方勇

西南交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，“大型及復(fù)雜交通隧道工程教育部創(chuàng)新團(tuán)隊”及“黃大年式交通隧道工程教師團(tuán)隊”核心成員，長期圍繞“復(fù)雜條件交通隧道工程建設(shè)與營運(yùn)技術(shù)”主題開展創(chuàng)新研究與工程實(shí)踐，先后主持國家自然科學(xué)基金項目4項、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題2項、省部及重大工程類科研課題十余項。

10月11日，西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院教授方勇的日程排得滿滿當(dāng)當(dāng)：上午，召集智能建造方向的研究生開課題例會，討論課題進(jìn)展和遇到的問題，提出解決方案；下午，和同事們討論學(xué)科相關(guān)科研設(shè)備的購置和研制事宜；晚上，繼續(xù)加班，準(zhǔn)備一個匯報材料PPT。

眼下，他最關(guān)心的研究內(nèi)容，則是成都地鐵穿越泥巖及復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)。隨著成都地鐵網(wǎng)絡(luò)的完善，區(qū)間隧道埋得更深，盾構(gòu)機(jī)穿越泥巖或泥巖—卵石土復(fù)合地層，需要解決盾構(gòu)刀盤結(jié)餅堵塞、管片結(jié)構(gòu)的抗浮與穩(wěn)定、近距離穿越建（構(gòu)）筑物施工安全控制等難題。目前，他和團(tuán)隊正在依托成都地鐵17號線等區(qū)間盾構(gòu)隧道工程開展研究，研究成果可以直接服務(wù)于成都地鐵建設(shè)。

這只是方勇研究生涯里接觸的許許多多隧道之一。從青蔥歲月到不惑之年，他“鉆”進(jìn)隧道領(lǐng)域，不斷地鉆探、鉆研。

“鉆”進(jìn)隧道

南來北往，東西穿梭，一個個隧道為客貨交織的人流物流通道打通山嶺、河海及地下的重重阻隔。

方勇所在的西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院地下工程系，這里的老師和學(xué)生，他們研究的課題，有關(guān)“隧道的一生”——工程設(shè)計、施工與維修養(yǎng)護(hù)、抗減震、通風(fēng)防災(zāi)與節(jié)能控制……

方勇也是一位“鉆”進(jìn)隧道的人。本科時，他的專業(yè)是石油工程，與隧道最相似的部分，可能只是二者都需要“打洞”。報考研究生時，看到土木工程建設(shè)領(lǐng)域的需求越來越旺盛，他便決定轉(zhuǎn)向橋梁與隧道工程領(lǐng)域。

在橋梁和隧道之間，方勇最終選擇隧道作為一生的事業(yè)，這一選擇摻雜了幾分個人情感。兒時，他的心里就埋下了一顆“打隧道”的種子。

方勇的老家在達(dá)州市大竹縣，離重慶的墊江縣縣城很近，不過幾十里，但沒通公路。小時候，他和父親去墊江縣城趕集，要天不亮就出發(fā)，徒步翻過一座山，天摸黑才回來。“當(dāng)時的念頭，就是想在我家鄉(xiāng)的山川之間，打通一些隧道，就再也不用走山路了。”

站在新的起跑線上，困難重重，需要自學(xué)不少課程。即便下課之后，方勇也會抓緊一切時間惡補(bǔ)自己的知識短板。研二開始課題研究后，方勇的寒暑假直接“消失”了，有時一個假期都回不了一趟家。

“做研究就是要靜下心。”十幾年后，方勇仍然保留了當(dāng)年的那股韌勁。開學(xué)后，白天，各種事務(wù)堆得很滿，但到了晚上，他往往會在桌前靜坐直至深夜。對此，方勇稱之為寶貴的“窗口期”——這些屬于自己的時間，能夠讓他進(jìn)行純粹的科研。

方勇曾經(jīng)的愿望已經(jīng)實(shí)現(xiàn)——鄰墊高速公路的銅鑼山隧道、明月山隧道，南大梁高速公路華鎣山隧道等已經(jīng)建成，廣鄰快速通道項目華鎣山隧道及引道工程和成達(dá)萬高鐵華鎣山隧道正在加快建設(shè)，盡管在腐蝕性富水段、高瓦斯、采空區(qū)、突水突泥、可溶巖等因素下困難重重，但可以想見，未來，沿途老百姓的出行將會更加方便。

“穿山”之路

在西南交通大學(xué)，土木工程地下方向最核心的三門基礎(chǔ)課程，分別是山嶺隧道、水下隧道和城市軌道交通，分別面向修建隧道最常見的三個場景。尤其是在山區(qū)，隧道是化險阻為通暢的利器——上世紀(jì)五十年代，寶成鐵路就在崇山峻嶺之間，憑借304座隧道，北接陜西寶雞，南抵四川成都，串聯(lián)起西北與西南。

但穿山之路不易。最傳統(tǒng)的方法，是工人在掌子面（隧道工程中不斷向前推進(jìn)的工作面）用鉆孔設(shè)備打孔，再在孔里裝填炸藥，起爆，一次性爆破成型——這便是大量運(yùn)用于隧道工程的鉆爆法。

此外，隧道掘進(jìn)機(jī)也是一大法寶。這些“巨型怪獸”，在作業(yè)時旋轉(zhuǎn)刀盤，將巖石、軟土挖掘下來，不斷向前掘進(jìn)，“比如，樂西高速公路大涼山1號隧道的平行導(dǎo)洞，就是采用全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工的。”

