夯實(shí)國(guó)家基礎(chǔ)
——記同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系地基基礎(chǔ)工程研究所副所長(zhǎng)木林隆

謝明昊

風(fēng)雨華章、砥礪前行。十年苦讀，從本科到博士，他在同濟(jì)度過(guò)。在歷練中成長(zhǎng)，在成長(zhǎng)中前行，同濟(jì)人的精神和品格早已深深烙印在他的骨子里；

明志致遠(yuǎn)、拼搏創(chuàng)新。建一個(gè)工程，樹(shù)一座豐碑，他以土木人的精神和毅力，厚積薄發(fā)、敢于奉獻(xiàn)，讓一片片河山遍布奮斗與輝煌的足跡；

同舟共濟(jì)，自強(qiáng)不息。從一棵芽苗長(zhǎng)成參天大樹(shù)，他用一個(gè)又一個(gè)項(xiàng)目，一項(xiàng)又一項(xiàng)創(chuàng)新，斬獲了多項(xiàng)科技獎(jiǎng)和人才獎(jiǎng)，贏得了社會(huì)的贊譽(yù)。

他叫木林隆，同濟(jì)大學(xué)“土木人”。現(xiàn)在是同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系地基基礎(chǔ)工程研究所副所長(zhǎng)，在巖土力學(xué)和巖土工程等方面，針對(duì)隧道、樁基和基坑工程展開(kāi)實(shí)戰(zhàn)型研究，將成果寫(xiě)在祖國(guó)大地上，夯實(shí)國(guó)之基礎(chǔ)。

從隧道到基坑，把研究寫(xiě)在祖國(guó)大地上

錢(qián)江隧道，全長(zhǎng)4.45千米，南連蕭山、北接海寧，是錢(qián)江流域第一條超大直徑盾構(gòu)隧道，也是世界上直徑最大的盾構(gòu)隧道之一。

“所謂盾構(gòu)隧道，就是采用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道的掘進(jìn)、出渣、襯砌而修筑成的隧道。錢(qián)江隧道的一次連續(xù)掘進(jìn)距離是3.2千米，開(kāi)挖直徑達(dá)到15.43米。”說(shuō)到研究項(xiàng)目，木林隆興奮起來(lái)：“錢(qián)江隧道開(kāi)挖面的穩(wěn)定性是研究的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，因?yàn)檫^(guò)江隧道的土都是浸泡在水里的，穩(wěn)定性就特別差，在掘進(jìn)過(guò)程中，要控制它的穩(wěn)定性，就需要在開(kāi)挖面上施加一定的壓力。那么這個(gè)壓力到底需要多大，需要精準(zhǔn)計(jì)算，力太大或力太小，都可能造成開(kāi)挖面失穩(wěn)。而錢(qián)江隧道最具特點(diǎn)的問(wèn)題是錢(qián)江涌潮會(huì)造成隧道的振動(dòng)，誘發(fā)隧道安全問(wèn)題，這是全世界其他隧道都沒(méi)有的問(wèn)題?！泵鎸?duì)種種難題，他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、超重力模型試驗(yàn)及理論研究，為錢(qián)江隧道開(kāi)挖面的穩(wěn)定提供了重要支撐。木林隆說(shuō)：“這是我讀博期間在團(tuán)隊(duì)接觸到的第一個(gè)大型工程項(xiàng)目，原來(lái)一個(gè)重要工程有那么多有趣的問(wèn)題需要解決?！?/p>

木林隆在辦公

隧道開(kāi)挖會(huì)對(duì)其周?chē)慕ㄖ?、地下管線等設(shè)施產(chǎn)生不利影響，如何保護(hù)隧道周?chē)O(shè)施，是木林隆開(kāi)展的一項(xiàng)研究。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)思考與可行性分析，通過(guò)開(kāi)展隧道開(kāi)挖對(duì)周邊樁基影響的離心模型試驗(yàn)，建立了隧道開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基礎(chǔ)影響的分析方法，并形成了一套變形控制標(biāo)準(zhǔn)，使得影響可預(yù)測(cè)、可測(cè)量，為工程安全提供了重要保障。

