吴梦军：为我国隧道工程技术进步作出了贡献
2015-07-10
吴梦军于 1995 年7 月毕业后分配到交通部重庆公路科学研究所工作后，一直从事公路与隧道工程的科研、设计及科技管理等工作。主要致力于隧道与地下工程的研究，在隧道新型防排水、大断面连拱隧道设计施工技术、特殊结构形式公路隧道设计与施工技术、环保型隧道设计与施工技术、岩溶区与陡倾小交角层状等复杂地质隧道设计施工技术、支护结构参数优化、高寒地区公路隧道设计与施工技术、隧道改扩建设计与施工技术等方面取得创新性成果，并在隧道工程进行了有效推广应用，取得了良好的经济、社会效益，有力地促进了隧道技术的进步。同时，对病害隧道检测与设计、隧道上跨或下穿特殊结构物设计、复杂地表结构物下轨道交通地下区间隧道设计等方面有较深的研究，有效地提升了隧道设计与施工的安全性、经济性。并参加了《公路隧道设计规范》、《公路隧道养护规范》和《公路隧道抗震设计细则》修订和编写工作。总体上，通过近20 年的科技工作，在隧道工程研究与设计等方面取得较突出的成果，为我国隧道工程技术进步作出了贡献。主要研究成果及其社会经济效益如下：
1、六车道连拱隧道设计施工技术
1）综合利用数值模拟、块体稳定性分析、模型试验与监控量测等手段，对大断面连拱隧道围岩与支护结构受力特征、开挖面时空效应、施工动态力学响应等进行了全面、深入的研究，并直接应用于实际工程的设计与施工中。
2）首次在依托工程现场对大断面连拱隧道不同支护时机条件下二次衬砌的受力进行了试验研究，并据此提出了二次衬砌最佳施做时机。
3）首次同时对大断面连拱隧道中隔墙厚度和形状进行了优化研究，提出了结构安全、受力合理的中隔墙厚度与形状。
研究成果已成功应用于杭（州）至千（岛湖）高速公路连拱隧道工程、二广高速公路三水至怀集段连拱隧道工程，成功地解决了连拱隧道设计施工中的技术难点与关键问题，为设计与施工提供了重要的技术支持，保证了设计的经济合理和施工的安全可靠，加快了施工进度，节约了工程投资。工程应用表明，本课题研究成果经济效益和社会效益显著，具有广泛的推广应用前景。经中国工程院院士郑颖人组成的鉴定委员会认为该项目研究成果总体达到国际领先水平。
2、公路隧道喷射防水层技术
1）首次提出了喷射排水层+喷射防水层的公路隧道防排水结构体系，该体系能满足公路隧道防排水要求。
2）首次研制出喷射排水层材料，该排水层由橡胶粒子+矿棉纤维+VAE 乳液混合体系构成，它利用无机纤维的吸附、废旧硫化橡胶的弹性、聚合物乳液的粘结获得排水层的排水、找平和弹性功能。
3）首次提出了公路隧道聚脲喷射防水层成套技术：采用超速固化喷射瞬间成膜的施工方式，实现整体无缝防水，有效解决了在公路隧道背水垂直边墙、拱顶面成膜和潮湿基面粘贴问题。该技术包含专用喷射聚脲材料和成套喷射施工工艺。所获的喷射聚脲材料具有超速固化特性，并具优异的物理力学性能和施工工艺性能：固含量(%)97、凝胶时间(s) 11、表干时间(min) 2、硬度(邵A) 88、拉伸强度(Mpa) 9.69、断裂伸长率(%)958、撕裂强度(kN/m) 60.27、附着力(MPa) 2.3、低温柔性（-30℃在10 ㎜轴180 度弯折）不开裂、不透水性（0.3 Mpa/30mim）不透水；
4）首次提出了公路隧道喷射防水层质量检验标准与施工技术指南，为喷射防水技术的推广应用提供技术依据。
通过研究，获得应用于公路隧道防水的新型成套实用技术，为公路隧道防水提供一套全新的技术对策，解决目前隧道防水中存在的一些缺陷。研究成果已成功应用于重庆渝湘高速公路平阳隧道，三种喷射防排水结构方案均能形成整体连续无缝膜，防水效果良好，具有广阔的推广应用前景。经中国工程院院士郑颖人组成的鉴定委员会一致认为该项目研究成果总体达到国际先进水平，其中喷射排水层、喷射防排水结构体系等方面达到国际领先水平。
研究成果“隧道排水层材料”和“隧道防排水系统的施工方法”获国家发明专利，“隧道内壁结构”获实用新型专利。
3、支护结构参数优化研究
1）首次对重庆地区公路隧道围岩岩性、产状、基本物理指标以及水文地质等进行了比较全面的统计与分析，并提出了重庆地区公路隧道各级围岩的典型地质特征。
2）首次大范围地对重庆地区公路隧道支护结构参数进行了统计和对比分析，其中两车道分离式隧道统计数量达30 座。
