开拓地下工程 见证时代变迁

杜月娇

盛夏的北京，烈日炎炎，记者如约在北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心见到刚刚抵京的王永红教授。说走就走，已成为他的工作常态。

王永红的语速很快，笑声爽朗，话语间透露出他对工作的激情。他述说着我国隧道地下工程的新发展，为记者描绘出一副壮美的宏图——不远的未来，地面上只有高速公路、绿草红花和蓝天碧云，而工厂、商场等设施都被将移至地下，那时，我们的生活环境或许会发生翻天覆地的变化。“我的专业是隧道地下工程，我责无旁贷！”他的话语，掷地有声。

水利工程新建线

我国调引水工程正处在蓬勃发展时期，全国各地的大中型调引水工程如火如荼地展开，正在和已在规划中的调引水工程也不胜枚举。有资料显示，近年内我国仅在东北和西北地区的大型调引水工程总长度已超过6000公里，即将开工和规划建设的总长度至少将超过8000公里。

“南水北调”我们熟悉不过，而对“北水南调”不免会感到些许陌生，其中将东北三省的松江水引入北京，是由我国隧道及地下工程专家、中国工程院院士王梦恕所提出，他表示非常荣幸参与王院士研发团队。现在处于我国交通、高铁和地下工程等蓬勃发展的好时代。随着“超长有压引水隧洞建设与安全运行的关键技术研究”立项，使我国距“北水南调”的远景更近一步。王永红作为项目组成员参与其中，据他介绍此次引水线路长达900km，采用先进的超长有压引水方式。它也是继南水北调中线工程之后，有效解决首都北京极为严重的水资源短缺、优化水资源配置、改善生态环境的重大战略性举措，必将对北京产生重要且不可限量的影响。

正在前期准备的南水北调西线工程，欲设计采用超长无压隧洞输水方案，同时将超长有压隧洞输水做为备用方案继续研究。而借用此次超长有压引水隧洞工程的基础研究，可为南水北调西线工程下决心采用超长有压隧洞输水方案提供可靠的理论和技术支撑。

“超长有压隧洞的致灾因素和形成过程非常复杂”，涉及水文、地质、岩体水力学、岩土力学、渗流力学、地下工程、非线性力学等多学科交叉，同时又经受扰动外力作用、介质渗透迁移、有压水的形状与压力波动的非均匀性等内在因素影响；此外，施工质量、调度管理等人类活动因子之间的复杂互馈和综合作用，也使得该问题具有明显的时空演化特征。

这项超过100多公里的引松供水工程的超长有压引水隧洞是目前国内外最大的有压引水隧洞工程。王永红说，由于超长有压引水隧洞修建难度大、风险高，目前国内外还尚无成熟的设计理论、规范和工程可供借鉴。如此大规模的有压隧洞建设，又面临复杂多变的地质条件，亟待寻找强有力的技术支撑和理论基础指导。针对我国超长有压引水隧洞特殊的赋存地质条件，课题组开展了对超长有压引水隧洞地层精细探测理论与工程地质评价体系、多场耦合作用下超长有压引水隧洞围岩体的本构关系与变形破坏机理、多场力下大型密集相互作用及灾变时空过程、大型地下超长有压引水隧洞致灾因子与风险评估以及防护理论等关键科学问题的研究。据悉，研究正在有条不紊地进行中，未来有望真正实现“北水南调”。

二氧化碳储存新方法

二氧化碳（CO₂）是全球变暖的主要原因，地球大气中CO₂含量也随着人类活动而逐渐增加。为此，科学家研究出一种途径，捕获工业生产过程中产生的数以百万吨的CO₂并将其储存在深层地下。

地下储存CO₂的方式多样，分为结构性储存、残留储存、溶解储存和矿物储存。当CO₂被抽至地下深处时，其经高压压缩并成为液体，然后通过上述几种方式封存在岩石纹理的孔中。根据岩石和流体的物理和化学特性，所有或某些封存机制将发生作用。结构性储存有立竿见影的效果，其它储存方式则需要时间，但是储存安全性更佳。

