王樹英教授（右）常常帶著學(xué)生奔赴一線。深大供圖

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深圳新聞網(wǎng)2026年4月24日訊（深圳特區(qū)報記者 焦子宇 通訊員 劉琛 吳梓儀 楊譯然 鄭融）截至2026年，深圳地鐵線網(wǎng)密度穩(wěn)居全國內(nèi)地城市首位。十幾條線路在地底交織穿行，讓城市出行變得極為便捷。但很少有人知曉，這些地下隧道究竟如何開挖，要經(jīng)歷怎樣的工序才能既快又穩(wěn)又安全？其實，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，渣土藏著大學(xué)問。

深圳大學(xué)未來地下城市研究院副院長、土木與交通工程學(xué)院王樹英教授，花了12年時間深耕渣土研究。他和團(tuán)隊圍繞盾構(gòu)掘進(jìn)核心瓶頸，開展盾構(gòu)渣土力學(xué)特性與高質(zhì)掘進(jìn)技術(shù)研究，成果已在滇中引水、深圳地鐵11號線、廣州地鐵7號線、昆明地鐵4號線等100余個重大盾構(gòu)隧道工程中成功應(yīng)用，并獲得2024年度廣東省科學(xué)技術(shù)獎科技進(jìn)步獎一等獎。

“大國重器”的消化難題

城市地下空間開發(fā)，盾構(gòu)機(jī)是當(dāng)之無愧的“大國重器”。如果把盾構(gòu)機(jī)想象成一條巨大的“地下巨龍”，它一頭鉆進(jìn)地里，“啃食”出一條直徑堪比兩層樓高的隧道。在這過程中，地下土質(zhì)復(fù)雜多樣，“巨龍”在接觸不同土質(zhì)時也會出現(xiàn)不同的反應(yīng)。

當(dāng)“巨龍”穿越富水砂層時會遇到松散的砂土，它把砂土和地下水一起“吞”進(jìn)“肚子”（土艙）里，由于砂土止水性差，無法和水融合，在將砂石排出“體外”的過程中就容易因水的高壓導(dǎo)致砂土從螺旋輸送機(jī)中噴涌而出，造成“體內(nèi)外”壓力失衡，引發(fā)前方地面坍塌；到達(dá)泥質(zhì)粉砂巖時，黏稠的黏土則容易黏在它的“牙齒”（刀盤）上，結(jié)成厚厚的泥餅，讓它“罷工”；還有的砂土、黏土、巖石交疊的復(fù)合地層，更是讓掘進(jìn)難上加難。

當(dāng)前，國際上有關(guān)盾構(gòu)掘進(jìn)的技術(shù)瓶頸在于地層動態(tài)多變，難以實現(xiàn)盾構(gòu)土艙內(nèi)渣土性狀精準(zhǔn)（靶向）調(diào)控，以及土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)尚未形成閉環(huán)的動態(tài)管控系統(tǒng)。

讓渣土變成“安全屏障”

王樹英團(tuán)隊的研究核心，是通過在盾構(gòu)機(jī)挖掘出的土體中，注入泡沫、膨潤土等改良劑，精準(zhǔn)調(diào)控渣土的力學(xué)特性，讓原本“不聽話”的渣土，變成守護(hù)壓力平衡的“安全屏障”。這背后，不是簡單的土壤改良，而是融合力學(xué)、機(jī)械工程、材料化學(xué)于一體的交叉創(chuàng)新。

滇中引水龍泉倒虹吸工程是我國當(dāng)時埋深最大水壓最高的軟弱地層土壓平衡盾構(gòu)隧道工程。由于渣土止水性差，穿越富水砂土地層過程中頻繁出現(xiàn)渣土噴涌和土艙失壓問題，進(jìn)而引發(fā)地層超挖。同時，螺旋輸送機(jī)出渣口的渣土噴涌嚴(yán)重影響了盾尾管片的拼裝，導(dǎo)致盾構(gòu)多次停機(jī)，不得不清除盾尾洞內(nèi)的泥渣。

基于王樹英關(guān)于渣土的研究成果，工程團(tuán)隊認(rèn)識到高水壓對渣土滲透性的影響，優(yōu)選了渣土改良劑，并借助開發(fā)的盾構(gòu)掘進(jìn)智能管控平臺，智能優(yōu)化了渣土改良參數(shù)和掘進(jìn)參數(shù)，最終成功解決了渣土噴涌與土艙保壓難題。

在這項持續(xù)12年的研究期間，王樹英團(tuán)隊始終與全國各地的隧道工程建設(shè)單位保持緊密合作，助力相關(guān)企業(yè)攻克技術(shù)難題。

實驗室里的“掌勺人”

王樹英將復(fù)雜的研究比作“炒菜”，他自己是“掌勺人”，而各種渣土改良劑，就是他手中的“調(diào)料”?！熬拖駨N師炒菜，同樣的食材，不同的配比和做法，味道天差地別?！蓖鯓溆⒄f，市面上的改良劑并不少見，但如何根據(jù)不同土質(zhì)，搭配出最合適的“調(diào)料”配比，讓砂土不噴涌、黏土不結(jié)餅、壓力穩(wěn)得住，才是最核心的難題。

“炒菜”的過程，遠(yuǎn)比想象的難，處處體現(xiàn)團(tuán)隊對土體力學(xué)行為的深度認(rèn)知與調(diào)控。研究流程主要分為地層特性與渣土機(jī)理分析、改良材料選型與微觀機(jī)理研究、室內(nèi)宏觀物理力學(xué)試驗優(yōu)化配比和現(xiàn)場應(yīng)用驗證四個環(huán)節(jié)。

團(tuán)隊做室內(nèi)宏觀物理力學(xué)試驗優(yōu)化配比卡殼的時候，王樹英不會直接給答案，他會帶著學(xué)生把失敗的試驗現(xiàn)象重新梳理一遍，從數(shù)據(jù)里找線索，從現(xiàn)象里挖原因。就這樣，團(tuán)隊一點一滴地調(diào)試，找到一個既能讓渣土不粘刀盤、又不噴涌的最佳配比。

“我們不是在做簡單的配比調(diào)試，而是在理解土的本質(zhì)。只有把機(jī)理吃透了，‘掌勺’才能心中有數(shù)，而不是憑感覺亂加調(diào)料。”王樹英總結(jié)道。談及未來，王樹英團(tuán)隊正著手研究基于多源數(shù)據(jù)融合的超前預(yù)判算法，讓盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)之前就能“感知”前方的土質(zhì)變化，提前調(diào)整參數(shù)，進(jìn)一步提高掘進(jìn)效率和安全水平。