本刊記者　杜月嬌

開拓地下工程 見證時代變遷——記北京交通大學隧道及地下工程試驗研究中心教授王永紅

本刊記者杜月嬌

在國際大會上發(fā)言

盛夏的北京，烈日炎炎，記者如約在北京交通大學隧道及地下工程試驗研究中心見到剛剛抵京的王永紅教授。說走就走，已成為他的工作常態(tài)。

王永紅的語速很快，笑聲爽朗，話語間透露出他對工作的激情。他述說著我國隧道地下工程的新發(fā)展，為記者描繪出一副壯美的宏圖——不遠的未來，地面上只有高速公路、綠草紅花和藍天碧云，而工廠、商場等設(shè)施都被將移至地下，那時，我們的生活環(huán)境或許會發(fā)生翻天覆地的變化?！拔业膶I(yè)是隧道地下工程，我責無旁貸！”他的話語，擲地有聲。

水利工程新建線

我國調(diào)引水工程正處在蓬勃發(fā)展時期，全國各地的大中型調(diào)引水工程如火如荼地展開，正在和已在規(guī)劃中的調(diào)引水工程也不勝枚舉。有資料顯示，近年內(nèi)我國僅在東北和西北地區(qū)的大型調(diào)引水工程總長度已超過6000公里，即將開工和規(guī)劃建設(shè)的總長度至少將超過8000公里。

“南水北調(diào)”我們熟悉不過，而對“北水南調(diào)”不免會感到些許陌生，其中將東北三省的松江水引入北京，是由我國隧道及地下工程專家、中國工程院院士王夢恕所提出，他表示非常榮幸參與王院士研發(fā)團隊?，F(xiàn)在處于我國交通、高鐵和地下工程等蓬勃發(fā)展的好時代。隨著“超長有壓引水隧洞建設(shè)與安全運行的關(guān)鍵技術(shù)研究”立項，使我國距“北水南調(diào)”的遠景更近一步。王永紅作為項目組成員參與其中，據(jù)他介紹此次引水線路長達900km，采用先進的超長有壓引水方式。它也是繼南水北調(diào)中線工程之后，有效解決首都北京極為嚴重的水資源短缺、優(yōu)化水資源配置、改善生態(tài)環(huán)境的重大戰(zhàn)略性舉措，必將對北京產(chǎn)生重要且不可限量的影響。

正在前期準備的南水北調(diào)西線工程，欲設(shè)計采用超長無壓隧洞輸水方案，同時將超長有壓隧洞輸水做為備用方案繼續(xù)研究。而借用此次超長有壓引水隧洞工程的基礎(chǔ)研究，可為南水北調(diào)西線工程下決心采用超長有壓隧洞輸水方案提供可靠的理論和技術(shù)支撐。

“超長有壓隧洞的致災(zāi)因素和形成過程非常復雜”，涉及水文、地質(zhì)、巖體水力學、巖土力學、滲流力學、地下工程、非線性力學等多學科交叉，同時又經(jīng)受擾動外力作用、介質(zhì)滲透遷移、有壓水的形狀與壓力波動的非均勻性等內(nèi)在因素影響；此外，施工質(zhì)量、調(diào)度管理等人類活動因子之間的復雜互饋和綜合作用，也使得該問題具有明顯的時空演化特征。

這項超過100多公里的引松供水工程的超長有壓引水隧洞是目前國內(nèi)外最大的有壓引水隧洞工程。王永紅說，由于超長有壓引水隧洞修建難度大、風險高，目前國內(nèi)外還尚無成熟的設(shè)計理論、規(guī)范和工程可供借鑒。如此大規(guī)模的有壓隧洞建設(shè)，又面臨復雜多變的地質(zhì)條件，亟待尋找強有力的技術(shù)支撐和理論基礎(chǔ)指導。針對我國超長有壓引水隧洞特殊的賦存地質(zhì)條件，課題組開展了對超長有壓引水隧洞地層精細探測理論與工程地質(zhì)評價體系、多場耦合作用下超長有壓引水隧洞圍巖體的本構(gòu)關(guān)系與變形破壞機理、多場力下大型密集相互作用及災(zāi)變時空過程、大型地下超長有壓引水隧洞致災(zāi)因子與風險評估以及防護理論等關(guān)鍵科學問題的研究。據(jù)悉，研究正在有條不紊地進行中，未來有望真正實現(xiàn)“北水南調(diào)”。

二氧化碳儲存新方法

二氧化碳（CO2）是全球變暖的主要原因，地球大氣中CO2含量也隨著人類活動而逐漸增加。為此，科學家研究出一種途徑，捕獲工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)以百萬噸的CO2并將其儲存在深層地下。

地下儲存CO2的方式多樣，分為結(jié)構(gòu)性儲存、殘留儲存、溶解儲存和礦物儲存。當CO2被抽至地下深處時，其經(jīng)高壓壓縮并成為液體，然后通過上述幾種方式封存在巖石紋理的孔中。根據(jù)巖石和流體的物理和化學特性，所有或某些封存機制將發(fā)生作用。結(jié)構(gòu)性儲存有立竿見影的效果，其它儲存方式則需要時間，但是儲存安全性更佳。