3）针对重庆地区地质条件，首次提出了安全、经济的两车道分离式隧道、三车道分离式隧道、两车道连拱隧道在不同围岩级别（洞身一般围岩段）条件下的支护结构优化参数。
4）优化参数在重庆地区进行了较大范围的应用，共节约工程投资约8200 万元。
5）提出了公路隧道标准化设计的理念，并首次进行了公路隧道标准化设计的实践。研究成果已成功应用于重庆至长沙公路酉阳至黔江段、黔江至彭水段、彭水至武隆段以及杭州至兰州线巫山至奉节段、奉节至云阳段隧道工程，支护结构参数满足安全、经济的原则，符合重庆地区隧道工程实际地质情况，节约工程投资较多。工程应用表明，研究成果经济效益巨大，社会效益显著，具有广泛的推广应用前景。
4、公路隧道规范体系的修编
参加了《公路隧道设计规范 JTG D70-2004》、《公路隧道养护规范JTG H12-2003》修编和《公路隧道抗震设计细则》新编工作。主要参加了公路隧道设计规范中第8 章衬砌结构设计和条文说明的修编，参加了建筑限界的技术标准、紧急停车带的设置原则与标准、横通道的设置标准及单洞双向长隧道逃生通道的设置的专题调研工作；参加了养护规范第3 章养护等级与技术状况评定的编写工作；参加了抗震设计细则中第9 章钻爆法隧道的编写。 5、特殊结构形式公路隧道的设计与施工技术在山西晋城-济源高速公路排盘隧道（全长3.479km，双向4 车道）设计中，根据地形特点：
1）提出了由双洞单跨上下双层桥隧联体混合结构、连拱结构、小净距结构和分离式结构组成了复杂的分岔式隧道；
2）横断面结构包含2 种形式：上层为双洞单跨隧道+下层为箱梁；上层为双洞连拱隧道+下层为桥台的两种桥隧混合结构，其最大开挖跨径达25.77m，最大开挖高度17.25m，断面面积达346.6m2。
在厦门市机场路一期工程万石山隧道设计中，创造性地提出了我国第一座地下全互通式立交。由于地下立交结构种类繁多，施工工序复杂，既有平面分岔结构（由单洞、大跨隧道、连拱隧道、小净距隧道组成），又有上下交叉结构隧道；既有新洞室的建设，又有既有洞室的改造，开创了我国公路隧道地下立交新篇。它也是“大型江底地下互通式立交枢纽建造与运营核心技术”的重要组成部分。该技术提高了我国在特殊条件下修建高等级公路隧道的能力，形成了一批指南，部分研究成果进入了设计规范的修编中。
6、环保型隧道设计与施工技术
参加了江苏省宁淮高速公路老山隧道棚洞设计，隧道长 376m，3 车道，开创了我国公路隧道大跨曲墙平顶斜柱棚洞结构，将“技术先进、造型新颖、安全适用、经济合理、节省能源、生态环保”等思想融为一体引入我国公路隧道环境友好型公路建设理念，开启我国因地制宜生态建设新理念。棚洞结构断面设计横跨达到15m，两斜柱支撑的中心间距更是达到12m，边坡按1：0.3 的坡比放坡开挖后，通过棚洞结构反压回填保证边坡的稳定。棚洞顶部通过回填、植树绿化等措施，达到保护边坡和自然环境的目的，主要技术成果：1）洞口环保选型与设计施工技术
提出了“零开挖”进洞理念，开发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、施工关键点及工程措施，避免了隧道洞口高大边坡开挖，保护了自然植被，减小了对原地质体的扰动；基于环境保护理念，考虑洞门安全性、环保性和经济性，研发了公路隧道洞门模糊层次选型模型及其软件。 2）棚洞设计施工技术提出“傍山穿行，顺其自然，保护边坡”的环保理念，研发全新的大跨半拱轻型棚洞结构，进行了土体-回填体-棚洞结构的力学耦合分析，提出了棚洞的支挡原理、设计方法和施工工艺，开发了相应的整体模板台车。它以“技术先进、造型新颖、安全适用、经济合理、节省能源、生态环保”融为一体进行工程设计施工。本项部分研究成果已纳入正在修编的《公路隧道设计规范》，推广应用前景极为广阔，对公路环保建设产生深远影响。
7、陡倾小交角层状岩体隧道灾害形成机理及设计、施工关键技术
1）提出了陡倾小交角层状岩体隧道的4 大类破坏模式（顺层滑移、弯曲折断、挤压外鼓、楔形体破坏），阐述了各自的发生条件、破坏机制和发生位置。
2）应用三维可视化模型构建技术，提出了基于三维可视化模型进行陡倾小交角层状岩体隧道工程动态设计的总体思路和方法流程。
3）提出了陡倾小交角层状岩体隧道围岩变形特性及其开挖稳定性影响关键因素。
