2025IFUS精选报告丨天津大学副校长郑刚
阅读：次 发布人：地下空间开发大会
2025年9月25日-26日，第十二届国际地下空间开发大会（IFUS 2025）在上海成功召开，汇聚了国内外顶尖专家，围绕主题“创新 韧性 智慧”展开深入探讨，涌现出一批具有前瞻性和实践价值的研究成果。组委会特别推出IFUS报告系列精选，分享专家精彩观点与深度洞见，持续赋能行业发展。
郑刚教授在报告中指出，当前软土地区已建成大量地铁及地下隧道工程，且多为盾构法施工。随着隧道网络日趋复杂，单一隧道的安全问题已不仅关乎自身，更可能引发系统性风险，直接关系到城市韧性。然而，现行隧道结构设计多基于管片构件或等效连续梁、梁-弹簧等模型，主要考虑工作荷载下的地质与荷载变化，对于管片接缝在极端情况下的渗漏、错台、大变形乃至连锁破坏，缺乏系统性的整体安全评估方法。
郑刚教授结合国内外多个典型事故案例，揭示了问题的严重性。例如，某隧道在拆除复还过程中，管片与车站地下连续墙接缝发生渗漏，地下水流携带泥沙进入隧道，导致隧道大范围沉降，最大沉降量达68毫米，并引发上方既有隧道沉降约2厘米，险些造成连锁破坏。另一案例中，一条隧道施工中渗漏险情失控，导致相邻隧道相继破坏，最终两条隧道均废弃重建。2020年韩国一条双线隧道在开挖联络通道时发生反向渗漏，大量泥沙涌入，超过200米隧道最大沉降超过20公分，亦无法修复。
郑刚教授认为，现有岩土地下工程安全设计多基于“剖面稳定即整体安全”的假设，但局部破坏发生后，工程整体将如何演化——是趋于稳定还是继续扩展甚至垮塌，尚缺乏系统研究。借鉴地上结构“整体安全极限状态”的概念，他提出地下隧道网络应建立“第四类极限状态”，即面向系统整体安全性能的评价与控制方法。
围绕这一思想，郑刚团队从颗粒尺度出发，开展了系统的试验与数值模拟研究。通过赫尔-肖氏薄板试验发现，隧道底部接缝渗漏后，土颗粒并非沿渗漏点对称均匀流失，而是表现出“向源侵蚀”特征，优先沿水平方向形成薄层侵蚀。更大尺度的模型试验进一步验证，即使仅发生数毫米的薄层土体流失，也足以使隧道底部失去支撑，引发隧道下沉和接缝扩展，进而诱发新的渗漏点，形成渐进破坏。
为再现实际灾变全过程，郑刚团队提出了“S-CEL”大变形模拟方法，耦合渗流与土体流失效应，成功模拟了某隧道拆除复还过程中的渐进破坏。模拟结果表明，单一渗漏点本身不会导致大范围破坏，关键在于其会诱发更多环缝与纵缝渗漏，形成连锁反应。此外，团队还模拟了一条隧道破坏对相邻隧道的影响，建立了隧道间安全相关性的分区图，为多隧道协同防灾提供了依据。
研究还揭示了“破坏跨越机制”。即便对高风险区域进行预加固，灾害仍可能“绕过”加固区继续发展。而若在灾害发生初期采取快速、有效的预加固措施，则可能阻断破坏链，为抢险争取宝贵时间。因此，郑刚教授强调，隧道安全控制应从“经验性加固”转向“性能化加固”，即根据水头高度、砂层厚度、颗粒级配等因素，定量确定加固方案。
在影响因素分析中，研究发现隧道下方砂层厚度对灾变影响不显著，而水头高度是关键控制因素。将水头从24米快速降至9米，可显著减缓灾害发展速度。在加固方式上，常规的环向拉结效果有限，而每环加密拉结、接缝附近加强拉结，乃至局部采用环氧树脂连结，可显著提升抗灾能力。
郑刚教授最后总结指出，富水砂层盾构隧道涌水涌砂灾变过程可归结为“整体刚度不断下降甚至丧失”的过程，其系统安全性能受渐进破坏机制和破坏跨越机制共同控制。基于这两大机制，团队已初步构建起隧道整体安全性能化控制的理论框架，并与多个地铁设计院开展工程应用合作，为提升隧道工程防灾减灾能力提供了新路径。本次报告引发了与会专家的高度关注与热烈讨论，为我国城市地下空间安全发展提供了重要启示。
本期聚焦天津大学副校长、教授郑刚的大会报告《富水砂层盾构隧道涌水涌砂灾变过程及安全控制》，报告结合多项隧道抢险实例，系统阐述了盾构隧道在富水砂层地质条件下发生涌水涌砂灾害的演化机理、破坏机制及性能化安全控制方法，为提升城市地下隧道网络的整体安全性与韧性提供了新的理论支撑。
▲郑刚教授在IFUS2025大会现场做报告
<span leaf="" style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9); font-size: 17px; font-family: mp-quote, " pingfang="" sc",="" system-ui,="" -apple-system,="" blinkmacsystemfont,="" "helvetica="" neue",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "microsoft="" yahei="" ui",="" yahei",="" arial,="" sans-serif;="" line-height:="" 1.6;="" letter-spacing:="" 0.034em;"="">文/大会秘书处整理
