謝雄耀：隧道工程的診斷師

2012年11月29日，由國際隧道協會評選的2012年度國際隧道獎頒獎典禮在加拿大多倫多喜來登中心大酒店舉行。這次典禮上，國際隧道協會前主席Martin Knights宣布上海長江隧道工程榮獲2012年度國際隧道大獎（超過10億美元級），這是我國工程項目首獲此項大獎。

上海長江隧道工程位于上海長江口，是長25.5K m上海長江隧橋工程的隧道工程，起于上海市浦東新區五號溝，下穿長江南岔，抵于上海長興島，隧道主體8.95Km， 包括1.5Km長的明挖暗埋段與7.45K m盾構段。盾構段采用15.43m直徑盾構機一次掘進完成，不設中間風井，隧道縱坡呈“W”型穿越長江，江中最大埋深達到55米。沿線穿越砂質粉土、淤泥質粘土等多種不良地層。隧道采用雙管分離布置，中間每隔800m設聯絡通道。單管隧道結構斷面采用三層五間設計，最上層為煙道，設煙道板與中間三車道高速公路行車空間隔開，行車道板下層采用口字件隔成三個通道，分別為逃生救援通道、公用管線通道以及遠期預留的上海軌道交通19號線通道。在施工期間，上海長江隧道創造了兩項世界紀錄：第一是單月掘進556m，第二是單日掘進24m。自2009年10月通車以來，目前已有單日超過30，000輛車輛通過該隧道。

國際隧道大獎評審組推薦意見是：該工程建設團隊開創了未來城市地下工程施工項目的全球標準，必將成為未來同等規模隧道工程典范。

值得一提的是，作為產學研合作項目的杰作，同濟大學是該項目科研主體單位，而謝雄耀教授和他所主持的研究成果在此過程中做出了杰出的貢獻。

仁心仁術 祛病于無形

謝雄耀的研究方向是“隧道與地下工程防災檢測理論與技術”，通俗地說，就是運用一套高科技的極具創新性的理論和方法對隧道工程中可能發生的隱患進行探測，為城市軌道交通工程、跨江海通道工程等交通基礎設施的監測與建養提供技術支撐。

“就像醫生治病一樣，我們的工作就是早發現，早治療。”謝雄耀用這個很形象的比喻告訴我們。在我國經濟建設迅速發展，城市發展不斷跨越的今天，這項工作無疑極具現實意義和經濟價值。

自上世紀80年代中期起，隨著我國城市化進程的推進，各大城市中心空間擁擠、交通堵塞、環境惡化等問題日益突出，逐漸成為城市發展的“瓶頸”。大力發展城市地下空間和軌道交通系統是我國解決“城市病”的最有效途徑。近年來，我國的城市軌道交通建設獲得了快速發展。以上海為例，上海地鐵建設始于1990年初，但其發展極其迅速。從1995年上海地鐵一號線全線建成通車到2011年，上海地鐵運營線路總長度已經達到425公里，車站282座，客流約占全市公共交通出行總量的35%。2012年，上海市新建10個地鐵項目（含既有線延長線），新建線路全長389公里，地鐵運營線路達到13條、運營總長度超過500公里，形成上海地鐵基本網絡。到2020年上海將建成970公里的城市軌道交通網絡。數據表明，截至2010年年底，我國擁有地鐵運營線路42條，運營線路總長度達到1217公里。同時，目前我國獲批建設地鐵的城市有28個，按照規劃，到2015年我國將建成地鐵93條，總里程達2700公里。而這一數字到2020年將是173條，總里程達6200公里。

然而，在飛速發展的背后，是另一個不容忽視的現實情況：由于我國城市軌道交通建設歷史較短，人們對工程結構健康服役問題的嚴重性重視程度不夠。尤其是城市軌道交通結構，其所處的環境較為敏感，列車運行密度極高，使用條件苛刻，并且結構構件連接處及其構件自身會在施工缺陷、材料劣化等因素長期作用下出現薄弱環節，一旦結構損壞不易或根本不可更換，這便對城市軌道交通結構健康服役提出了極高的要求。目前，投入運營后的城市軌道交通結構健康服役問題已開始顯露。

