福州大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)牽頭破解世界性施工難題

福州大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)牽頭破解世界性施工難題

深埋隧道有了硬核“安全盾牌”

在群山之下、千米之深的黑暗中，一條條交通動(dòng)脈和能源通道正向地球深處延伸。然而，這里并非坦途，極高的地應(yīng)力仿佛一只無(wú)形的巨手，時(shí)刻擠壓著隧道巖壁，導(dǎo)致圍巖像“軟糖”一樣發(fā)生大變形、失穩(wěn)甚至坍塌。這曾是困擾全球地下工程界的“噩夢(mèng)”。

近日，福州大學(xué)牽頭，聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、福建省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司等7個(gè)單位共同完成的“深埋隧道圍巖大變形致災(zāi)機(jī)理與穩(wěn)定控制關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目，憑借多項(xiàng)顛覆性創(chuàng)新，榮膺2024年度福建省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

這項(xiàng)歷時(shí)14年潛心研究的成果，如同為深埋隧道打造了一套智能、堅(jiān)韌的“變形金剛”式防護(hù)體系，為向地球深部進(jìn)軍提供了硬核“安全盾牌”。

實(shí)現(xiàn)三大創(chuàng)新突破

“如果把淺層隧道施工比作在硬木上雕刻，那么千米級(jí)深部工程就如同在高壓下的‘軟糖’里打洞，稍有不慎就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重事故。”項(xiàng)目第一完成人、福州大學(xué)研究員吳學(xué)震形象地解釋道。深部巖體承受著巨大的壓力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)支護(hù)材料常常因?yàn)?ldquo;硬碰硬”而“剛則易折”，無(wú)法適應(yīng)巖體持續(xù)變形，最終失效，造成人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。

面對(duì)這一世界性挑戰(zhàn)，吳學(xué)震團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從理論到裝備、從設(shè)計(jì)到施工的全鏈條三大創(chuàng)新突破。

首先，摸清“巖石的破壞密碼”。團(tuán)隊(duì)研發(fā)了特殊的剪切試驗(yàn)裝備，結(jié)合恒定法向剛度控制技術(shù)，如同給深部巖體做了一次“精準(zhǔn)CT體檢”，能夠真實(shí)模擬其在極端環(huán)境下的破壞過(guò)程，獲取關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。這徹底改變了過(guò)去對(duì)深部巖體破壞機(jī)理“霧里看花”的困境，為后續(xù)精準(zhǔn)支護(hù)提供了科學(xué)“診斷書(shū)”。

其次，建立“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的導(dǎo)航系統(tǒng)”。過(guò)去施工多依賴?yán)蠋煾档慕?jīng)驗(yàn)，容易造成“該加固的地方?jīng)]加固，加固的力度又不夠”的窘境。團(tuán)隊(duì)總結(jié)出的全新設(shè)計(jì)方法，如同為施工人員送上一本詳盡的“操作手冊(cè)”，能夠精準(zhǔn)判斷注漿的最佳時(shí)機(jī)和加固范圍，告別了“盲人摸象”式的摸索，實(shí)現(xiàn)了安全與經(jīng)濟(jì)雙贏。

最后，打造了一套“支護(hù)硬核裝備庫(kù)”。這套“組合防護(hù)裝備”形成了一個(gè)智能支護(hù)體系，具體包括以下特點(diǎn)。

恒阻錨索——隧道的“超強(qiáng)安全帶”：能承受高達(dá)35噸的拉力，單次沖擊吸能達(dá)102千焦，在巖體突然發(fā)力時(shí)，能通過(guò)自身變形緩沖巨大能量，牢牢拉住危巖，防止垮塌。

抗剪錨桿——“柔韌的硬釘子”：其抗剪變形量比傳統(tǒng)錨桿提升了85%，即使在巖石發(fā)生輕微移動(dòng)時(shí)，也能像堅(jiān)韌的藤條一樣隨之彎曲而不破斷，保持錨固力。

讓壓拱架——“抗壓不倒翁”：其承受力是傳統(tǒng)鋼架的20倍，能夠在巨大壓力下通過(guò)可控的“讓壓”變形卸掉部分力量，而自身不彎折，守護(hù)隧道的基本輪廓。

可縮混凝土——“柔性防護(hù)衣”：這種特殊的混凝土能壓縮高達(dá)20%的體積，與圍巖“同呼吸、共變形”，在壓力下收縮但不開(kāi)裂，始終緊密貼合巖體，提供持續(xù)支撐。

護(hù)航國(guó)家重大工程

目前，這套硬核技術(shù)已成功應(yīng)用于蘭海高速木寨嶺隧道、川藏鐵路高爾寺山隧道、新巨龍煤礦等多項(xiàng)國(guó)家重大工程，有效控制了圍巖變形，將坍塌風(fēng)險(xiǎn)降至最低。其應(yīng)用場(chǎng)景正不斷拓寬，不僅適用于深埋隧道、千米深井，也為國(guó)防、人防等抗爆防護(hù)工程筑起了堅(jiān)固防線。

據(jù)悉，該項(xiàng)目累計(jì)獲得知識(shí)產(chǎn)權(quán)81項(xiàng)，成功破解了制約我國(guó)深地戰(zhàn)略安全建設(shè)的關(guān)鍵瓶頸，標(biāo)志著我國(guó)在深部地下工程安全控制領(lǐng)域已邁入世界領(lǐng)先行列。（記者 梁凱鴻）