科创未来丨“钻”隧道的人-全球微头条

四川在线记者 文露敏

生活中的方勇。受访者供图

10月11日，西南交通大学土木工程学院教授方勇的日程排得满满当当：上午，召集智能建造方向的研究生开课题例会，讨论课题进展和遇到的问题，提出解决方案；下午，和同事们讨论学科相关科研设备的购置和研制事宜；晚上，继续加班，准备一个汇报材料PPT。

眼下，他最关心的研究内容，则是成都地铁穿越泥岩及复合地层盾构掘进技术。随着成都地铁网络的完善，区间隧道埋得更深，盾构机穿越泥岩或泥岩—卵石土复合地层，需要解决盾构刀盘结饼堵塞、管片结构的抗浮与稳定、近距离穿越建（构）筑物施工安全控制等难题。目前，他和团队正在依托成都地铁17号线等区间盾构隧道工程开展研究，研究成果可以直接服务于成都地铁建设。

这只是方勇研究生涯里接触的许许多多隧道之一。从青葱岁月到不惑之年，他“钻”进隧道领域，不断地钻探、钻研。

“钻”进隧道

南来北往，东西穿梭，一个个隧道为客货交织的人流物流通道打通山岭、河海及地下的重重阻隔。

方勇所在的西南交通大学土木工程学院地下工程系，这里的老师和学生，他们研究的课题，有关“隧道的一生”——工程设计、施工与维修养护、抗减震、通风防灾与节能控制……

方勇也是一位“钻”进隧道的人。本科时，他的专业是石油工程，与隧道最相似的部分，可能只是二者都需要“打洞”。报考研究生时，看到土木工程建设领域的需求越来越旺盛，他便决定转向桥梁与隧道工程领域。

在桥梁和隧道之间，方勇最终选择隧道作为一生的事业，这一选择掺杂了几分个人情感。儿时，他的心里就埋下了一颗“打隧道”的种子。

方勇的老家在达州市大竹县，离重庆的垫江县县城很近，不过几十里，但没通公路。小时候，他和父亲去垫江县城赶集，要天不亮就出发，徒步翻过一座山，天摸黑才回来。“当时的念头，就是想在我家乡的山川之间，打通一些隧道，就再也不用走山路了。”

站在新的起跑线上，困难重重，需要自学不少课程。即便下课之后，方勇也会抓紧一切时间恶补自己的知识短板。研二开始课题研究后，方勇的寒暑假直接“消失”了，有时一个假期都回不了一趟家。

“做研究就是要静下心。”十几年后，方勇仍然保留了当年的那股韧劲。开学后，白天，各种事务堆得很满，但到了晚上，他往往会在桌前静坐直至深夜。对此，方勇称之为宝贵的“窗口期”——这些属于自己的时间，能够让他进行纯粹的科研。

方勇曾经的愿望已经实现——邻垫高速公路的铜锣山隧道、明月山隧道，南大梁高速公路华蓥山隧道等已经建成，广邻快速通道项目华蓥山隧道及引道工程和成达万高铁华蓥山隧道正在加快建设，尽管在腐蚀性富水段、高瓦斯、采空区、突水突泥、可溶岩等因素下困难重重，但可以想见，未来，沿途老百姓的出行将会更加方便。

“穿山”之路

在西南交通大学，土木工程地下方向最核心的三门基础课程，分别是山岭隧道、水下隧道和城市轨道交通，分别面向修建隧道最常见的三个场景。尤其是在山区，隧道是化险阻为通畅的利器——上世纪五十年代，宝成铁路就在崇山峻岭之间，凭借304座隧道，北接陕西宝鸡，南抵四川成都，串联起西北与西南。

但穿山之路不易。最传统的方法，是工人在掌子面（隧道工程中不断向前推进的工作面）用钻孔设备打孔，再在孔里装填炸药，起爆，一次性爆破成型——这便是大量运用于隧道工程的钻爆法。

此外，隧道掘进机也是一大法宝。这些“巨型怪兽”，在作业时旋转刀盘，将岩石、软土挖掘下来，不断向前掘进，“比如，乐西高速公路大凉山1号隧道的平行导洞，就是采用全断面岩石隧道掘进机掘进施工的。”