如果說設(shè)備是機(jī)械廠商的事兒，怎么用好設(shè)備是施工方的事兒，那么科研工作的主要內(nèi)容，則是協(xié)助設(shè)計、施工單位利用這些技術(shù)、設(shè)備，將隧道工程建得更好。對科研人員而言，即便面前是高山也要向前掘進(jìn)，始終是敢于穿“山”之人，永不言棄。

“比如，設(shè)備的適應(yīng)性問題。面對沒有經(jīng)驗(yàn)的復(fù)雜地層，需要攻克相應(yīng)的技術(shù)。”2005年，正在攻讀博士研究生的方勇，跟隨導(dǎo)師進(jìn)行成都地鐵建設(shè)相關(guān)的課題研究，這是他最早接觸的工程之一。

成都市地下，大多屬于富水砂卵石地層，一是掘進(jìn)難度大，二是地面沉降難以控制，可能會有安全風(fēng)險。建設(shè)方先搞起了實(shí)驗(yàn)段，一個標(biāo)段采用泥水盾構(gòu)，一個標(biāo)段采用土壓平衡盾構(gòu)，再來進(jìn)行對比，最后得出了結(jié)論：土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)效率較高，且不需要泥水處理廠等更多空間。

接下來，怎么解決掘進(jìn)慢、設(shè)備磨損快的問題？經(jīng)過各方的反復(fù)研究論證，最終，形成了以“排出為主，破碎為輔”的掘進(jìn)理念，并進(jìn)行了刀具配置、渣土改良、螺旋輸送機(jī)參數(shù)配置調(diào)整等方面的大量工作，提升了掘進(jìn)的速度。

發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的成就感，讓方勇從事科研道路的決心更加堅定。現(xiàn)在，方勇參與的隧道工程，用他的話來說，“隨便數(shù)出幾十個來都沒問題。”

“以前的隧道普遍短小，施工條件也不太復(fù)雜。要向具備更復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域挺進(jìn)，離不開科技的支撐。”另一個關(guān)鍵要素則是團(tuán)隊協(xié)作。方勇所在的“大型及復(fù)雜交通隧道工程教育部創(chuàng)新團(tuán)隊”，由不同研究方向的成員組成，加上隧道的設(shè)計方、施工建設(shè)方、營運(yùn)方等，“與這些‘戰(zhàn)友’并肩，才能真正地穿越山川險阻。”

方勇參與的隧道項目之一——桃巴高速米倉山隧道。蜀道集團(tuán)供圖

別有“洞”天

“不僅要結(jié)合自身已有的基礎(chǔ)，還要切合國家的重大需求。”在這一前提下，方勇的研究方向也在不斷調(diào)整。比如，他所關(guān)注的盾構(gòu)施工技術(shù)，在加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的背景下，要考慮如何在傳統(tǒng)的研究方案基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能建造的問題。去年，學(xué)校還新開了一門課程——智能建造與運(yùn)維養(yǎng)，就是意在打開學(xué)生這方面的思路。

方勇介紹，智能建造領(lǐng)域急需突破的問題，一是裝備的智能化，二是運(yùn)用裝備的關(guān)鍵技術(shù)，比如開挖方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇。具體到隧道掘進(jìn)機(jī)，則要基于大數(shù)據(jù)，通過人工智能深度學(xué)習(xí)的方法來提供一些決定參數(shù)的輔助決策，甚至實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的無人掘進(jìn)等等。

現(xiàn)在，方勇又站在了新的“洞”門前。他要學(xué)習(xí)一些最新的算法和模型，利用這些知識實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)行業(yè)的改良升級，跟上時代的潮流。“有個詞叫做工程類比，說直接一點(diǎn)就是：以前的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，能為今后的工程提供參考。”在這樣的情況下，科研就是不斷發(fā)現(xiàn)新問題，勇攀高峰的過程。創(chuàng)新，是方勇常掛在嘴邊的詞：“搞科研，不能總炒回鍋肉。”

方勇經(jīng)常和學(xué)生們提起一個例子。剛上研究生時，他接觸的第一個研究課題，關(guān)于隧道內(nèi)污染物濃度分布——這是解決隧道如何通風(fēng)以保證污染物濃度不超標(biāo)的關(guān)鍵問題。

“當(dāng)時，大多數(shù)研究都直接假定污染物呈三角形分布，從入口到出口污染物越積越多，從而基于出口處的污染物濃度進(jìn)行控制。”方勇有自己的看法：車在隧道里是移動的，每輛車的排放量也不同，車與車之間又互相穿插，這個結(jié)論可能過于草率了。于是，他利用自學(xué)的編程知識，模擬了車輛在隧道里的行駛過程，結(jié)合污染物濃度的計算理論，最終求解出隧道污染物濃度的實(shí)時動態(tài)分布。

創(chuàng)新當(dāng)然無法一蹴而就。曾經(jīng)，中國的技術(shù)和設(shè)備水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，經(jīng)歷了漫長的引進(jìn)吸收、自主創(chuàng)新，才實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化和大量推廣。“再比方說，很長時間內(nèi)，鉆爆法仍將是隧道工程建設(shè)的主要工法。”方勇說。不過，在今天，這種方法正在走向全工序機(jī)械化與智能化，或許某一天，還會實(shí)現(xiàn)真正的無人化。

而這些，正是方勇為之奮斗的新“洞天”。