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肩负使命,志在引领——记隧道及地下工程著名专家、北京交通大学张顶立教授及其教育部创新团队

发布时间: 2014-05-06

    “我国是隧道大国,但还远不是隧道强国,我们这一代人肩负着实现由隧道大国向隧道强国跨越的历史使命”,这是北京交通大学张顶立教授时常挂在嘴边的一句话,正是这句话激励着张顶立教授及其带领的团队每一位成员忘我工作,不断创新。

    机遇与挑战并存

    据不完全统计,截止到2008年底,我国已经建成的铁路隧道总长度已经超过4200公里,在建铁路隧道总长度已超过4700公里,即将开工和规划建设的隧道总长度超过5000公里,预计到2012年,我国建成通车的铁路隧道的总数量将突破10000座,总长度将突破10000公里,我国铁路隧道建设的总量已经远远领先世界其他国家。另外,随着城市化进程的加快,公路、水电、城市地铁隧道等的建设规模和速度在全世界亦是绝无仅有的,我国已经成为名副其实的隧道大国。但是我国隧道修建的基础理论、技术水平、施工装备、安全质量控制与管理等与隧道强国相比还存在较大的差距,适合我国国情的隧道技术理论体系尚未形成。这一空白需要我们这代隧道人去努力填补。
     面对这种现状,张顶立教授带领研究团队一直秉承“面对国家重大工程需求的关键科学问题开展基础研究、结合工程需求形成核心技术”的研究理念,依托先进的试验平台和学科优势,在国内外隧道及地下工程有重要影响的前沿领域开展原创性的研究工作,参与了我国许多重大工程的建设,如渝怀铁路、宜万铁路、厦门海底隧道、青岛海底隧道、港-珠-澳跨海工程以及我国多个城市地铁及地下工程等多项工程的建设工作,其科学研究成果为工程安全、快速地建成发挥了重要作用。张顶立教授认为:“科学理论与工程实践的结合是隧道工程的精髓,做学问就是从工程实践中不断提炼科学问题,不断总结,不断创新”他是这么想的,也是这么身体力行的。

    核心技术的不断突破

     由于隧道与地下工程为隐蔽性工程,其建造过程中存在极高的安全风险和极大的技术难度,因此,隧道与地下工程安全性控制是直接关乎工程建设的成败的关键。近年来,张顶立教授带领的科研团队正是围绕”隧道与地下工程安全性控制”这一核心技术问题开展研究工作,并不断取得突破。
     2001年,张顶立教授从城市地下工程安全性控制入手,依托深圳地铁、北京地铁、天津地铁、沈阳地铁及大连城市道路隧道等工程,开展了系统深入的研究工作。首次建立了包括“结构现状评估、变形预测及施工方案设计、过程控制方案制定、监测信息反馈和工后评估及恢复”在内的5步序安全风险控制体系。构建了基于关键技术的安全性控制系统平台,整体上提高了安全风险管理的水平和层次。该成果已获国家发明专利授权,并获 2008年教育部科技进步一等奖。
    2005年,针对我国待建的首座大型海底隧道——厦门翔安海底隧道工程所面临的技术瓶颈,张顶立教授凝练出了其中的关键科学技术问题,并获批立项国家“863”计划项目“大型跨海隧道钻爆法修建核心技术”,在该计划项目的支持下,创造性的开展研究工作,形成了系统的研究成果。建立了地层加固体稳定性分析模型,揭示了复合注浆机理,建立了复合注浆机理模型,形成了可满足地层加固与堵水双重作用的复合注浆技术体系;并针对海底隧道围岩的施工扰动特点,建立了隧道围岩变形与上覆岩层及海床安全性的动态关系模型,建立了隧道围岩变形与施工安全性之间的定量关系,由此制定了安全性控制标准,实现施工过程的安全控制。上述研究成果获2011年度教育部科技进步二等奖。
    2009年,为了快速提升我国铁路隧道建设技术水平,丰富隧道设计理论,张顶立教授牵头联合西南交通大学、山东大学、中铁西南研究院等国内知名科研院校,以数千公里的在建隧道工程为依托,开展了《隧道围岩稳定性及其控制技术》铁道部重大项目研究工作。首次提出复合隧道围岩结构的理念,将隧道围岩分为浅层和深层围岩,并给出结构界面的确定方法。初次提出隧道初期支护承担全部地层荷载、二次衬砌仅作为安全储备的观点。该成果已在多个高速铁路隧道工程中进行了应用,得到了实际验证,形成了我国铁路隧道设计理论及其主要技术体系,使我国铁路隧道修建综合技术整体上达到国际领先水平,同时亦取得了极其显著的经济和社会效益。
    此外,张顶立教授领导的团队在我国100多座隧道及地下结构检测、分析和评估的基础上,首次明确提出造成隧道衬砌结构破损的主因是衬砌背后空洞的存在、衬砌结构厚度不足及厚度不均匀,其中以衬砌背后空洞的影响最为严重;提出了隧道及地下结构的检测方法和安全性评估指标体系,并制定了安全等级划分标准。以此编制了铁道部部颁技术标准,已在铁路系统得到多年的应用。

