吳夢軍：為我國隧道工程技術進步作出了貢獻
2015-07-10
吳夢軍于 1995 年7 月畢業(yè)后分配到交通部重慶公路科學研究所工作后，一直從事公路與隧道工程的科研、設計及科技管理等工作。主要致力于隧道與地下工程的研究，在隧道新型防排水、大斷面連拱隧道設計施工技術、特殊結構形式公路隧道設計與施工技術、環(huán)保型隧道設計與施工技術、巖溶區(qū)與陡傾小交角層狀等復雜地質(zhì)隧道設計施工技術、支護結構參數(shù)優(yōu)化、高寒地區(qū)公路隧道設計與施工技術、隧道改擴建設計與施工技術等方面取得創(chuàng)新性成果，并在隧道工程進行了有效推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益，有力地促進了隧道技術的進步。同時，對病害隧道檢測與設計、隧道上跨或下穿特殊結構物設計、復雜地表結構物下軌道交通地下區(qū)間隧道設計等方面有較深的研究，有效地提升了隧道設計與施工的安全性、經(jīng)濟性。并參加了《公路隧道設計規(guī)范》、《公路隧道養(yǎng)護規(guī)范》和《公路隧道抗震設計細則》修訂和編寫工作。總體上，通過近20 年的科技工作，在隧道工程研究與設計等方面取得較突出的成果，為我國隧道工程技術進步作出了貢獻。主要研究成果及其社會經(jīng)濟效益如下：
1、六車道連拱隧道設計施工技術
1）綜合利用數(shù)值模擬、塊體穩(wěn)定性分析、模型試驗與監(jiān)控量測等手段，對大斷面連拱隧道圍巖與支護結構受力特征、開挖面時空效應、施工動態(tài)力學響應等進行了全面、深入的研究，并直接應用于實際工程的設計與施工中。
2）首次在依托工程現(xiàn)場對大斷面連拱隧道不同支護時機條件下二次襯砌的受力進行了試驗研究，并據(jù)此提出了二次襯砌最佳施做時機。
3）首次同時對大斷面連拱隧道中隔墻厚度和形狀進行了優(yōu)化研究，提出了結構安全、受力合理的中隔墻厚度與形狀。
研究成果已成功應用于杭（州）至千（島湖）高速公路連拱隧道工程、二廣高速公路三水至懷集段連拱隧道工程，成功地解決了連拱隧道設計施工中的技術難點與關鍵問題，為設計與施工提供了重要的技術支持，保證了設計的經(jīng)濟合理和施工的安全可靠，加快了施工進度，節(jié)約了工程投資。工程應用表明，本課題研究成果經(jīng)濟效益和社會效益顯著，具有廣泛的推廣應用前景。經(jīng)中國工程院院士鄭穎人組成的鑒定委員會認為該項目研究成果總體達到國際領先水平。
2、公路隧道噴射防水層技術
1）首次提出了噴射排水層+噴射防水層的公路隧道防排水結構體系，該體系能滿足公路隧道防排水要求。
2）首次研制出噴射排水層材料，該排水層由橡膠粒子+礦棉纖維+VAE 乳液混合體系構成，它利用無機纖維的吸附、廢舊硫化橡膠的彈性、聚合物乳液的粘結獲得排水層的排水、找平和彈性功能。
3）首次提出了公路隧道聚脲噴射防水層成套技術：采用超速固化噴射瞬間成膜的施工方式，實現(xiàn)整體無縫防水，有效解決了在公路隧道背水垂直邊墻、拱頂面成膜和潮濕基面粘貼問題。該技術包含專用噴射聚脲材料和成套噴射施工工藝。所獲的噴射聚脲材料具有超速固化特性，并具優(yōu)異的物理力學性能和施工工藝性能：固含量(%)97、凝膠時間(s) 11、表干時間(min) 2、硬度(邵A) 88、拉伸強度(Mpa) 9.69、斷裂伸長率(%)958、撕裂強度(kN/m) 60.27、附著力(MPa) 2.3、低溫柔性（-30℃在10 ㎜軸180 度彎折）不開裂、不透水性（0.3 Mpa/30mim）不透水；
4）首次提出了公路隧道噴射防水層質(zhì)量檢驗標準與施工技術指南，為噴射防水技術的推廣應用提供技術依據(jù)。