如果说设备是机械厂商的事儿，怎么用好设备是施工方的事儿，那么科研工作的主要内容，则是协助设计、施工单位利用这些技术、设备，将隧道工程建得更好。对科研人员而言，即便面前是高山也要向前掘进，始终是敢于穿“山”之人，永不言弃。

“比如，设备的适应性问题。面对没有经验的复杂地层，需要攻克相应的技术。”2005年，正在攻读博士研究生的方勇，跟随导师进行成都地铁建设相关的课题研究，这是他最早接触的工程之一。

成都市地下，大多属于富水砂卵石地层，一是掘进难度大，二是地面沉降难以控制，可能会有安全风险。建设方先搞起了实验段，一个标段采用泥水盾构，一个标段采用土压平衡盾构，再来进行对比，最后得出了结论：土压平衡盾构掘进效率较高，且不需要泥水处理厂等更多空间。

接下来，怎么解决掘进慢、设备磨损快的问题？经过各方的反复研究论证，最终，形成了以“排出为主，破碎为辅”的掘进理念，并进行了刀具配置、渣土改良、螺旋输送机参数配置调整等方面的大量工作，提升了掘进的速度。

发现问题、研究问题、解决问题的成就感，让方勇从事科研道路的决心更加坚定。现在，方勇参与的隧道工程，用他的话来说，“随便数出几十个来都没问题。”

“以前的隧道普遍短小，施工条件也不太复杂。要向具备更复杂地质条件的区域挺进，离不开科技的支撑。”另一个关键要素则是团队协作。方勇所在的“大型及复杂交通隧道工程教育部创新团队”，由不同研究方向的成员组成，加上隧道的设计方、施工建设方、营运方等，“与这些‘战友’并肩，才能真正地穿越山川险阻。”

方勇参与的隧道项目之一——桃巴高速米仓山隧道。蜀道集团供图

别有“洞”天

“不仅要结合自身已有的基础，还要切合国家的重大需求。”在这一前提下，方勇的研究方向也在不断调整。比如，他所关注的盾构施工技术，在加强新型基础设施建设的背景下，要考虑如何在传统的研究方案基础上，进行智能建造的问题。去年，学校还新开了一门课程——智能建造与运维养，就是意在打开学生这方面的思路。

方勇介绍，智能建造领域急需突破的问题，一是装备的智能化，二是运用装备的关键技术，比如开挖方法和支护结构参数的选择。具体到隧道掘进机，则要基于大数据，通过人工智能深度学习的方法来提供一些决定参数的辅助决策，甚至实现盾构机的无人掘进等等。

现在，方勇又站在了新的“洞”门前。他要学习一些最新的算法和模型，利用这些知识实现传统行业的改良升级，跟上时代的潮流。“有个词叫做工程类比，说直接一点就是：以前的建设经验，能为今后的工程提供参考。”在这样的情况下，科研就是不断发现新问题，勇攀高峰的过程。创新，是方勇常挂在嘴边的词：“搞科研，不能总炒回锅肉。”

方勇经常和学生们提起一个例子。刚上研究生时，他接触的第一个研究课题，关于隧道内污染物浓度分布——这是解决隧道如何通风以保证污染物浓度不超标的关键问题。

“当时，大多数研究都直接假定污染物呈三角形分布，从入口到出口污染物越积越多，从而基于出口处的污染物浓度进行控制。”方勇有自己的看法：车在隧道里是移动的，每辆车的排放量也不同，车与车之间又互相穿插，这个结论可能过于草率了。于是，他利用自学的编程知识，模拟了车辆在隧道里的行驶过程，结合污染物浓度的计算理论，最终求解出隧道污染物浓度的实时动态分布。

创新当然无法一蹴而就。曾经，中国的技术和设备水平远远落后于国外，经历了漫长的引进吸收、自主创新，才实现了国产化和大量推广。“再比方说，很长时间内，钻爆法仍将是隧道工程建设的主要工法。”方勇说。不过，在今天，这种方法正在走向全工序机械化与智能化，或许某一天，还会实现真正的无人化。

而这些，正是方勇为之奋斗的新“洞天”。