從隧道研究到基坑研究，源于木林隆有一段在美國(guó)西北大學(xué)土木環(huán)境工程系的學(xué)習(xí)時(shí)光。在那里，木林隆跟隨導(dǎo)師參與了芝加哥的工程項(xiàng)目。“這是老建筑拆除之后，在原場(chǎng)地下方開(kāi)挖的新基坑，新建筑是在這個(gè)新基坑上建設(shè)的，基坑的周邊有隧道、管線等設(shè)施，情況較為復(fù)雜?！蹦玖致〗榻B道，“一開(kāi)始，對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的期望沒(méi)有那么高，就是想著簡(jiǎn)單做完就可以了，但在參與過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用反演技術(shù)對(duì)基坑誘發(fā)臨近環(huán)境變形進(jìn)行精確估算是非常有意思的，因此，14個(gè)月的項(xiàng)目，做了大約有2年才完成?！焙髞?lái)，木林隆總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為在美國(guó)西北大學(xué)和上海同濟(jì)大學(xué)潛移默化形成的腳踏實(shí)地的土木精神是他的最大收獲。

回國(guó)后，木林隆的主要研究集中在基坑工程，基于人工智能的基坑施工環(huán)境保護(hù)智慧管控技術(shù)，是木林隆的又一個(gè)研究方向。他結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，在監(jiān)測(cè)平臺(tái)上對(duì)地下工程開(kāi)挖誘發(fā)的基坑變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以預(yù)測(cè)地下工程開(kāi)挖過(guò)程中臨近建筑和隧道的變形，從而進(jìn)行施工方法的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了地下工程施工的可視化和自動(dòng)化安全管控，保證了臨近隧道和建筑的安全。

在合肥南站基坑項(xiàng)目中，木林隆將預(yù)測(cè)結(jié)果的最高精度提高到了1毫米。據(jù)木林隆介紹，在合肥南站交通樞紐建設(shè)過(guò)程中，高速下穿和南廣場(chǎng)雙基坑開(kāi)挖，誘發(fā)了臨近地鐵1號(hào)線及5號(hào)線產(chǎn)生了顯著變形，若不進(jìn)行控制則可能危及地鐵運(yùn)營(yíng)安全，由于對(duì)后續(xù)變形預(yù)測(cè)缺乏可靠的技術(shù)，導(dǎo)致工程停工超過(guò)1年。木林隆采用基坑開(kāi)挖誘發(fā)臨近地層位移時(shí)空?qǐng)龈呔阮A(yù)測(cè)方法，揭示了高速下穿及南廣場(chǎng)基坑開(kāi)挖誘發(fā)土體位移的時(shí)空發(fā)展規(guī)律，實(shí)時(shí)分析了雙基坑開(kāi)挖誘發(fā)的地鐵隧道變形，指導(dǎo)了后續(xù)施工，從而保證1號(hào)線施工安全，避免了潛在超過(guò)1億元的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣社會(huì)影響。

“技術(shù)是為了人類(lèi)更好地生活而生的?！边@是木林隆掛在嘴邊的話，他是這么說(shuō)的，也是這么做的。在他多年從隧道到基坑的科研探索生涯中，每一項(xiàng)技術(shù)都被盡力“寫(xiě)在祖國(guó)大地上”。

肩負(fù)使命，為祖國(guó)騰飛夯實(shí)科研根基

2018年10月23日，伶仃洋上一座承載了千年夢(mèng)想的超長(zhǎng)距離跨海大橋飛架南北……這一史無(wú)前例的世紀(jì)工程，就是迄今為止總體跨度最長(zhǎng)、鋼結(jié)構(gòu)橋體最長(zhǎng)、海底沉管隧道最長(zhǎng)的55公里跨海大橋——港珠澳大橋。

“港珠澳大橋的建設(shè)創(chuàng)下多項(xiàng)世界之最，非常了不起，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家逢山開(kāi)路、遇水架橋的奮斗精神，體現(xiàn)了我國(guó)綜合國(guó)力、自主創(chuàng)新能力，體現(xiàn)了勇創(chuàng)世界一流的民族志氣。這是一座圓夢(mèng)橋、同心橋、自信橋、復(fù)興橋?！蹦玖致≈两癫荒芡浟?xí)近平總書(shū)記在會(huì)見(jiàn)大橋施工管理人員代表時(shí)的聲音。作為港珠澳大橋建設(shè)的參與者，木林隆見(jiàn)證了大橋的建設(shè)與成長(zhǎng)。

港珠澳大橋施工遇到的一個(gè)問(wèn)題是圍護(hù)鋼板樁無(wú)法下沉造成的人工島護(hù)筒的穩(wěn)定性問(wèn)題，難點(diǎn)在反演分析技術(shù)?！叭斯u是港珠澳大橋主體工程與珠海、澳門(mén)兩地的銜接中心。它是‘海中橋隧’方案首先要解決的問(wèn)題，其作用是主體橋梁和沉管隧道的轉(zhuǎn)換平臺(tái)，這個(gè)轉(zhuǎn)換平臺(tái)建成后，西人工島和東人工島之間就可以鋪設(shè)海底隧道。鋼板樁打不下去可能造成人工島填土失穩(wěn)，從而造成工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。”坐在記者面前，木林隆娓娓道來(lái)。