通過研究，獲得應用于公路隧道防水的新型成套實用技術，為公路隧道防水提供一套全新的技術對策，解決目前隧道防水中存在的一些缺陷。研究成果已成功應用于重慶渝湘高速公路平陽隧道，三種噴射防排水結構方案均能形成整體連續(xù)無縫膜，防水效果良好，具有廣闊的推廣應用前景。經(jīng)中國工程院院士鄭穎人組成的鑒定委員會一致認為該項目研究成果總體達到國際先進水平，其中噴射排水層、噴射防排水結構體系等方面達到國際領先水平。
研究成果“隧道排水層材料”和“隧道防排水系統(tǒng)的施工方法”獲國家發(fā)明專利，“隧道內(nèi)壁結構”獲實用新型專利。
3、支護結構參數(shù)優(yōu)化研究
1）首次對重慶地區(qū)公路隧道圍巖巖性、產(chǎn)狀、基本物理指標以及水文地質(zhì)等進行了比較全面的統(tǒng)計與分析，并提出了重慶地區(qū)公路隧道各級圍巖的典型地質(zhì)特征。
2）首次大范圍地對重慶地區(qū)公路隧道支護結構參數(shù)進行了統(tǒng)計和對比分析，其中兩車道分離式隧道統(tǒng)計數(shù)量達30 座。
3）針對重慶地區(qū)地質(zhì)條件，首次提出了安全、經(jīng)濟的兩車道分離式隧道、三車道分離式隧道、兩車道連拱隧道在不同圍巖級別（洞身一般圍巖段）條件下的支護結構優(yōu)化參數(shù)。
4）優(yōu)化參數(shù)在重慶地區(qū)進行了較大范圍的應用，共節(jié)約工程投資約8200 萬元。
5）提出了公路隧道標準化設計的理念，并首次進行了公路隧道標準化設計的實踐。研究成果已成功應用于重慶至長沙公路酉陽至黔江段、黔江至彭水段、彭水至武隆段以及杭州至蘭州線巫山至奉節(jié)段、奉節(jié)至云陽段隧道工程，支護結構參數(shù)滿足安全、經(jīng)濟的原則，符合重慶地區(qū)隧道工程實際地質(zhì)情況，節(jié)約工程投資較多。工程應用表明，研究成果經(jīng)濟效益巨大，社會效益顯著，具有廣泛的推廣應用前景。
4、公路隧道規(guī)范體系的修編
參加了《公路隧道設計規(guī)范 JTG D70-2004》、《公路隧道養(yǎng)護規(guī)范JTG H12-2003》修編和《公路隧道抗震設計細則》新編工作。主要參加了公路隧道設計規(guī)范中第8 章襯砌結構設計和條文說明的修編，參加了建筑限界的技術標準、緊急停車帶的設置原則與標準、橫通道的設置標準及單洞雙向長隧道逃生通道的設置的專題調(diào)研工作；參加了養(yǎng)護規(guī)范第3 章養(yǎng)護等級與技術狀況評定的編寫工作；參加了抗震設計細則中第9 章鉆爆法隧道的編寫。 5、特殊結構形式公路隧道的設計與施工技術在山西晉城-濟源高速公路排盤隧道（全長3.479km，雙向4 車道）設計中，根據(jù)地形特點：
1）提出了由雙洞單跨上下雙層橋隧聯(lián)體混合結構、連拱結構、小凈距結構和分離式結構組成了復雜的分岔式隧道；
2）橫斷面結構包含2 種形式：上層為雙洞單跨隧道+下層為箱梁；上層為雙洞連拱隧道+下層為橋臺的兩種橋隧混合結構，其最大開挖跨徑達25.77m，最大開挖高度17.25m，斷面面積達346.6m2。
在廈門市機場路一期工程萬石山隧道設計中，創(chuàng)造性地提出了我國第一座地下全互通式立交。由于地下立交結構種類繁多，施工工序復雜，既有平面分岔結構（由單洞、大跨隧道、連拱隧道、小凈距隧道組成），又有上下交叉結構隧道；既有新洞室的建設，又有既有洞室的改造，開創(chuàng)了我國公路隧道地下立交新篇。它也是“大型江底地下互通式立交樞紐建造與運營核心技術”的重要組成部分。該技術提高了我國在特殊條件下修建高等級公路隧道的能力，形成了一批指南，部分研究成果進入了設計規(guī)范的修編中。
