渣土里“炼”出隧道掘进“安全密码” 深大王树英教授深耕12年破解盾构机“消化难题”，科研成果护航百项重大工程

王树英教授（右）常常带着学生奔赴一线。深大供图

图片由豆包AI生成

深圳新闻网2026年4月24日讯（深圳特区报记者 焦子宇 通讯员 刘琛 吴梓仪 杨译然 郑融）截至2026年，深圳地铁线网密度稳居全国内地城市首位。十几条线路在地底交织穿行，让城市出行变得极为便捷。但很少有人知晓，这些地下隧道究竟如何开挖，要经历怎样的工序才能既快又稳又安全？其实，在盾构掘进过程中，渣土藏着大学问。

深圳大学未来地下城市研究院副院长、土木与交通工程学院王树英教授，花了12年时间深耕渣土研究。他和团队围绕盾构掘进核心瓶颈，开展盾构渣土力学特性与高质掘进技术研究，成果已在滇中引水、深圳地铁11号线、广州地铁7号线、昆明地铁4号线等100余个重大盾构隧道工程中成功应用，并获得2024年度广东省科学技术奖科技进步奖一等奖。

“大国重器”的消化难题

城市地下空间开发，盾构机是当之无愧的“大国重器”。如果把盾构机想象成一条巨大的“地下巨龙”，它一头钻进地里，“啃食”出一条直径堪比两层楼高的隧道。在这过程中，地下土质复杂多样，“巨龙”在接触不同土质时也会出现不同的反应。

当“巨龙”穿越富水砂层时会遇到松散的砂土，它把砂土和地下水一起“吞”进“肚子”（土舱）里，由于砂土止水性差，无法和水融合，在将砂石排出“体外”的过程中就容易因水的高压导致砂土从螺旋输送机中喷涌而出，造成“体内外”压力失衡，引发前方地面坍塌；到达泥质粉砂岩时，黏稠的黏土则容易黏在它的“牙齿”（刀盘）上，结成厚厚的泥饼，让它“罢工”；还有的砂土、黏土、岩石交叠的复合地层，更是让掘进难上加难。

当前，国际上有关盾构掘进的技术瓶颈在于地层动态多变，难以实现盾构土舱内渣土性状精准（靶向）调控，以及土压平衡盾构掘进尚未形成闭环的动态管控系统。

让渣土变成“安全屏障”

王树英团队的研究核心，是通过在盾构机挖掘出的土体中，注入泡沫、膨润土等改良剂，精准调控渣土的力学特性，让原本“不听话”的渣土，变成守护压力平衡的“安全屏障”。这背后，不是简单的土壤改良，而是融合力学、机械工程、材料化学于一体的交叉创新。

滇中引水龙泉倒虹吸工程是我国当时埋深最大水压最高的软弱地层土压平衡盾构隧道工程。由于渣土止水性差，穿越富水砂土地层过程中频繁出现渣土喷涌和土舱失压问题，进而引发地层超挖。同时，螺旋输送机出渣口的渣土喷涌严重影响了盾尾管片的拼装，导致盾构多次停机，不得不清除盾尾洞内的泥渣。

基于王树英关于渣土的研究成果，工程团队认识到高水压对渣土渗透性的影响，优选了渣土改良剂，并借助开发的盾构掘进智能管控平台，智能优化了渣土改良参数和掘进参数，最终成功解决了渣土喷涌与土舱保压难题。

在这项持续12年的研究期间，王树英团队始终与全国各地的隧道工程建设单位保持紧密合作，助力相关企业攻克技术难题。

实验室里的“掌勺人”

王树英将复杂的研究比作“炒菜”，他自己是“掌勺人”，而各种渣土改良剂，就是他手中的“调料”。“就像厨师炒菜，同样的食材，不同的配比和做法，味道天差地别。”王树英说，市面上的改良剂并不少见，但如何根据不同土质，搭配出最合适的“调料”配比，让砂土不喷涌、黏土不结饼、压力稳得住，才是最核心的难题。

“炒菜”的过程，远比想象的难，处处体现团队对土体力学行为的深度认知与调控。研究流程主要分为地层特性与渣土机理分析、改良材料选型与微观机理研究、室内宏观物理力学试验优化配比和现场应用验证四个环节。

团队做室内宏观物理力学试验优化配比卡壳的时候，王树英不会直接给答案，他会带着学生把失败的试验现象重新梳理一遍，从数据里找线索，从现象里挖原因。就这样，团队一点一滴地调试，找到一个既能让渣土不粘刀盘、又不喷涌的最佳配比。

“我们不是在做简单的配比调试，而是在理解土的本质。只有把机理吃透了，‘掌勺’才能心中有数，而不是凭感觉乱加调料。”王树英总结道。谈及未来，王树英团队正着手研究基于多源数据融合的超前预判算法，让盾构机在掘进之前就能“感知”前方的土质变化，提前调整参数，进一步提高掘进效率和安全水平。