“開始！”隨著一聲指令，研究團隊成員果斷按下鼠標，3米開外的一個紅藍相間的龐然大物開始高速運轉，并排的四臺電腦控制屏上，一行行數據飛快地跳躍。經過100多天的前期準備，農歷臘月二十，下午4時許，“真三維斷層錯動下隧道響應及抗錯斷技術模型試驗”正式開始。這項耗時數年的研究，成敗在此一舉。
承載這項試驗的“龐然大物”是全球首臺可以模擬真三維地應力施加、隧道開挖支護、傾斜斷層錯動的大型試驗裝置。該裝置由中國科學院武漢巖土力學所研究員陳衛忠團隊和山東大學自主設計研發。
陳衛忠在檢查試驗設備運行情況。田珺攝
跟著陳衛忠環繞試驗裝置一周，只見眼前這個巨大的四方體裝置，外架由藍色金屬架支撐，內膽是一截截紅色的圓柱，里面堆填的是隧道巖土。據介紹，此次實驗以新疆天山勝利隧道跨博阿活動斷裂帶為背景，模擬活斷層錯動的面有多大、錯動的影響范圍有多廣，如何保證隧道跨越活斷層段結構的安全運營。
簡單理解，一條條公路要從山體、水底穿過，通向四面八方，往往離不開挖掘隧道。挖掘隧道最怕遇到地質結構不穩定的“斷裂段”。從世界范圍來看，隧道工程往往繞開“活動斷裂段”。但在我國的很多地方卻繞不過去，比如正在建設的22km級世界最長的高速公路隧道-新疆烏尉高速天山勝利隧道。隧道在山體之下，如何評估處于活動斷裂帶隧道的抗震安全是一個重大工程技術難題。
陳衛忠團隊以數十年參與墨脫公路嘎隆拉隧道、巴基斯坦SK水電站、新疆ABH輸水隧洞工程等重大工程建設的經驗，建立了一套隧道工程穿越活動斷裂帶的抗錯斷的分析理論、抗減震材料與鉸接設計方法，成果已在天山勝利隧道順利實施。與此同時，他們還依托中交二航局試驗基地，建設了中國科學院地下工程災變與防護工程實驗室，重點開展巖土及地下工程復雜條件下災變機理與控制技術的研究。那臺藍紅相間的“龐然大物”就是該團隊設計定制的全球首臺模擬斷層錯動下隧道結構響應的平臺。
“嗡嗡——”下午4時22分，實驗設備開始發出低沉的轟鳴聲。斷層錯動模擬進入關鍵階段！儀器內部的巖層正在外力作用下的錯動，以及緩沖層的反作用下，發生激烈變化?！巴饷婵此撇懖惑@，里面卻波濤洶涌。”團隊成員、博士研究生高厚聚精會神地盯著顯示屏，看著一串串數據以更飛快的速度跳躍，期待著和團隊小伙伴苦戰許久的結果。100多天前，他們背著行李來到遠離武漢主城區的武漢陽邏經濟開發區，在這個“出門三公里才有超市”，連路燈都不太多的試驗基地蹲守下來，每天調試設備、更新軟件、填料堆料、完善數據、更新方案，等等，為的就是今日的試驗。
“嘀嘀嘀——”下午5時40分，儀器讀取數據的聲音更加清脆悠長。團隊成員、研究員譚賢君時而在設備外摩挲，時而鉆進“龐然大物”的內部巷道中觀察。他說，今天在實驗室里模擬的斷層錯動場景，實際上與現場的場景非常接近，只不過工程現場要比在實驗室危險得多。
那是2006年，譚賢君和陳衛忠一起來到西藏墨脫。墨脫縣曾因沒有公路被稱為“高原孤島”。墨脫公路于1975年動工，但多次受自然災難破壞，直到挖通隧道才改建成功。墨脫公路嘎隆拉隧道是世界首條在現代冰川、跨越兩個氣候帶地區修建的隧道，陳衛忠團隊負責為其提供技術支撐。
“在墨脫待了兩個多月，路邊就是懸崖，我們的車比較寬，輪胎的一部分幾乎是懸在空中行駛的。那次我們的車差點滑下懸崖，差點就見不到第二天的太陽了?，F在回想起來還心有余悸。”譚賢君自嘲道。
正是在一批批科學家、工程師和建設者的共同努力下，目前墨脫縣有了安全快速的高速公路和隧道，告別了“孤島”的歷史。陳衛忠團隊在這條隧道修建中首次提出強震區泡沫混凝土吸能減震技術，于2011年獲得湖北省科技進步一等獎、2014年獲得國家科技進步二等獎。
“今天的試驗如果成功，將非常有助于揭示斷層錯動作用下隧道響應特征，確定隧道抗錯斷設防范圍，檢驗抗錯斷措施效果，保證隧道跨活斷層段的安全運營?！标愋l忠說。
“有結果了！成功了！”下午6時50分，試驗結果出爐！一群白大褂激動地圍在顯示屏前，認真端詳這臺全球第一臺相關設備的第一份試驗結果。結果表明，隨著錯動量的增加，隧道變形、破壞越來越嚴重，襯砌經歷了裂縫萌生、裂縫擴展、剝落等階段；在斷層錯動下，隧道明顯破壞段位于斷裂帶兩側范圍，約為斷裂帶寬度的1.5倍；設置了減震層、鉸接接頭、減震縫的隧道襯砌破壞程度遠小于未設置抗錯斷措施隧道，證明上述設計具有良好的抗錯斷效果。
“全球首次！我國科學家成功模擬三維斷層下的隧道工程動力響應特征?！边@是中國科學院地下工程災變與防護工程實驗室2024年的一個大好消息，也是國際隧道抗錯斷設防領域的一個重要消息。高厚開心地告訴《中國科學報》：“我們在這里‘閉關’好幾個月，功夫總算沒有白費！試驗成功了，大家再用幾天時間整理完數據，就可以美美地回家過年了。”
本文鏈接：記者蹲守實驗室，見證這項全球首次試驗http://m.lensthegame.com/show-11-2676-0.html
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