2010年12月，“北京交通大学中美CO₂储存与捕获应用（CCSU）研发中心”揭牌仪式在北京交通大学隆重举行，王永红以常务副主任身份加入中心。2014年，国际科技合作计划项目“CO₂深部地质封存的长期稳定性预测与控制研究”获得与会专家好评。此项目由北京交通大学、美国犹他大学、杨百翰大学和犹他州立大学共同合作，王永红出任项目负责人。

王永红说，如今，人们愈发认识到深部地质层的二氧化碳封存技术，是一项关系到人类生存的空间和环境安全的全球性前沿性战略课题，课题通过关键技术突破，研究开发适合我国情况的低成本、实用性强，且具有自主知识产权的二氧化碳深部地质封存长期稳定预测与控制技术，以保证我国国民经济持续稳定发展，满足未来经济发展对能源供应和环境安全健康的要求。

项目针对深部地质介质的组合特点，以我国深部地质二氧化碳封存介质的长期安全性关键技术为核心，采用理论分析、实验室试验、数值模拟和现场试验相结合的方法对核心技术体系中的要点进行系统研究，分析了二氧化碳深部地质体的液化超临界状态的运移特征及扩散规律；研究了二氧化碳地质封存场地长期安全性分析预测与评价，并提出二氧化碳地质封存场地长期稳定性的监控技术。

研究成果已应用于和神华、大唐电力等国内著名企业的合作项目中，“不仅提高了企业的CCS技术创新能力，还促进了我国高新技术的产业化和企业的国际化”，王永红十分看好应用转化前景。针对合作目标和主要研究内容，研究团队结合神华和青海地质条件，探索了鄂尔多斯盆地和柴达木盆地深部咸水层的长期封存构造、长期稳定性影响因素及评价体系。目前，已经初步形成我国特色的二氧化碳深部地质封存的核心技术体系，并成功应用于我国第一个工业规模的全流程深部盐水层二氧化碳地质封存项目——神华10万吨级/年CCS示范工程，为解决我国能源与环境安全的CCSU的关键科技难点提供了技术支撑和指导作用。更重要的是，我国拥有其核心技术的完全自主权，充分体现了国家利益并有效维护了国家安全。

除了产业化合作，项目组还与美国犹他州著名高校进行了合作交流，得到美国驻华使馆和犹他州政府的高度重视和支持，建立了广泛、稳定的合作机制；同时培养了一批我国具有全球开拓能力的科学家和青年人才；提升了我国国际合作组织管理能力，并建立良好的技术联合研发、引进消化吸收再创新机制，以及合作成果、引进技术的产学研联合机制。

海峡隧道新互联

自日本上世纪40年代在关门海峡修建第一座海峡隧道以后，英吉利海峡隧道也于1994年成功开通，这带动了各国海峡隧道建设的快速发展。我国也先后修建了厦门翔安、青岛胶州湾等海底隧道，而三大海峡——琼州海峡、台湾海峡、渤海海峡的跨海隧道也在研究和规划设计中，无疑将成为举世瞩目的国际大工程。

有人曾问过这样一个问题：21世纪，连接七大洲四大洋最好的方式是什么？飞机，还是轮船？殊不知，在工程界早有共识——是海底隧道。的确，海峡隧道是未来连通世界各大板块最好的方式。因为其地下深度可达到30～80米，安全性能最高。如果造桥修路，会受海风等极端天气影响，战争来袭也会易被摧毁。

2015年，国际海底隧道协会应运而生。它云集了中国、英国、德国、挪威、西班牙、美国和俄罗斯等国家的著名隧道、地下工程及交通专家。值得注意的是，协会主席由王梦恕院士当选，王永红担任秘书长，这标志着我国在海底隧道乃至地下工程领域已跻身世界前列。未来，我国可将借助国际学术机构平台，为海底隧道技术和工程开创一个崭新的局面。