回憶起當(dāng)時(shí)的情景，木林隆用“緊急”來(lái)形容。工程現(xiàn)場(chǎng)急切需要解決的問(wèn)題是到底能不能往下打，如果不能打怎么辦，接到任務(wù)后的同濟(jì)團(tuán)隊(duì)全力以赴，他們利用反演的方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況展開(kāi)分析，在得到現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)后，很快對(duì)護(hù)筒穩(wěn)定性展開(kāi)了預(yù)測(cè)。最終得到的結(jié)論是：“穩(wěn)定性能夠得到保障，工程可以繼續(xù)推進(jìn)?！蹦且豢?，全場(chǎng)沸騰了。很快，港珠澳大橋首節(jié)沉管在水下對(duì)接人工島端口，大橋首個(gè)承臺(tái)墩身整體安裝到位，橋梁施工由下部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向上部結(jié)構(gòu)，208座海上墩臺(tái)全部完工，人工島主體工程完工……讓木林隆欣慰的是，“工程從效果上來(lái)看是不錯(cuò)的！”在地基基礎(chǔ)工程研究領(lǐng)域深耕多年，這是讓木林隆今生難忘的故事。

其實(shí)，在地下工程領(lǐng)域，木林隆早已用一顆赤子之心在祖國(guó)大地上留下了一串串奮斗的足跡。在上海世博、上海大唐……他提出的大面積樁筏的非線性變形分析技術(shù)、新型擴(kuò)底抗拔樁成套技術(shù)、樁側(cè)后注漿抗拔樁成套技術(shù)、注漿成型螺紋抗拔樁技術(shù)等成為所在領(lǐng)域的一個(gè)個(gè)里程碑。

3.8公里海岸線，4個(gè)大型船塢，9個(gè)棧橋碼頭，2個(gè)貨運(yùn)碼頭一字排開(kāi)……這是位于上海市崇明縣長(zhǎng)興島的長(zhǎng)興造船廠，它的建成為中國(guó)邁入世界上最大的造船大國(guó)，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這里，依舊留下了木林隆及其團(tuán)隊(duì)的足跡。建造過(guò)程中，為了預(yù)測(cè)大面積樁基礎(chǔ)的沉降和結(jié)構(gòu)變形情況，他們通過(guò)超重力離心模型試驗(yàn)及理論方法，建立了大面積樁筏基礎(chǔ)的非線性響應(yīng)分析方法，使得大面積樁筏的非線性變形分析技術(shù)走向成熟。

科技是國(guó)之利器，國(guó)家賴(lài)之以強(qiáng)，企業(yè)賴(lài)之以贏，人民生活賴(lài)之以好。樁側(cè)后注漿技術(shù)，關(guān)注安全問(wèn)題提高抗拔承載力；螺紋抗拔樁技術(shù)，提出最優(yōu)螺距的概念……“中國(guó)要強(qiáng)，中國(guó)人民生活要好，必須有強(qiáng)大科技”，在木林隆的土建世界里，為祖國(guó)騰飛夯實(shí)科研根基是他的使命。

海上風(fēng)電，為環(huán)保目標(biāo)奉獻(xiàn)青春與力量

遼闊的草原，藍(lán)天白云，一眼望不到邊的風(fēng)車(chē)在連綿不斷的山巒間起伏……這里是國(guó)華烏蘭風(fēng)電廠。在這個(gè)項(xiàng)目中，木林隆的作用是對(duì)風(fēng)電基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和保護(hù)。他研發(fā)了多向加載試驗(yàn)裝置，通過(guò)數(shù)值仿真及試驗(yàn)等技術(shù)手段分析了復(fù)雜荷載下陸上風(fēng)電基礎(chǔ)的承載特性。由木林隆提出的復(fù)雜荷載下陸上風(fēng)電基礎(chǔ)分析和計(jì)算技術(shù)，成為風(fēng)電基礎(chǔ)的優(yōu)化指南。

“風(fēng)電是典型的清潔能源，但是我國(guó)的陸上風(fēng)電集中在北方，如內(nèi)蒙古、遼寧等地，儲(chǔ)量很有限。在碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)下，我們必須向海洋進(jìn)軍，其前提是要保證海洋風(fēng)電的安全”，面向國(guó)家的重大需求，木林隆勇?lián)姑?，把目光放在了海洋風(fēng)電，“我們的技術(shù)就是要解決極端荷載等對(duì)海上風(fēng)電造成的安全問(wèn)題”。

