标。2015年12月,双方正式签订合同,项目人员陆续进入平南工作。李海燕常常将平南项目比喻成攻坚战,而此时战役也正式打响。
            披荆斩棘,多策并举,成功阻断涌水
  用李海燕自己的话说,山大岩土工程中心平南项目科研团队肩负着山大的使命,挺进了华润战场。从2015年10月到2016年1月,面对复杂的岩溶水文地质条件,山大科研人员进行了对水文地质报告、矿山设计图纸等资料的研究,分析矿山出水的类型、水源和通道,同时又进行了实地走访和野外补充勘察。
  2016年元旦,科研团队按照计划在矿山周边进行水文地质调查,接连3天,跑遍了5000多亩范围的矿坑边界,也在矿山一线迎来了新的一年。时间不知不觉就到了春节,李海燕为了保证项目顺利进行,选择留在平南,大年初一一大早,他就来到矿山现场了解情况,查看设备,慰问工人。此时的平南县丹竹镇,洋溢着节日的喜悦气氛,李海燕感受到了他乡浓浓的年味,目睹了乡亲们其乐融融的场面,从工地回来,不禁想起了远隔千里的83岁的老母亲,深深的愧疚之情袭上心头。
  经过前期的讨论、研究,科研团队制定了非连续帷幕拦截+关键通道探查与封堵的联合治水方案。简单来说,矿坑中有几处如趵突泉一般的涌水点,其中最大的涌水点Y01的涌水量甚至远超趵突泉;而地下一些发育到一定程度的裂隙、溶洞,就是这些涌水点的过水通道。关键通道封堵是在对涌水点进行科学勘测的基础上,找到涌水点地下深埋的过水通道,然后进行钻探、注浆,让水泥等材料注入地下凝固,从而阻碍阻断水源。阻水帷幕是由多个成带状分布的钻孔经注浆后形成的封堵地下水通道的屏障,在裂隙发育、溶洞密布的岩溶地区,阻水帷幕与关键通道封堵形成系统,有效防止封堵关键通道后的绕流现象。
  项目开工后,科研团开始披星戴月、不分昼夜地工作,因为钻探、注浆工作必须提供精细的技术支持,密切关注各出水点的连通情况,所以即使是后半夜,工地也必须有人盯班。5月初,三道阻水帷幕已经完成,通过测量监测,减水量达到了1万立方米/天,但这与合同中的4.2万立方米/天减水量相差甚远,此时,经费已经花费过半,各种材料即将耗尽。华润集团开始担忧项目的成败问题,相关领导多次视察,无形中给科研团施加了很大的压力。但成员们心中清楚,投入和成效并非完全的线性关系,阻水帷幕看似效果微弱,但的确是必不可少的,也是后续工作的基础,经过缓慢的量变过程,质变往往在最后的瞬间完成。但科研团内部也面临一大难题,阻水帷幕的效果证明,寻找Y01涌水点的关键通道并进行封堵是势在必行的,但问题是近半年来一直没有找到它的准确位置,接下来该采取什么措施呢?
