我与科学基金(320)
地铁给人们的出行带来很大便利，但是我国江南地区的江河湖海之下多是软黏土层，如何保障安全施工和长期运营？
浙江大学城市学院工程学院土木工程学系副教授、浙江大学硕士生导师丁智博士承担的浙江省自然科学基金青年基金项目“地铁列车荷载下软土越江盾构隧道长期沉降研究”近日通过了结题验收，研究成果对浙江省乃至全国水下隧道建设和运行安全具有十分重要的工程指导意义。
记者6月17日走访了浙江大学城市学院“地下工程安全与监控技术重点实验室”，丁智博士介绍说，在城市地铁建造过程中，由于线路、造价、环境等因素的制约，难免要穿越江、河、湖泊乃至海洋等特殊区域，形成富水区域条件下的城市地铁越江隧道，如何保障安全并且科学合理地预测并控制工后长期变形是很大的难题。
浙大城市学院地下工程安全与监控技术重点实验室主要研究方向为隧道施工及运营安全与监控技术、新型桩基工程及检测技术和深基坑设计与施工安全及监控技术。丁智博士介绍，穿越江河湖海的地铁隧道在联络通道施工的时候如果采用冻结法施工，软弱土层需要冻结再解冻，其物理及力学性状将有很大改变；越江地铁隧道在长期运营过程中，受到列车、潮汐和冲淤等荷载的反复作用，隧道将出现不同程度的沉降变形，基于此，丁智博士和他的研究团队承担的省基金项目研究成果是为地铁建设、设计和施工单位作理论预测指导及决策参考的。
据介绍，目前，上海、杭州等地区是我国修建越江隧道最多的城市，软土盾构隧道特别是水下软弱地基土隧道，列车循环荷载作用下会引起地基土变形和累积沉降。大量实测数据表明，盾构隧道长期沉降在总沉降量中所占比例约30%～90%之间，在软土越江段地区比例更高。在越江地铁列车长期循环荷载作用下，深厚软粘土及冻结法工后融土的变形发展较快，对已运营的地铁隧道结构会造成不利影响。
与城市地铁盾构隧道相比，过江地铁隧道由于下穿江底且上覆土较浅，对防水抗渗要求尤为严格。若隧道变形过大，则很可能引起衬砌的开裂渗漏，严重的将会造成隧道上覆土流失或地基土坍塌，会给地铁隧道运营带来安全隐患。另外，潮汐荷载和冲於荷载的循环作用也将增加土体的残余应变，使隧道产生进一步的变形。如钱塘江河床剧烈冲淤会导致越江隧道上方的覆土厚度在3~7月洪水期和年中其它时期有很大不同，这是造成越江隧道纵向变形的一个重要因素。地铁运营后隧道所产生的沉降量，很大程度上与地铁振动荷载作用下土体微观结构的破坏、土体软化、累积塑性变形以及动孔压累积和消散有关。
丁智博士领衔的这项研究对越江地铁隧道轨枕埋入式整体道床轨道结构，建立车-轨-衬砌-土体的综合分析模型，分析地铁列车荷载引起的地基土动应力。进一步考虑越江地铁隧道运营特点，通过试验手段对地铁循环荷载作用下饱和软粘土和冻融土的动力特性进行研究，建立合理的累积排水孔压模型。探究不同工况下越江地铁运营期间长期沉降的影响因素，揭示越江地铁运营期间的孔压发展规律及土体变形机理，并建立不同工况下地铁工后长期沉降的预测模型，提出控制和减小长期沉降的有效方法。通过成果应用，能有效减少地铁隧道工程高额的维护费用，保障地铁行车安全。在此项研究成果的基础上，课题组承担了国家重点研发计划项目“涉水重大基础设施安全保障技术研究与工程示范”课题2中“深中通道工程风化岩层遇水软化及淤泥质土三轴试验”，并联合澳门大学申请了国家自然科学基金国际合作与交流项目(NSFC-FDCT)“交通循环荷载下人工冻融海相软土动力特性及变形控制研究”。目前，杭州地铁集团、中铁四局、宏润建设集团、浙江华东安全技术公司、浙江省建筑设计研究院等单位已经与浙大城市学院丁智博士团队建立了长期合作关系。
在近三年的研究工作期间，丁智博士主持国家自然科学基金项目1 项、浙江省自然基金项目1项及杭州市重大科技项目1 项，参与国家自然科学基金面上项目和省重点研发项目各1 项。培养硕士研究生3 名，发表学术论文20余篇，其中被SCI、EI检索论文15余篇。出版专著2 本，授权发明专利10余项，参与编写省级标准2 部。曾获浙江省岩土力学与工程学会科学技术奖(科技进步奖)一等奖(2019，1/13)，浙江省建设科学技术二等奖(2017，1/9)、浙江省科技进步二等奖(2016，5/11)、杭州市科技进步一等奖(2016，5/11)各1 项。
（记者 金乐平 通讯员 王楠 梁金华 文/摄）