東海大橋風(fēng)電場(chǎng)，是木林隆跟隨導(dǎo)師曾經(jīng)戰(zhàn)斗過(guò)的地方，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電站項(xiàng)目，也是亞洲第一座大型海上風(fēng)電場(chǎng)。據(jù)木林隆介紹：“其一，近海岸海床面以下20米深度內(nèi)地基土以軟黏土為主，這種土質(zhì)會(huì)對(duì)樁基的穩(wěn)定性造成不良影響；其二，由于臺(tái)風(fēng)及其他因素的影響，風(fēng)載、波流、機(jī)械荷載等風(fēng)暴潮會(huì)使樁基承載力降低?！睘榱私鉀Q這些難題，團(tuán)隊(duì)成員將它們列為“海上風(fēng)電樁基礎(chǔ)的重難點(diǎn)問(wèn)題”一起攻關(guān)。現(xiàn)在，總裝機(jī)容量10萬(wàn)千瓦的東海大橋風(fēng)電廠，將海上風(fēng)電場(chǎng)所發(fā)的電通過(guò)海底電纜輸送回陸地?！捌潆娏?，相當(dāng)于每年節(jié)約燃煤10萬(wàn)噸，每年減排二氧化碳20萬(wàn)噸?！边@是團(tuán)隊(duì)里所有人最開(kāi)心的時(shí)候。

木林隆團(tuán)隊(duì)合影

木林隆和他的團(tuán)隊(duì)的又一項(xiàng)里程碑式技術(shù)是研究沖刷對(duì)深水基礎(chǔ)影響的災(zāi)變控制技術(shù)。這項(xiàng)研究來(lái)自生產(chǎn)實(shí)踐的困惑，也是科學(xué)研究的一個(gè)難題。說(shuō)是生產(chǎn)實(shí)踐，是源于大橋建設(shè)。木林隆說(shuō)：“有好多建好的大橋，建完之后一直經(jīng)受水流的沖刷。那么對(duì)于一些大型橋梁，水流沖刷就容易沖掉上層土，深的時(shí)候能達(dá)到10～20米。這樣，橋梁基礎(chǔ)的承載力就會(huì)下降，給橋梁的后期維護(hù)、檢修帶來(lái)諸多問(wèn)題?！闭f(shuō)是科學(xué)研究的難題，是源于前人的研究。木林隆這樣解釋?zhuān)骸八锏耐翆邮欠謱拥?，比如黏土層、砂土層，過(guò)去的研究往往針對(duì)單一的土層，但是，對(duì)于像實(shí)際工程中這種黏性、砂性土混合在一起的相關(guān)研究就相對(duì)較少，受沖刷的大橋，就存在這個(gè)問(wèn)題?！?/p>

因此，針對(duì)科研和實(shí)踐的雙重難題，木林隆團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是“找到?jīng)_刷深度測(cè)量的可行性方法”?！斑@個(gè)測(cè)量難度很大。因?yàn)榇笮蜆蛄?，它的水都特別深，一般方法幾乎是測(cè)不出來(lái)沖刷深度的?！蹦玖致∵@個(gè)樁基工程專(zhuān)家也犯難了。不過(guò)，知難而行總是他們面對(duì)困難時(shí)的態(tài)度。通過(guò)深入實(shí)踐，他們通過(guò)傳感器解決了這一難題?！霸谒嬉陨希脛?dòng)力傳感器去測(cè)試基礎(chǔ)的動(dòng)力特性，或者橋梁的一些靜力特性，然后通過(guò)工程頻率進(jìn)行測(cè)算和分析。這樣，就能通過(guò)簡(jiǎn)單、方便的方法得到?jīng)_刷深度?！边@一技術(shù)評(píng)估了沖刷深度浮深水基礎(chǔ)承載性能的影響，建立了相應(yīng)的評(píng)估和防護(hù)機(jī)制，形成了可行、簡(jiǎn)便的控制技術(shù)。

一旦將目光轉(zhuǎn)向海洋，木林隆的研究就一步一步走向深入。對(duì)“怎么看待自己取得的成績(jī)”這一問(wèn)題，木林隆回答說(shuō)，每一次獎(jiǎng)勵(lì)，就是對(duì)前一個(gè)階段的總結(jié)和回顧，看看自己哪里存在不足，哪里有新的進(jìn)展，從而找到新的發(fā)展方向和動(dòng)力。無(wú)論在過(guò)去、現(xiàn)在還是未來(lái)，發(fā)揮自己所長(zhǎng)，夯實(shí)國(guó)家基礎(chǔ)，是木林隆和他的同事們作為科研人的品格和堅(jiān)守！