福州大学科研团队牵头破解世界性施工难题

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，一条条交通动脉和能源通道正向地球深处延伸。然而，这里并非坦途，极高的地应力仿佛一只无形的巨手，时刻挤压着隧道岩壁，导致围岩像“软糖”一样发生大变形、失稳甚至坍塌。这曾是困扰全球地下工程界的“噩梦”。

近日，福州大学牵头，联合同济大学、福建省路桥建设集团有限公司等7个单位共同完成的“深埋隧道围岩大变形致灾机理与稳定控制关键技术”项目，凭借多项颠覆性创新，荣膺2024年度福建省科技进步奖一等奖。

这项历时14年潜心研究的成果，如同为深埋隧道打造了一套智能、坚韧的“变形金刚”式防护体系，为向地球深部进军提供了硬核“安全盾牌”。

实现三大创新突破

“如果把浅层隧道施工比作在硬木上雕刻，那么千米级深部工程就如同在高压下的‘软糖’里打洞，稍有不慎就会引发严重事故。”项目第一完成人、福州大学研究员吴学震形象地解释道。深部岩体承受着巨大的压力，结构复杂，传统支护材料常常因为“硬碰硬”而“刚则易折”，无法适应岩体持续变形，最终失效，造成人员伤亡和巨大经济损失。

面对这一世界性挑战，吴学震团队实现了从理论到装备、从设计到施工的全链条三大创新突破。

首先，摸清“岩石的破坏密码”。团队研发了特殊的剪切试验装备，结合恒定法向刚度控制技术，如同给深部岩体做了一次“精准CT体检”，能够真实模拟其在极端环境下的破坏过程，获取关键力学参数。这彻底改变了过去对深部岩体破坏机理“雾里看花”的困境，为后续精准支护提供了科学“诊断书”。

其次，建立“精准设计的导航系统”。过去施工多依赖老师傅的经验，容易造成“该加固的地方没加固，加固的力度又不够”的窘境。团队总结出的全新设计方法，如同为施工人员送上一本详尽的“操作手册”，能够精准判断注浆的最佳时机和加固范围，告别了“盲人摸象”式的摸索，实现了安全与经济双赢。

最后，打造了一套“支护硬核装备库”。这套“组合防护装备”形成了一个智能支护体系，具体包括以下特点。

恒阻锚索——隧道的“超强安全带”：能承受高达35吨的拉力，单次冲击吸能达102千焦，在岩体突然发力时，能通过自身变形缓冲巨大能量，牢牢拉住危岩，防止垮塌。

抗剪锚杆——“柔韧的硬钉子”：其抗剪变形量比传统锚杆提升了85%，即使在岩石发生轻微移动时，也能像坚韧的藤条一样随之弯曲而不破断，保持锚固力。

让压拱架——“抗压不倒翁”：其承受力是传统钢架的20倍，能够在巨大压力下通过可控的“让压”变形卸掉部分力量，而自身不弯折，守护隧道的基本轮廓。

可缩混凝土——“柔性防护衣”：这种特殊的混凝土能压缩高达20%的体积，与围岩“同呼吸、共变形”，在压力下收缩但不开裂，始终紧密贴合岩体，提供持续支撑。

护航国家重大工程

目前，这套硬核技术已成功应用于兰海高速木寨岭隧道、川藏铁路高尔寺山隧道、新巨龙煤矿等多项国家重大工程，有效控制了围岩变形，将坍塌风险降至最低。其应用场景正不断拓宽，不仅适用于深埋隧道、千米深井，也为国防、人防等抗爆防护工程筑起了坚固防线。

据悉，该项目累计获得知识产权81项，成功破解了制约我国深地战略安全建设的关键瓶颈，标志着我国在深部地下工程安全控制领域已迈入世界领先行列。（记者 梁凯鸿）