6、環(huán)保型隧道設計與施工技術
參加了江蘇省寧淮高速公路老山隧道棚洞設計，隧道長 376m，3 車道，開創(chuàng)了我國公路隧道大跨曲墻平頂斜柱棚洞結構，將“技術先進、造型新穎、安全適用、經(jīng)濟合理、節(jié)省能源、生態(tài)環(huán)保”等思想融為一體引入我國公路隧道環(huán)境友好型公路建設理念，開啟我國因地制宜生態(tài)建設新理念。棚洞結構斷面設計橫跨達到15m，兩斜柱支撐的中心間距更是達到12m，邊坡按1：0.3 的坡比放坡開挖后，通過棚洞結構反壓回填保證邊坡的穩(wěn)定。棚洞頂部通過回填、植樹綠化等措施，達到保護邊坡和自然環(huán)境的目的，主要技術成果：1）洞口環(huán)保選型與設計施工技術
提出了“零開挖”進洞理念，開發(fā)了公路隧道前置式洞口工法，提出了前置式洞口工法的合理施工步序、施工關鍵點及工程措施，避免了隧道洞口高大邊坡開挖，保護了自然植被，減小了對原地質(zhì)體的擾動；基于環(huán)境保護理念，考慮洞門安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟性，研發(fā)了公路隧道洞門模糊層次選型模型及其軟件。 2）棚洞設計施工技術提出“傍山穿行，順其自然，保護邊坡”的環(huán)保理念，研發(fā)全新的大跨半拱輕型棚洞結構，進行了土體-回填體-棚洞結構的力學耦合分析，提出了棚洞的支擋原理、設計方法和施工工藝，開發(fā)了相應的整體模板臺車。它以“技術先進、造型新穎、安全適用、經(jīng)濟合理、節(jié)省能源、生態(tài)環(huán)保”融為一體進行工程設計施工。本項部分研究成果已納入正在修編的《公路隧道設計規(guī)范》，推廣應用前景極為廣闊，對公路環(huán)保建設產(chǎn)生深遠影響。
7、陡傾小交角層狀巖體隧道災害形成機理及設計、施工關鍵技術
1）提出了陡傾小交角層狀巖體隧道的4 大類破壞模式（順層滑移、彎曲折斷、擠壓外鼓、楔形體破壞），闡述了各自的發(fā)生條件、破壞機制和發(fā)生位置。
2）應用三維可視化模型構建技術，提出了基于三維可視化模型進行陡傾小交角層狀巖體隧道工程動態(tài)設計的總體思路和方法流程。
3）提出了陡傾小交角層狀巖體隧道圍巖變形特性及其開挖穩(wěn)定性影響關鍵因素。
4）針對陡傾小交角層狀圍巖隧道的地質(zhì)特征和破壞機制，提出一種專用于陡傾小交角層狀圍巖隧道的非對稱非均長布置的錨桿支護結構，解決了傳統(tǒng)對稱支護結構難以控制圍巖發(fā)生順層滑移破壞的技術難題。成果在重慶涪南高速公路隧道工程上得到成功應用，有效解決了施工過程中遇到的圍巖失穩(wěn)問題。
8、復雜地表結構物下軌道交通地下區(qū)間隧道設計
1）城市大斷面淺埋暗挖隧道設計施工技術：通過結構分析計算，設置雙層初期支護和增強超前支護，通過雙側壁導坑法、雙側壁預留十字核心土側壁上下導坑開挖法，以及隧道動態(tài)設計體系等措施，成功建成開挖跨度達26.5m 的區(qū)間隧道。
2）地下區(qū)間近距離上跨既有病害隧道設計技術：通過減少區(qū)間隧道凈跨，設置地下門式墩，施工采用“弱爆破、短進尺”等技術手段，以減小對既有病害隧道的影響，使區(qū)間隧道安全順利上跨圍巖凈距小于2m 的兩座病害隧道。
3）城市地下分岔隧道結構設計技術：根據(jù)地質(zhì)與地下結構物等情況和交通轉換的需求，對區(qū)間隧道，合理組合大斷面隧道、無中墻連拱隧道、有中墻連拱隧道、小凈距隧道、分離式隧道等結構形式，設置成不同類型的地下分岔暗挖隧道結構，有效降低了地下工程的施工難度，確保了施工安全和加快了施工進度。
9、高寒地區(qū)公路隧道設計與施工技術研究