目前，我們對于結構健康性能的監測主要是采用傳統的人工監測方法以及有線傳感器來實現，但人工方法主要依靠人的經驗，不同的人進行監測差異很大，存在很大不確定性，難以主動、實時、可靠地感知結構性能。利用傳統的有線監測方式，則需要負擔昂貴的電纜費用，且在結構上布設電纜繁瑣困難，安裝維護費用高，甚至在某些情況下無法實現布線，且傳回大量監測數據也給數據處理帶來困難，對其廣泛應用造成極大的限制。因此，找到一種更加經濟、高效和準確的檢測方法無疑具有極重大的現實意義。

2009年12月22日，一號線因盾構隧道結構的碳纖維修補材料意外脫落造成電線短路，誘發兩車碰撞事故，事故導致一號線全線癱瘓長達4小時以上，16萬人滯留，數百萬人出行受阻。對于軌道交通來說，如果能夠及時探測何時、何處會損壞，無疑將極大減少此類事故的發生。

作為同濟大學土木工程學院任職教授、博士生導師，地下系副系主任，謝雄耀便是那個解決了這一重大問題的人，是那個將頑疾化解于無形之中的人。

翻開謝雄耀的簡歷：吉林大學（原長春地質學院）應用地球物理系本科，同濟大學海洋地質與地球物理系碩士，同濟大學地下建筑與工程系博士，法國里爾科技大學土木工程系博士后，美國西北大學土木與環境工程系訪問學者，正如其名字一般，他的學習經歷堪稱光彩耀人。

如果仔細觀察，我們不難發現，他每個階段的學習研究內容都具有高度的相似相容性，這種一脈相承的堅守和執著，可能正是他能夠在所處領域取得突出成果的原因之一。而另一個極為重要的原因，則是他的興趣。

早在本科期間，謝雄耀看到了中央電視臺探索發現的一期節目，節目中提到的運用電磁波對地底空洞進行探測的技術引起了他極大的好奇心和濃厚的興趣，于是他毫不猶疑地將其列為了自己研究生期間的研究方向，之后，他在這條學術道路上一步步堅守到了現在，取得了突出的成果和輝煌的成就。

多年來，他主持及參與了《盾構隧道壁后注漿層電磁特性與探地雷達檢測理論研究》、《長大隧道工程風險評價與安全預警技術研究》、《超長線狀地下結構狀態智慧感知理論》等六項國家級項目，（包括”973”、“863”、國家自然基金”等項目），《軟土地層超深埋盾構法公路隧道設計施工技術》、《城市道路盾構隧道工程建設與運營期結構安全關鍵技術研究》、《超大型水底公路盾構隧道全面快速檢測及預警技術集成》等4個上海市項目。獲得了包括教育部科技進步獎一等獎2項，上海市科技進步獎一等獎1項、二等獎1項、三等獎3項在內的多項大獎，授權相關領域發明專利7項，在國內外核心刊物發表論文50余篇，其中SCI、EI收錄論文31篇，專著2本。

作為同濟大學地下系的副主任，圍繞隧道與地下工程防災檢測理論與技術研究方向，培養了2位教授，1位副教授，1位講師及40名左右研究生的研究團隊。正由于謝雄耀老師在其領域所取得的突出成績，他在多個重要學術機構中擔任要職：2007年起任中國巖石力學與工程學會青年工作委員會秘書長（國家二級學會）；2009年起任中國土木工程學會工程風險與保險分會理事，2012年，作為第十四屆國際探地雷達大會的會議主席，謝雄耀被選為國際IEEE-GRSS 探地雷達咨詢委員會核心成員。他同時是國際期刊《Journal of Geophysics and Engineering》的客座編輯，國內國際多個期刊審稿人。

學以致用 造福于當下

世界最大盾構機生產商海瑞克（Herrenknecht）曾對謝雄耀教授發表的論文成果有過如此評價：“我們很有興趣地閱讀了2007年發表在地球物理與工程國際期刊《上海地鐵探地雷達壁后注漿檢測識別方法》的論文，作為世界最大的盾構機生產商，我們認為論文提供的檢測方法對于我們非常有幫助。”

盾構法，是利用盾構機具在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。由于其具有快速、安全、減少地面沉降等優點，盾構法施工技術在城市軌道交通系統的建設中具有很大的優勢。在我國，盾構法隧道最早出現在軟土地層的上海地區，但隨著盾構法施工技術和盾構機具設備的不斷發展，以砂卵層為主的成都、北京等地，以及軟弱地層與巖層（風化巖層）交變的南京、廣州等地也較多地采用盾構法施工。可以說盾構法隧道已經成為我國城市軌道交通系統建設的主要結構形式之一，越來越多的城市使用盾構法修筑地鐵工事。