  内外压力并存,作为项目负责人的李海燕承受着别人无法想象的痛苦:“这段时间是我最煎熬的时候,每天都好似在走刀刃,又真的不知该如何走,夜不能寐。”华润的期待,山大的荣誉,以及两千多职工的生计,这些都是李海燕心中的巨石。
  项目团队天天开会,时时商讨,争议很多。最终还是李海燕在关键时刻为团队指明了方向,他根据多年的实战经验,经过反复的思考,提出了建设止浆垫工程的方案。即在集中出水口处构筑工程来缩小涌水范围并使涌水量达到控流降速,从而实现注浆浆液的最大留存并有效封堵涌水管道裂隙。
  李海燕对成员们展示了十足的信心,但他实际并没有十足的把握。同时他也清楚,面对这样世界级的难题,不可能有百分之百的解决把握,只要有希望就要大胆尝试。于是“说干就干”,然后就有了篇首的那一幕,大涌水点的过水通道被发现,在1200米长的范围中,山大项目组找出了那个不足0.5米宽的关键通道,这无异于大海捞针而且成功捞到了!“那一刻的感觉,当真是‘山大威武’!”李海燕回忆起那一幕,还是难掩激动之情。后来,山东大学岩土工程中心专家赴现场慰问视察,作了一首《平南伏虎》,高度评价了项目的成绩,也诗意地抒发了山大人的自豪:“平南矿坑涌水急,山东大学能治理。入深宫兮探蛟龙,注浆堵水显神功!”。
  在非连续帷幕堵水保障的基础上,项目组对寻找到的关键过水通道进行封堵,最终使整个减水量达到每天8.43万立方米的良好效果,远远超出了合同要求。今年夏天,广西平南县降水量达42年来最高峰,矿区非但未受水灾困扰,还保证了正常安全生产,这标志着平南矿区治水项目取得完全胜利。
              精益求精,用“工匠精神”对待科研
  “我常常思考这个项目我们为什么能成功,个人认为,一是创新,二是我们的用心,也就是李总理说的‘工匠精神’”,张波用国务院总理李克强在2016年3月5日作政府工作报告时提出的“工匠精神”,来总结项目成功的原因。“工匠精神”是一种精益求精、追求卓越的精神品质。在物欲横流的现代社会,一个具有“工匠精神”的人是难得的,一个具有“工匠精神”的科研团队是更加难得的。
  从个人层面来看,“工匠精神”就是一种认真精神、敬业精神。山大岩土中心平南课题组中的每一位成员都心无杂念,全身心投入到项目中。李海燕从接手平南项目开始,心中就绷起了一根“弦”,“别人解决不了的问题,找到山东大学,用心做都没有十成的把握,何况不用心呢?”作为项目负责人和组内最年长者,李海燕事必亲为,拼在一线,时常是西装裤配运动鞋,展现出一个科研工作者的雷厉风行。“海燕老师有严重的食道溃疡,严重时喝水都很困难,那次他回济南,在医院待了两天就回去了。他是揣着药瓶上工地的,在工地吃完饭,再偷偷把药吃了。”张波提起李海燕的敬业精神,满是感佩。“强将手下无弱兵”,组里的张霄、张波和孙怀凤等各有分工,职责虽不同,但负责、敬业的精神却都是一致的。南方多雨的天气,可能是诗人笔下唯美的诗句,可能是电影中一个意蕴缠绵的镜头,但对于负责物探的孙怀凤来说,可能只是一个猝不及防的意外,“有时设备都布置好了,突然雨就来了,回去的话就浪费了一下午,干脆就撑开车的后备箱,把设备放进去,测完数据再撤。”孙怀凤言语轻松,随性的性格中又融合着实干、负责的品质。
  从团队层面看,“工匠精神”则表现为岩土工程中心的十字方针——“理论、技术、材料、工艺、经验”,这十个字也是平南科研团队治水成功的核心因素。他们理论结合实践,提出了“非连续帷幕注浆截流+关键通道探测与封堵+止浆垫控流”凹陷开采石灰石矿坑涌水治理体系,是极具创新性的理论;坚持“物探先行,钻探验证”为原则,做到了多种先进的物探技术的综合运用;在材料上,一是研发改善了适于水流速度大,凝结时间可调的新型GT材料、纤维改性黏土水泥浆液,具有原料广、造价低、强度高、抗渗好的优点,解决了大体积溶洞充填成本高的难题,二是针对混凝土初凝时间长,在大流量涌水口浇筑时易被冲散的难题,发明了泵送混凝土速凝混合器;在工艺方面,针对岩溶地区石灰石矿山区域广,过水通道路径长的特点,提出了多孔分段联合注浆工艺、小管注浆混合工艺、孔底混合工艺等;最后,充分发挥了自身面对困境不屈不挠、生产经验丰富的优势。