2010年12月，“北京交通大學中美CO2儲存與捕獲應(yīng)用（CCSU）研發(fā)中心”揭牌儀式在北京交通大學隆重舉行，王永紅以常務(wù)副主任身份加入中心。2014年，國際科技合作計劃項目“CO2深部地質(zhì)封存的長期穩(wěn)定性預(yù)測與控制研究”獲得與會專家好評。此項目由北京交通大學、美國猶他大學、楊百翰大學和猶他州立大學共同合作，王永紅出任項目負責人。

王永紅說，如今，人們愈發(fā)認識到深部地質(zhì)層的二氧化碳封存技術(shù)，是一項關(guān)系到人類生存的空間和環(huán)境安全的全球性前沿性戰(zhàn)略課題，課題通過關(guān)鍵技術(shù)突破，研究開發(fā)適合我國情況的低成本、實用性強，且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的二氧化碳深部地質(zhì)封存長期穩(wěn)定預(yù)測與控制技術(shù)，以保證我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，滿足未來經(jīng)濟發(fā)展對能源供應(yīng)和環(huán)境安全健康的要求。

項目針對深部地質(zhì)介質(zhì)的組合特點，以我國深部地質(zhì)二氧化碳封存介質(zhì)的長期安全性關(guān)鍵技術(shù)為核心，采用理論分析、實驗室試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法對核心技術(shù)體系中的要點進行系統(tǒng)研究，分析了二氧化碳深部地質(zhì)體的液化超臨界狀態(tài)的運移特征及擴散規(guī)律；研究了二氧化碳地質(zhì)封存場地長期安全性分析預(yù)測與評價，并提出二氧化碳地質(zhì)封存場地長期穩(wěn)定性的監(jiān)控技術(shù)。

研究成果已應(yīng)用于和神華、大唐電力等國內(nèi)著名企業(yè)的合作項目中，“不僅提高了企業(yè)的CCS技術(shù)創(chuàng)新能力，還促進了我國高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和企業(yè)的國際化”，王永紅十分看好應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景。針對合作目標和主要研究內(nèi)容，研究團隊結(jié)合神華和青海地質(zhì)條件，探索了鄂爾多斯盆地和柴達木盆地深部咸水層的長期封存構(gòu)造、長期穩(wěn)定性影響因素及評價體系。目前，已經(jīng)初步形成我國特色的二氧化碳深部地質(zhì)封存的核心技術(shù)體系，并成功應(yīng)用于我國第一個工業(yè)規(guī)模的全流程深部鹽水層二氧化碳地質(zhì)封存項目——神華10萬噸級/年CCS示范工程，為解決我國能源與環(huán)境安全的CCSU的關(guān)鍵科技難點提供了技術(shù)支撐和指導作用。更重要的是，我國擁有其核心技術(shù)的完全自主權(quán)，充分體現(xiàn)了國家利益并有效維護了國家安全。

除了產(chǎn)業(yè)化合作，項目組還與美國猶他州著名高校進行了合作交流，得到美國駐華使館和猶他州政府的高度重視和支持，建立了廣泛、穩(wěn)定的合作機制；同時培養(yǎng)了一批我國具有全球開拓能力的科學家和青年人才；提升了我國國際合作組織管理能力，并建立良好的技術(shù)聯(lián)合研發(fā)、引進消化吸收再創(chuàng)新機制，以及合作成果、引進技術(shù)的產(chǎn)學研聯(lián)合機制。

海峽隧道新互聯(lián)

自日本上世紀40年代在關(guān)門海峽修建第一座海峽隧道以后，英吉利海峽隧道也于1994年成功開通，這帶動了各國海峽隧道建設(shè)的快速發(fā)展。我國也先后修建了廈門翔安、青島膠州灣等海底隧道，而三大海峽——瓊州海峽、臺灣海峽、渤海海峽的跨海隧道也在研究和規(guī)劃設(shè)計中，無疑將成為舉世矚目的國際大工程。

有人曾問過這樣一個問題：21世紀，連接七大洲四大洋最好的方式是什么？飛機，還是輪船？殊不知，在工程界早有共識——是海底隧道。的確，海峽隧道是未來連通世界各大板塊最好的方式。因為其地下深度可達到30～80米，安全性能最高。如果造橋修路，會受海風等極端天氣影響，戰(zhàn)爭來襲也會易被摧毀。

2015年，國際海底隧道協(xié)會應(yīng)運而生。它云集了中國、英國、德國、挪威、西班牙、美國和俄羅斯等國家的著名隧道、地下工程及交通專家。值得注意的是，協(xié)會主席由王夢恕院士當選，王永紅擔任秘書長，這標志著我國在海底隧道乃至地下工程領(lǐng)域已躋身世界前列。未來，我國可將借助國際學術(shù)機構(gòu)平臺，為海底隧道技術(shù)和工程開創(chuàng)一個嶄新的局面。

