守護“中國速度”

胡敬

高鐵是一張靚麗的國家名片，四通八達、縱橫交錯的高鐵路網(wǎng)，極大地滿足了人民群眾快捷便利的交通需求。

而在高鐵飛速發(fā)展的背后，是一群科研工作者默默奉獻、傾情投入的堅守，同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院城市軌道與鐵道工程系教授周順華就是其中一位。“除了教書，我其余的時間基本都用在自己的研究上，周末沒有特別的事更喜歡待在工程現(xiàn)場和實驗室里?！睅ьI(lǐng)團隊幾十年如一日進行攻關(guān)，周順華取得的重大突破一項接著一項，但為了滿足高鐵網(wǎng)絡(luò)化運營安全與基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通的國家重大需求，他仍向著一個又一個難題發(fā)起了挑戰(zhàn)。

為高鐵筑穩(wěn)路基

1990年，伴隨《京滬高速鐵路線路方案構(gòu)想報告》的出爐，京滬高速鐵路建設(shè)開始萌芽。經(jīng)過國家相關(guān)部門反復(fù)論證，京滬高鐵最終確定采用輪軌技術(shù)，最高設(shè)計運行速度高達380km/h，這一時速是當時以至目前世界最高的輪軌技術(shù)高速鐵路運行速度。

高速鐵路對軌下基礎(chǔ)的變形十分敏感，而且列車速度越快，這種敏感就會表現(xiàn)得越強烈。就以往的研究結(jié)論看，以長三角為代表的軟土地區(qū)，線路運營后路基往往出現(xiàn)沉降量大、持續(xù)時間長等問題，滿足中低速運營尚且困難，面對380km/h的嚴格要求更是形勢嚴峻。

在理論不成熟、沒有相關(guān)實踐經(jīng)驗的背景下，周順華帶領(lǐng)團隊迎難而上，在同濟大學(xué)滬西校區(qū)開展了1∶1的現(xiàn)場堆載試驗。

姚燕明是周順華的學(xué)生，已在寧波軌道交通工程建設(shè)指揮部工作多年的他回憶起那次試驗，仍記憶猶新：“在教師宿舍樓后靠河邊找了一塊場地，周老師和我們一起討論和研究，最終確定了試驗的監(jiān)測點布局及測試內(nèi)容、方法、頻率和要求等。為避免可能對周邊建筑物的影響，我們又多次修改了試驗方案，盡力兼顧研究和環(huán)保。”為了獲得準確的量化數(shù)據(jù)，課題組還采用了比較先進的核子密度儀，先進儀器高昂的售價和陌生的操作為課題組帶來了很多難題。

雖然困難重重，但周順華經(jīng)常跟學(xué)生一起泡在現(xiàn)場，實時分析結(jié)果，調(diào)整和優(yōu)化方案。真空預(yù)壓法的沉降計算方法、CFG樁網(wǎng)地基的沉降計算方法，就是在他的指導(dǎo)下學(xué)生們?nèi)〉玫难芯砍晒?/p>

但受試驗條件所限，深厚軟土地基的沉降控制效果仍不樂觀，沉降的理論計算方法尚未建立，亟須開展進一步的研究工作。得益于滬西試驗段前期工作的扎實到位，課題組受京滬高鐵設(shè)計單位委托，聯(lián)合西南交大、中南大學(xué)和現(xiàn)場施工單位在京滬高鐵昆山段開展深厚軟土地基上的現(xiàn)場試驗。通過對432m長試驗段分別進行真空預(yù)壓、超載預(yù)壓，觀測路基堆載施工1年內(nèi)的地基沉降、孔壓和水平位移變化規(guī)律，驗證了該方法用于京滬高鐵沉降控制的可靠性，并結(jié)合實測和滬西的數(shù)據(jù)驗證了所提地基沉降計算方法的正確性。

為進一步探索高鐵運營后路基可能出現(xiàn)的問題，課題組又與京滬高速鐵路的設(shè)計單位和施工單位聯(lián)合在2003—2005年于嘉定安亭校區(qū)開展了1∶1現(xiàn)場試驗堆載和動力加載試驗。通過對90m長的試驗段地基分別進行真空+堆載預(yù)壓、CFG懸浮樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)和CFG貫穿樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)的地基加固，課題組觀測了2年內(nèi)的沉降、孔壓、水平位移變化規(guī)律；同時模擬了10萬次列車荷載作用下，4種路基結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，從強度、剛度、耐久等方面進行了評價；驗證了真空+堆載預(yù)壓、CFG貫穿樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)在京滬高鐵地基沉降控制上的可行性，提出了上述方法的沉降計算方法；并揭示了各種路基形式下高鐵列車作用下路基內(nèi)的動力響應(yīng)，從強度、剛度、耐久等指標綜合考慮，對路基結(jié)構(gòu)設(shè)計給出了一些非常重要的參考建議，為高速鐵路路基填筑的各項技術(shù)要求提供了試驗依據(jù)，為國家高速鐵路事業(yè)的發(fā)展做好了技術(shù)儲備。

解下穿高鐵難題

進入21世紀，伴隨城市化進程的加快，我國的城市軌道交通也迎來了新的發(fā)展期。當軌道交通線路隨著城市向外擴張時，隧道下穿運營中的高速鐵路便成了常見又棘手的問題。周順華認識到，單純保證高鐵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形控制效果的技術(shù)已不能滿足立體交通的建設(shè)需求。