    一流科研团队的稳步形成

    作为我校桥梁与隧道工程国家重点学科带头人,城市地下工程教育部重点实验室主任、隧道及地下工程教育部工程研究中心主任,国家“973”计划项目“城市地下工程安全性的基础理论研究”首席科学家,张顶立教授的声誉与威望有口皆碑。除了他一流的科研水平与无可替代的学术地位外,张顶立教授特有的人格魅力也赢得了大家的爱戴。他尊重团队的每一位成员,为大家提供明确而真实的愿景,提出以科学事业和国家隧道建设为前提的团队建设宗旨,给团队每个成员以更大的施展空间,帮助团队成员认清自己的能力、价值、目标,使每个人都清楚自己的定位,清楚自己该做什么。
张顶立教授时常对团队成员说“做学问要耐得住寂寞,经得起诱惑,要能吃苦”。在张顶立教授的带动和潜移默化的影响下,其负责的研究团队形成了强大的凝聚力,每个成员积极投身于团队研究工作,已经形成了一支“工作节奏快、创新能力强、踏实、严谨、追求科学”的高效团队。
    2010年,张顶立教授负责的研究团队获批教育部《隧道及地下工程安全性控制》创新团队,这为团队的进一步发展注入了新的动力。目前该教育部创新团队现有研究人员35人,其中中国工程院院士2人,国家"973"项目首席科学家1人,国家杰出青年基金获得者1人,北京市科技新星1人,教授和博士生导师20人,研究团队多人在国外获得博士学位或具有国外博士后研究经历,研究团队中青年教师均获得国家自然科学基金面上/青年项目资助,为一流研究团队的建设奠定了坚实的基础。
    张顶立教授注重年轻学者的培养和指导,鼓励年轻人主持重要的研究课题使其得到更多的历练,目前已有多人成为某些方向上的研究组长和学术骨干。培养的研究生中,5人获得校级优秀博士论文,多数都成为相关领域的业务骨干和技术专家。近五年来,张顶立教授所领导的团队承担多项高水平国家科技项目,其中主持973项目1项、国家863重点项目3项、国家自然科学基金重点项目3项、国家科技攻关项目3项和国际合作交流项目5项,研究项目经费1.5亿元,取得一系列具有国际先进水平的科研成果,发表了大量高水平论著,获得多项国家级及省部级科技奖励,拥有多项发明专利和软件著作权。
    张顶立教授常说,个人的精力是有限的,而科学知识和技术是无限的,只有无限的激发每个团队成员的优势,增强团队的凝聚力,才能促使我们在隧道工程建设这个领域里永不停滞的累积知识和技术,不断的创新,才能促使我们的团队更专业,最终成为行业的领先,始终如一地为隧道建设奉献力量。

    应用研究向应用基础研究的成功转型

    近年来,张顶立教授所带领的研究团队更加注重开展基础理论研究工作,成功地实现了由应用研究向同时注重应用基础研究的转型,厚实了研究团队的理论基础,形成了较为明确的学术思想。目前,张顶立教授正作为首席科学家开展《城市地下工程安全性的基础研究》,并作为项目负责人承担了国家自然科学基金重点项目《海底隧道围岩稳定性及其控制机理》的研究。他说,以前为了重大工程建设的需要,我们把更多的精力放在了突破技术瓶颈的研究上,技术瓶颈突破后还得回归基础理论,只有完善的基础理论做支撑,才能使我国的隧道修建技术体系更加成熟,真正实现从追随、支撑到引领世界的跨越。这是张顶立教授所带领团队的下一个目标,他们也正在为这一目标努力奋斗着……
(张成平)