在國際海峽隧道技術(shù)研討會上，王夢恕院士提出，兩岸要著眼經(jīng)濟和人民福祉，需及早啟動臺灣海峽隧道建設(shè)，拉近兩岸人民距離。平潭至牛山島的試驗段可先行開工，先行先試。據(jù)悉，在大陸與臺灣島之間建設(shè)海底隧道的設(shè)想提出后，專家論證共提出3種供選擇的線路方案，3個方案中，以北線（福建平潭-臺灣新竹）距離最短、造價低、航道深，兩端接近福州和臺北中心城市，因而被一致看好為海峽隧道的首選路線。

臺灣海峽隧道從平潭到新竹之間的線路總長度約128公里，王永紅介紹道，規(guī)劃中的臺灣海峽隧道北線已選址平潭島。作為大陸離臺灣最近的縣，平潭在與臺灣的交通聯(lián)系上，被賦予了更多的期待。根據(jù)《平潭綜合實驗區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃》，平潭將形成較為完備的海、陸、空、港綜合交通體系。平潭作為對外聯(lián)系的第2通道，將建為京臺高速、京福臺快速鐵路、福州城市輕軌“三路合一”的并線通道。這條海底隧道一旦建成，對于兩岸同胞來講從北京乘坐高鐵直通臺灣將不是夢想。

訪問美駐華使館促進中美高鐵合作

心系國家新發(fā)展

地下工程設(shè)計施工極其龐雜，涵蓋的領(lǐng)域也十分廣泛。除了水利工程、地下儲存二氧化碳、海峽隧道，它在高鐵和地下車庫中也發(fā)揮重要應(yīng)用。今年有3條高鐵全線貫通，其中在滬昆高鐵中，隧道占有率達到了80%，形成了沒有隧道，就沒有高鐵的局面。而城市交通，也正面臨著不堪重負的壓力。10年前，王永紅做過調(diào)研，那時他們認為交通是1個商業(yè)性很強的項目。然而從前幾年開始，已形成一個亟待解決的社會難題，這種大問題如何解決？“它不是一個單純的技術(shù)問題，涉及到管理、社會的問題，從技術(shù)方面我們可以走歐美的老路，但同時也要創(chuàng)造中國自己的特色”，王永紅口中的創(chuàng)新解決方法就是建設(shè)“全智能型立體地下停車庫”。

提及地下車庫，其安全性能一定擺在首要位置。面對4大問題——地下車庫圍巖穩(wěn)定性及其控制理論；城市地下工程安全性控制理論；復雜地下工程力學及其工程應(yīng)用基礎(chǔ)；地下結(jié)構(gòu)的動力災(zāi)害及控制理論，王永紅和科研團隊將具體方案實施分三個階段，首先建立安全性與圍巖變形的動態(tài)量化關(guān)系，形成基于變形控制的設(shè)計理論與方法；其次，深化理論研究，建立與不同工法相對應(yīng)的技術(shù)標準和體系，做到精細化過程控制；最后，制定地下車庫技術(shù)標準和技術(shù)規(guī)范，建立安全控制體系，實現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計、施工及管理。王永紅介紹道，此項目重點利用新設(shè)備、新儀器、新技術(shù)、新材料、新工藝提高和改善傳統(tǒng)的鉆爆發(fā)施工配套技術(shù)的設(shè)計；引進先進技術(shù)，構(gòu)建人性化的設(shè)計；施工的各個工序都要進行交叉學科的應(yīng)用和研究，促進地下車庫及地下工程發(fā)展新臺階，而不是抄襲式的重復照搬，強調(diào)設(shè)計方案的研究在前，結(jié)構(gòu)設(shè)計在后。

花園中含苞待放的花朵是祖國的未來。然而，“現(xiàn)在的學生大多都是獨生子女，自我意識很強”，作為傳道授業(yè)解惑者的王永紅就常常告誡他們：一個人并不是單純的為自己而活，最大的責任是對社會負責、做貢獻，要有強烈的責任感，愛國家、愛人民，把個人利益和國家利益結(jié)合起來，這樣才有發(fā)展的空間和生存的平臺。這不是高呼口號，踏足地下工程業(yè)數(shù)十載來，王永紅一直這樣踐行。尚且身處校園的學生們自然不能體會王永紅話語里的深刻含義，畢業(yè)后，他們都紛紛回到學校，同王永紅交流甚多，“學生進入到社會后才覺得我說的很有道理?！?/p>

作為留美多年的莘莘學子和擔任多個國際學術(shù)組織委員的王永紅，多少次站在國際會場上作報告，但他不感到孤獨，因為他知道，在身后有強大的祖國做后盾，有億萬人民支持著他；多少次在項目竣工書上重重簽下自己的名字，王永紅激動的同時仍舊保持冷靜，因為他知道，與榮譽相伴的卻是自己肩頭挑起的那份神圣責任……