2006年，國家發(fā)改委批復(fù)杭州地鐵1號線一期工程建設(shè)，翁梅站至余杭高鐵站區(qū)間隧道將不可避免地下穿運營中的滬昆高鐵，這可能對每日至少50對高鐵列車的舒適安全運行造成不良影響。受鐵路局和建設(shè)單位委托，周順華帶領(lǐng)課題組開展了地鐵盾構(gòu)隧道下穿運營中高鐵線路的變形控制技術(shù)研究。

為了控制隧道施工導(dǎo)致的變形，課題組經(jīng)過大量的數(shù)值分析和離心試驗，提出了基于分區(qū)加固、復(fù)合隔離的三類八級設(shè)計模式，并編著了國際上首部下穿高鐵的技術(shù)標準《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》，為工程設(shè)計提供了可靠的指導(dǎo)。在施工質(zhì)量控制方面，課題組提出了基于智能化施工裝備的變形自動補償技術(shù)，通過研發(fā)的渣土智能感控裝置，適時調(diào)整發(fā)泡改良策略，更好地維持開挖面的壓力平衡，避免超壓或欠壓導(dǎo)致的地層隆起或塌陷，為隧道施工機械制造企業(yè)提供了參考；隧道掘進過程中，配合高精度監(jiān)測技術(shù)，通過對千斤頂進行分區(qū)控制，適時調(diào)整盾構(gòu)機掘進姿態(tài)，避免了武斷糾偏導(dǎo)致的地層擾動和高鐵基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形。2012年3月，隨著18號盾構(gòu)機抵達余杭高鐵站基坑，杭州地鐵1號線全線洞通，標志著國內(nèi)首次地鐵下穿運營中高鐵建設(shè)項目的成功。

校企協(xié)同始終是貫穿在周順華工程學(xué)科教學(xué)思想中的重要內(nèi)容，他不僅敦促學(xué)生參與實踐，也鼓勵他們多向施工單位宏潤建設(shè)集團股份有限公司的工程師和技術(shù)人員請教。在周順華的鼓勵下，學(xué)生季昌長期泡在盾構(gòu)機駕駛室和駕駛員打交道，一個工程跟下來，他學(xué)會了開盾構(gòu)機。不僅如此，季昌在周順華的支持下在實驗室設(shè)計并定制了一臺袖珍盾構(gòu)機，在實驗室模擬盾構(gòu)機的掘進狀態(tài)，原來黑暗中土的運動狀態(tài)一下實現(xiàn)了可視化，看不見的現(xiàn)象和故障躍然眼前，最終為課題組提出盾構(gòu)機智能感知和控制裝備的研制幫了大忙。

堅持土木工程與機械工程的專業(yè)交叉、現(xiàn)象-問題-理論-方法-創(chuàng)新的五環(huán)相扣、高校科研與現(xiàn)場實踐的校企協(xié)同，周順華不僅帶領(lǐng)大家取得了一個個重大成果解決了很多現(xiàn)實問題，還打造出了一支素質(zhì)過硬的團隊，培養(yǎng)出了一批品學(xué)兼優(yōu)的學(xué)生。如今，團隊已從最初的10多人壯大到80多人，畢業(yè)的博士、碩士百余人，他們在各行各業(yè)成了棟梁之材。團隊的科研對象也從中國鐵路上海局集團有限公司管轄范圍內(nèi)的所有下穿鐵路工程項目，輻射到全國百余項下穿鐵路工程，并走向世界，在多項海外工程中貢獻著中國智慧。

言傳身教育人才

作為學(xué)生的人生導(dǎo)師，周順華更以身示范，用實際行動教給他們?yōu)槿颂幨乐?。當工程現(xiàn)場遇到難題，施工單位向他求助時，他總是二話不說第一時間趕到現(xiàn)場，從不計酬勞。2014年，周順華家鄉(xiāng)張村鄉(xiāng)秀峰村的秀峰大橋被洪水沖毀，時刻關(guān)注家鄉(xiāng)災(zāi)情的他希望能為家鄉(xiāng)建設(shè)出一份力。在聽聞消息后，周順華的許多畢業(yè)生紛紛請纓，為秀峰村免費設(shè)計橋梁，并自發(fā)捐款籌建大橋。2016年3月，這座凝集了同濟鐵工系師生感情的“豐禾安橋”正式落成，在當?shù)爻闪艘欢巍皫熒步ㄐ侣窐颉钡募言挕?/p>

在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的大環(huán)境和張村鄉(xiāng)黨委政府的邀請下，周順華又想為家鄉(xiāng)的文化設(shè)施建設(shè)出點力。他參與了秀峰生活帶的老街改造及集鎮(zhèn)的傳統(tǒng)村落提升改造?，F(xiàn)在，張村鄉(xiāng)集鎮(zhèn)舊貌換新顏，在延續(xù)傳統(tǒng)文化根脈的同時兼顧了小城鎮(zhèn)的現(xiàn)代功能，一幅“看得見山水、留得住鄉(xiāng)愁”的美麗城鎮(zhèn)畫卷正在徐徐展開。

從事軌道交通設(shè)計與施工研究30余年，周順華始終堅持著以知識服務(wù)社會、報效祖國的社會責(zé)任意識。在他看來，科研沒有盡頭，既然選擇了這條路，就要義無反顧往前走，他說：“社會需求就是我們研究的方向，我們的研究始終與整個國家的城鎮(zhèn)化建設(shè)、城市發(fā)展同步。”