以西藏扎墨公路控制性工程嘎隆拉隧道（全長 3310m，平均海拔3700m）建設為依托的“西藏扎木至墨脫公路建設關鍵技術研究”，通過系統(tǒng)的現(xiàn)場勘查、室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗、現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值仿真和工程驗證，克服了施工隧道氣象條件惡劣，穿越多條地質(zhì)斷裂帶，巖體破碎，涌水量大，地質(zhì)構造、水文地質(zhì)條件極其復雜等種種困難，主要取得了以下成果：
1） 針對扎墨路所處的喜馬拉雅-南迦巴瓦構造結，組建了“地震監(jiān)測臺陣網(wǎng)”，并通過現(xiàn)場調(diào)查，基本查明嘎隆寺和馬尼翁斷裂分布及活動性特征；采用三孔交匯法結合Kaiser 效應測試、應力恢復法和數(shù)值模擬方法，揭示了嘎隆拉隧道隧址區(qū)地應力場特征。
2） 針對高地應力、斷層破碎帶、大涌水量地層，提出了基于隧道地震反應特性分析和安全性評估的隧道抗震設計方法和措施；建立了公路隧道“鉸接”加“隔離”的抗錯斷設計方法。
青海省共和至玉樹（結古）公路為玉樹災后恢復重建保障性工程為，全長 634.84km，按高速公路標準建設。全線共設置5 座隧道，分別為河卡山隧道、鄂拉山隧道、姜路嶺隧道、雁口山隧道和通天河隧道隧道，均為特長隧道。這是我國在青藏高原多年凍土地區(qū)修建的第一條高速公路，也是首次修建的多年凍土高速公路公路隧道。隧道洞口平均海拔 4000--4500m，隧道建設條件惡劣，氣候寒冷、缺氧、紫外線強、人煙稀少，隧道地質(zhì)條件復雜，遭遇凍土、斷層破碎帶、富水地層、含冰地層等諸多不良地質(zhì)，施工中極易出現(xiàn)凍害、涌水和塌方等災害。以上述5 座隧道為依托，通過“高寒多年凍土公路隧道設計施工技術”研究項目，采用現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬等綜合性手段，提出了以下創(chuàng)新性成果：
1）開展了多年凍土的室內(nèi)力學試驗，得出了多年凍土圍巖的力學特性和隧道變形機制。
2）提出高寒多年凍土隧道防寒泄水洞合并設置的新理念，并系統(tǒng)建立了防寒泄水洞的設置原則和標準。
3）提出了高寒多年凍土隧道的防寒保溫技術和措施。
4）建立了高寒多年凍土隧道成套設計施工技術，并形成了“高寒多年凍土隧道設計施工技術指南”。
10、隧道結構改擴建設計與施工技術
針對我國高速公路物流和車流急劇增長現(xiàn)狀，早期修建的高速公路升級改擴建時期如期而至，公路隧道正面臨由雙向4 車道改建成雙向6 車道或8 車道社會需求。我國早期修建的高速公路如廣州至清遠、福廈漳高速公路都進行改建工程，為此依托“福廈漳高速公路擴建工程—隧道擴建關鍵技術研究”項目開展了隧道結構改擴建設計與施工技術攻關，主要成果如下：
1）創(chuàng)立了原位改擴建特大斷面隧道設計施工方法；
2）提出了擴建成小凈距隧道（群）的爆破振速控制標準和控制措施；
3）提出了隧道原位擴建的設計方法和原則、設計支護參數(shù)、隧道改擴建的開挖方法和施工工序、爆破控制技術等。
4）成功進行了保通條件下4 車道擴建成8 車道隧道的工程實踐，解決了隧道擴建中型式選擇、圍巖穩(wěn)定與支護結構安全的問題，取得了良好的經(jīng)濟社會效益，填補了我國高速公路隧道改擴建建設技術空白，該成果納入《公路隧道設計規(guī)范》。
11、發(fā)表論文情況
總計公開發(fā)表學術論文 28 篇，以第一作者在國內(nèi)外公開發(fā)表學術論文26 篇，其中被美國工程檢索系統(tǒng)EI 收錄6 篇，外文EI 期刊2 篇。