               精诚协作,团队是成功的基石
  平南项目的成功,依靠的是优秀的团队。而一个优秀的团队除了专业且敬业的人才外,还应当具备自由和谐、精诚协作的团队精神和源源不断的新生力量。
  “夏天的平南非常炎热,当地人下午三点才上班。工地现场有个板房作办公室,中午我们把三张木凳排成一条长凳,在板房里睡个午觉,就是最大的幸福了。”张波和孙怀凤回忆起平南的夏天,不约而同地想到了板房午觉的情景。在这样的同甘共苦中,科研团成员间建立起了“革命友谊”。志同道合是“革命友谊”的基石,志同则能彼此理解,道合则会相互支持,团队自然能拧成一股绳。在项目的关键时期,成员间存在很多争议,张波说,“时常争得面红耳赤!”争议是由项目的复杂性决定的,同时又证明了成员们思考问题、解决问题的主动性和投入度。“吵完立马又一起去打球了。工地上的实际操作会立马验证讨论的结果。”这就是项目组团队氛围的真实写照:学术自由,没有等级界限;人人都投入思考,群策群力。很多决策和重要问题的解决都要依靠这样的团队氛围。不仅如此,岩土中心堵水团队有一个技术委员会微信群,每当遇上重大技术问题,发到群里,不管是在千里之外的青岛堵水的刘人太博士,还是广西另外一个堵水现场的杨磊博士,都会积极回应,张庆松、张乐文等堵水大咖也会第一时间给出解决问题的参考意见。
  说起打球,在张波看来,这是减压的最好方法:“总有解决不完的问题,忙起来没有尽头,但这对于大脑和身体来说都是极大的消耗,打打球、出出汗,非常有助于释放压力。”久而久之,每周一次运动,成了项目组一条不成文的规定。项目组成员的情绪和状态事关一个项目的成败,清明节前后,是项目组工作繁忙、压力大的一段时期,压力和忙碌,再加上清明节引发的思乡情绪,有些成员的状态已接近崩溃边缘,李海燕敏锐地察觉到这一点后,当机立断:“放假!一下午什么也不干了,就是休息。”李海燕说要打一场胜仗,需要兼顾方方面面。他是团队的主心骨,“说话有理有据,关键时刻把握大局,能协调好各部分人员间的关系,凝聚力强。”在唐鹏越心中,李海燕是个很好的团队管理者。不仅如此,兼任岩土工程中心支部书记的李海燕更加重视现场党员建设,每周四组织政治学习,观看新闻联播,学习习近平总书记系列讲话,坚定党员的理想信念,发挥党员的先锋模范作用,在艰难时期起到了凝聚人心、鼓舞士气的作用。
  博士张益杰和硕士唐鹏越是团队中的年轻力量,从方案的修改制定,到现场的盯班生产,全过程参与了项目建设。2016年大年初六他们远赴平南,第二天就去现场实地勘察。5月份在炎炎夏日下工作,唐鹏越颈部和手臂多处被晒伤。在工地长达半年的实战经历,带给他们的是巨大的改变和进步,尤其是他们的研究方向更加细化与明确,工地也为他提供了天然的实验室和最富经验的老师,结合实际也有助于他们快速消化并吸收理论知识。李海燕欣慰地评价:“张益杰和唐鹏越进步都很大。”他们只是岩土工程中心众多年轻学生的代表,他们的成长让团队发展更加生机勃勃。
  平南项目的成功,产生了巨大的经济和社会效益,不仅保证了雨季矿区的正常生产,大幅降低了矿山排水费用,还延长了采坑服务年限,同时有效缓解了周边区域农田塌陷、房屋开裂等环境和社会问题。山大课题组提出的凹陷开采石灰石矿坑涌水治理体系,在整个西南地区具有普遍推广的价值。因而,此项目一经成功,即引发很大轰动。华润集团也当即决定,矿区的二期工程不再进行全国招标,而是直接由山东大学来完成;同时也引起贵港市国土资源局的高度重视,他们认为不仅在矿山方面,未来的岩溶地区城市防灾减灾也需要这样成熟的技术体系。这是山东大学岩土工程中心科研与社会密切接轨的成功范例,他们用专业和匠心为山大树立了又一块品牌。 (李冉冉)

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