在国际海峡隧道技术研讨会上，王梦恕院士提出，两岸要着眼经济和人民福祉，需及早启动台湾海峡隧道建设，拉近两岸人民距离。平潭至牛山岛的试验段可先行开工，先行先试。据悉，在大陆与台湾岛之间建设海底隧道的设想提出后，专家论证共提出3种供选择的线路方案，3个方案中，以北线（福建平潭一台湾新竹）距离最短、造价低、航道深，两端接近福州和台北中心城市，因而被一致看好为海峡隧道的首选路线。

台湾海峡隧道从平潭到新竹之间的线路总长度约128公里，王永红介绍道，规划中的台湾海峡隧道北线已选址平潭岛。作为大陆离台湾最近的县，平潭在与台湾的交通联系上，被赋予了更多的期待。根据《平潭综合实验区总体发展规划》，平潭将形成较为完备的海、陆、空、港综合交通体系。平潭作为对外联系的第2通道，将建为京台高速、京福台快速铁路、福州城市轻轨“三路合一”的并线通道。这条海底隧道一旦建成，对于两岸同胞来讲从北京乘坐高铁直通台湾将不是梦想。

心系国家新发展

地下工程设计施工极其庞杂，涵盖的领域也十分广泛。除了水利工程、地下储存二氧化碳、海峡隧道，它在高铁和地下车库中也发挥重要应用。今年有3条高铁全线贯通，其中在沪昆高铁中，隧道占有率达到了80%，形成了没有隧道，就没有高铁的局面。而城市交通，也正面临着不堪重负的压力。10年前，王永红做过调研，那时他们认为交通是1个商业性很强的项目。然而从前几年开始，已形成一个亟待解决的社会难题，这种大问题如何解决？“它不是一个单纯的技术问题，涉及到管理、社会的问题，从技术方面我们可以走欧美的老路，但同时也要创造中国自己的特色”，王永红口中的创新解决方法就是建设“全智能型立体地下停车库”。

提及地下车库，其安全性能一定摆在首要位置。面对4大问题——地下车库围岩稳定性及其控制理论；城市地下工程安全性控制理论；复杂地下工程力学及其工程应用基础；地下结构的动力灾害及控制理论，王永红和科研团队将具体方案实施分三个阶段，首先建立安全性与围岩变形的动态量化关系，形成基于变形控制的设计理论与方法；其次，深化理论研究，建立与不同工法相对应的技术标准和体系，做到精细化过程控制；最后，制定地下车库技术标准和技术规范，建立安全控制体系，实现规范化设计、施工及管理。王永红介绍道，此项目重点利用新设备、新仪器、新技术、新材料、新工艺提高和改善传统的钻爆发施工配套技术的设计；引进先进技术，构建人性化的设计；施工的各个工序都要进行交叉学科的应用和研究，促进地下车库及地下工程发展新台阶，而不是抄袭式的重复照搬，强调设计方案的研究在前，结构设计在后。

花园中含苞待放的花朵是祖国的未来。然而，“现在的学生大多都是独生子女，自我意识很强”，作为传道授业解惑者的王永红就常常告诫他们：一个人并不是单纯的为自己而活，最大的责任是对社会负责、做贡献，要有强烈的责任感，爱国家、爱人民，把个人利益和国家利益结合起来，这样才有发展的空间和生存的平台。这不是高呼口号，踏足地下工程业数十载来，王永红一直这样践行。尚且身处校园的学生们自然不能体会王永红话语里的深刻含义，毕业后，他们都纷纷回到学校，同王永红交流甚多，“学生进入到社会后才觉得我说的很有道理。”

作为留美多年的莘莘学子和担任多个国际学术组织委员的王永红，多少次站在国际会场上作报告，但他不感到孤独，因为他知道，在身后有强大的祖国做后盾，有亿万人民支持着他；多少次在项目竣工书上重重签下自己的名字，王永红激动的同时仍旧保持冷静，因为他知道，与荣誉相伴的却是自己肩头挑起的那份神圣责任……