然而隨著大量盾構隧道的建成及投入運營，受施工條件、施工質量、地質條件、保護區施工以及其他因素等影響，盾構隧道出現了一些程度上的諸如結構滲漏水、結構裂縫及損壞、隧道縱向沉降等的結構病害，如何控制日益增多的隧道病害并采取相應的措施確保運營安全已引起設計及運營管理部門的極大關注。

在盾構隧道的病害中，結構滲漏水是最普遍病害類型之一。由于地質條件、施工水平等因素，有些盾構隧道在施工結束后就出現嚴重的滲漏水現象。滲漏水有時也伴隨著漏泥漏砂，引起隧道外部地層的流失，造成隧道結構受力的不均衡，加劇了隧道結構的沉降和變形，影響到隧道的正常運營環境。研究表明，均勻密實的壁后注漿層，作為盾構隧道的第一道防水戰線，可以阻止地下水對隧道襯砌結構的侵蝕和滲透，大大減少盾構隧道的滲漏水病害。同時，壁后注漿層一方面填充了隧道襯砌結構與地層的施工間隙，減少地面沉降；另一方面，在隧道穩定初期，注漿層在地層壓力的擠壓下，完整密實地包圍了整個隧道襯砌結構，有助于加強隧道襯砌結構的整體受力性能，同時也能使地層和襯砌結構整體協調受力。

因此，在盾構隧道施工結束后或者在其運營中，若能及時對隧道壁后注漿質量進行探測，對注漿層不均勻、不密實，注漿層背后空洞的地段及時給予二次注漿，則可以有效減小地面的長期沉降和隧道結構的滲漏水病害。近年來，探地雷達技術以其快速、無損、高精度的優勢，越來越多地應用到盾構隧道壁后注漿層的結構探測中。

但是對雷達探測數據的分析和處理，還存在較多的不足，缺乏深入的數據挖掘與分析，降低了探測結果的可信度。現場的雷達探測方式對數據質量有較大的影響，也會影響到雷達探測數據的處理和識別方式。通過應用探地雷達技術對整條盾構隧道的壁后注漿層探測，分析總結雷達探測方式對雷達記錄數據的影響，以及對相應數據的處理方法，可以使探地雷達技術能在隧道結構探測中得到更有效的應用。而這便是謝雄耀教授所解決的問題，也是海瑞克公司所提到的那篇論文。

目前，謝雄耀的研究成果已獲得了業界的廣泛關注，并成功應用于國內最長水底隧道——獅子洋隧道，國內最大直徑的盾構隧道——上海長江隧道以及國內最大的地鐵網絡——上海地鐵隧道等國內外知名的工程之中。

學以致用，進而造福人類，這無疑是對謝雄耀這位科學家的極大褒贊和崇高評價。

著眼未來 防患于未然

美國土木工程協會（ASCE）曾經有個著名的五倍定律：一項工程若維護不及時，將導致服役期土木結構維護費是建造費的5倍級數增長。

另一方面，據有關規劃顯示，到2015年，我國25個城市將有87條軌道線路，營運里程將超過2500公里，總投資約1萬億元。按照五倍定律，如果能夠及時感知并維護可能出現的問題，便可以節省上萬億的費用。

作為城市的交通命脈和城市重大地下工程，在100年的設計壽命期內，其結構的健康服役對于城市正常運轉至關重要，越來越受到社會的廣泛關注！軌道交通發展從建設為主向“建養”并重轉變已成為全球范圍內一個廣泛接受的共識。

謝雄耀，又一次將目光投向這一問題。他發現，目前國內針對超長線狀地下結構狀態智慧的感知研究極少，且感知手段適用性差、布設依據缺乏，評估理論有待完善。尋求一種系統性的城市地鐵隧道結構性能感知方法，對隧道的運行情況進行有效的檢測和險情預報，便是他的目的。這一項目被命名為“城市軌道交通地下結構狀態智慧感知理論與方法”，這是一套面向未來，造福大眾的理論和方法。依托已開展的國家973課題，謝雄耀已建立起了很好的研究團隊。我們有理由相信，在謝雄耀及其集體團隊的努力下，未來人類的城市生活將更加安全，美好。