凉山锦屏地下实验室建设取得突破性进展

本文转自：人民日报客户端

王永战

近日，位于四川省凉山州地下2400米的锦屏地下实验室建设实现突破性进展——全球最大的聚乙烯屏蔽舱建成，代表了实验室舱体进入洁净实验室施工阶段。

锦屏地下实验室位于四川省凉山州地下2400米的锦屏山隧道内，是我国首个极深地下实验室，也是世界上岩石覆盖厚度最大、综合配套设施最好的暗物质实验室，也是国家十三五、十四五规划均有提及的国家重大科技基础设施，建成后将为创造突破性的国际级实验成果提供保障，对人类探索宇宙有极大助推作用。

争先无畏，进军地下打造世界深度

由于暗物质不发射、反射或者吸收光以及任何类型的电磁辐射的特性，地面宇宙射线的干扰使它难以被捕捉。四川省凉山州锦屏山隧洞是世界上埋深最深的隧道之一，它天独厚的地理条件，可以利用2400米厚岩层阻挡宇宙射线的干扰，打开了中国暗物质研究的大门。

2021年9月，中建三局正式组建这支平均年龄不到30岁的团队，奔赴大凉山建设“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施项目”（简称锦屏大设施Ⅱ标项目），踏上了“逢山开路、遇水架桥”的探索之旅。

为了尽可能减少影响暗物质研究的辐射，打造容积约33万立方米“纯净”的实验室，项目在建设选材方面十分“挑剔”。“所有的施工材料采用的都是低辐射材料，每批都要经过低本底辐射检测，合格后才能运进‘洞里’来。”锦屏大设施Ⅱ标项目经理王伟介绍。

项目筹备阶段，他牵头成立物资保障攻坚小组，奔赴全国各地考察低辐射本底相关材料设备，足迹遍及8个省份。“我们先后筛选了60多家供货商，才找到了一家稳定的货源，为各项施工作业的开展提供了保障。”王伟回忆到。看着33万立方米的实验空间逐步成型，他表示一切都很值得。

突破创新，独创深地防水抑氡工法

深地对科研来说是优势，但对工程建设却是不小的挑战。锦屏山岩体能隔绝大部分宇宙辐射，却不可避免会产生大量氡气，氡气产生的辐射本底，将影响实验精度。山区高原环境下的极深地下洞室复杂多变，经常喷涌而出的地下水，让实验室防水施工更加的困难重重。

“在面积约10万平米的洞壁里进行防水、防潮、防氡气施工是我们建设的最大难题。”为此，中建三局项目团队针对防水抑氡结构层进行了大量的试验研究，以原材的辐射低本底控制为基础，连续6个多月，先后采用15种材料开展实施了锚杆节点试验14种方案、膨胀螺栓节点试验10种方案，同时也实施了挂网喷砼试验8种方案，终于找到了“以防为主、以排为辅”的“防水抑氡”独创的工法。

“这10层材料就像是给整个实验室做了一个‘鸡蛋壳’，将氡气和水挡在实验空间外面，做到辐射最低，以保障未来科学实验的精度。”锦屏大设施Ⅱ标项目总工程师谭雷解释道，“这项工法目前只有我们中建三局锦屏大设施Ⅱ标项目团队可以做到！”

智慧管理，打造世界最深智能工地

锦屏山隧道内空间有限、洞室纵横、环境复杂，极大增加了工程建设的难度。项目团队上下对工程质量要求严苛，也对施工技术、工艺工法、安全管理等提出了更高要求。

项目团队开发工程建设智能管理系统，智慧工地系统、BIM协同平台、智能交通与环境监测系统进行一体化协同，实现集成应用，打造世界最深智能工地。系统中人员实名定位、车辆管理、安全清单制管理、隐患类型分析（与手机APP同步）等相关功能切实加强了现场安全管理的规范性、有效性。隧道内施工对氧气的需求极大，项目邀请四川交大团队根据项目隧道布局设计实施智能通风设备，保障现场通风条件良好，运用信息化为项目筑起安全屏障。同时，项目基于三维激光扫描数据采集，对洞室建进行“把脉摸骨”，通过色谱分析法进行裂缝和渗漏分析，以实现洞壁渗漏自动检测，极大保证了施工的效率和质量。

项目建设完成的大型组合式固体屏蔽装置是全球最大的聚乙烯屏蔽舱，仓体由6面1800多吨高密度聚乙烯块组成，项目团队通过BIM信息技术把仓体拆解为上万块，量身打造建设方案，以满足“无通缝”的实验要求。同时在清华大学、四川大学等高校和雅砻江流域水电开发有限公司的通力合作下，不断攻关克难，采用力热耦合理论，进行热力学及蠕变研究及模型分析计算，形成了符合聚乙烯屏蔽舱有效处理方案。

地心炙热，宇宙洪荒。2024年，项目将建成投用，天体演变的密码或将在地下2400米的实验室得到解答。届时，具备极低氡气浓度、极低环境辐射、超低宇宙线通量、超洁净空间等优势的中国锦屏地下实验室将成为暗物质探测、核天体物理、生命科学、岩石力学等多学科交叉的世界级开放共享实验平台，成为全球深地科学研究的“圣地”。