4）针对陡倾小交角层状围岩隧道的地质特征和破坏机制，提出一种专用于陡倾小交角层状围岩隧道的非对称非均长布置的锚杆支护结构，解决了传统对称支护结构难以控制围岩发生顺层滑移破坏的技术难题。成果在重庆涪南高速公路隧道工程上得到成功应用，有效解决了施工过程中遇到的围岩失稳问题。
8、复杂地表结构物下轨道交通地下区间隧道设计
1）城市大断面浅埋暗挖隧道设计施工技术：通过结构分析计算，设置双层初期支护和增强超前支护，通过双侧壁导坑法、双侧壁预留十字核心土侧壁上下导坑开挖法，以及隧道动态设计体系等措施，成功建成开挖跨度达26.5m 的区间隧道。
2）地下区间近距离上跨既有病害隧道设计技术：通过减少区间隧道净跨，设置地下门式墩，施工采用“弱爆破、短进尺”等技术手段，以减小对既有病害隧道的影响，使区间隧道安全顺利上跨围岩净距小于2m 的两座病害隧道。
3）城市地下分岔隧道结构设计技术：根据地质与地下结构物等情况和交通转换的需求，对区间隧道，合理组合大断面隧道、无中墙连拱隧道、有中墙连拱隧道、小净距隧道、分离式隧道等结构形式，设置成不同类型的地下分岔暗挖隧道结构，有效降低了地下工程的施工难度，确保了施工安全和加快了施工进度。
9、高寒地区公路隧道设计与施工技术研究
以西藏扎墨公路控制性工程嘎隆拉隧道（全长 3310m，平均海拔3700m）建设为依托的“西藏扎木至墨脱公路建设关键技术研究”，通过系统的现场勘查、室内试验、现场试验、现场监测、数值仿真和工程验证，克服了施工隧道气象条件恶劣，穿越多条地质断裂带，岩体破碎，涌水量大，地质构造、水文地质条件极其复杂等种种困难，主要取得了以下成果：
1） 针对扎墨路所处的喜马拉雅-南迦巴瓦构造结，组建了“地震监测台阵网”，并通过现场调查，基本查明嘎隆寺和马尼翁断裂分布及活动性特征；采用三孔交汇法结合Kaiser 效应测试、应力恢复法和数值模拟方法，揭示了嘎隆拉隧道隧址区地应力场特征。
2） 针对高地应力、断层破碎带、大涌水量地层，提出了基于隧道地震反应特性分析和安全性评估的隧道抗震设计方法和措施；建立了公路隧道“铰接”加“隔离”的抗错断设计方法。
青海省共和至玉树（结古）公路为玉树灾后恢复重建保障性工程为，全长 634.84km，按高速公路标准建设。全线共设置5 座隧道，分别为河卡山隧道、鄂拉山隧道、姜路岭隧道、雁口山隧道和通天河隧道隧道，均为特长隧道。这是我国在青藏高原多年冻土地区修建的第一条高速公路，也是首次修建的多年冻土高速公路公路隧道。隧道洞口平均海拔 4000--4500m，隧道建设条件恶劣，气候寒冷、缺氧、紫外线强、人烟稀少，隧道地质条件复杂，遭遇冻土、断层破碎带、富水地层、含冰地层等诸多不良地质，施工中极易出现冻害、涌水和塌方等灾害。以上述5 座隧道为依托，通过“高寒多年冻土公路隧道设计施工技术”研究项目，采用现场测试、室内试验、数值模拟等综合性手段，提出了以下创新性成果：
1）开展了多年冻土的室内力学试验，得出了多年冻土围岩的力学特性和隧道变形机制。
2）提出高寒多年冻土隧道防寒泄水洞合并设置的新理念，并系统建立了防寒泄水洞的设置原则和标准。
3）提出了高寒多年冻土隧道的防寒保温技术和措施。
4）建立了高寒多年冻土隧道成套设计施工技术，并形成了“高寒多年冻土隧道设计施工技术指南”。
10、隧道结构改扩建设计与施工技术
针对我国高速公路物流和车流急剧增长现状，早期修建的高速公路升级改扩建时期如期而至，公路隧道正面临由双向4 车道改建成双向6 车道或8 车道社会需求。我国早期修建的高速公路如广州至清远、福厦漳高速公路都进行改建工程，为此依托“福厦漳高速公路扩建工程—隧道扩建关键技术研究”项目开展了隧道结构改扩建设计与施工技术攻关，主要成果如下：
1）创立了原位改扩建特大断面隧道设计施工方法；
2）提出了扩建成小净距隧道（群）的爆破振速控制标准和控制措施；
3）提出了隧道原位扩建的设计方法和原则、设计支护参数、隧道改扩建的开挖方法和施工工序、爆破控制技术等。
4）成功进行了保通条件下4 车道扩建成8 车道隧道的工程实践，解决了隧道扩建中型式选择、围岩稳定与支护结构安全的问题，取得了良好的经济社会效益，填补了我国高速公路隧道改扩建建设技术空白，该成果纳入《公路隧道设计规范》。
11、发表论文情况
总计公开发表学术论文 28 篇，以第一作者在国内外公开发表学术论文26 篇，其中被美国工程检索系统EI 收录6 篇，外文EI 期刊2 篇。
