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“大锅”下暗河涌动 FAST克服世界级地质难题

2017-12-18 05:12:34

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图为2016年9月25日,世界最大单口径射电望远镜――500米口径球面射电望远镜(简称FAST)在贵州平塘县克度镇喀斯特洼坑中落成。 中新社记者 贺俊怡 摄
图为2016年9月25日,世界最大单口径射电望远镜――500米口径球面射电望远镜(简称FAST)在贵州平塘县克度镇喀斯特洼坑中落成。 中新社记者 贺俊怡 摄

  “大锅”下暗河涌动 FAST克服世界级地质难题

  本报记者 何星辉

  12月10日,从500米口径球面射电望远镜(以下简称FAST)观测基地传来好消息,FAST发现的脉冲星已增至9颗。

  自从建成启用后,“中国天眼”总是不断带给人们惊喜。

  当初,科研团队历尽千辛万苦,在贵州平塘这片喀斯特地貌天然形成的洼地,为FAST找到了最合适的“家”。鲜为人知的是,这口举世瞩目的“大锅”下面,其实隐藏着诸多世界级的地质难题。

  12月12日,科技日报记者从贵州正业工程技术投资有限公司获悉,作为贵州省科技计划项目“国家天文台500米口径球面射电望远镜台址岩土工程安全性研究”的核心技术,“FAST开挖系统关键技术及安全性研究”项目成果通过专家组鉴定。项目成果揭示,面对错综复杂的喀斯特地质条件,FAST台址开挖系统技术团队攻克了前所未有的世界级地质难题,成功将“中国天眼”建在了贵州最大的地下暗河之上。

  在此之前,世界上最大的单口径射电望远镜是美国Arecibo望远镜。但是,比起Arecibo,FAST显然是一个更庞大复杂的工程,其台址的开挖系统岩土治理规模是Arecibo的5倍,总体建设规模是Arecibo的近3倍,而且地下暗河涌动,山高坡陡,溶蚀峰林,各种岩溶不良现象发育集中。可以说,在确定了选址之后,地质问题决定了FAST建设成败。因此,从一开始,岩土工程设计也就显得至关重要。

  精准。这是FAST工程台址开挖系统现场设计工程师吴斌在接受科技日报记者采访时反复提及的字眼。不同于普通的工程设计,开挖系统设计稍有偏差,抬高工程造价不说,还会影响FAST的精确度和运行性能。吴斌说,技术团队进驻现场后,从球心的开挖设计着手,“必须十分精准,如果出现偏差,球心每抬高1米,至少要增加100万的工程造价”。历经4个阶段的不断优化,技术团队最终实现了最佳的开挖效果,将FAST投资金额从1.85亿元降为0.97亿元,几乎节省了一半的建设成本。

  在建设过程中,地下河洪涝灾害是开挖系统面临的一个极大难题。FAST台址地处贵州高原到广西丘陵平原地区的斜坡地带,表面上看,它是一个完整的洼地,实际上在洼地底部50多米深的地方,隐藏着贵州最大的地下暗河。在正常情况下,降雨会通过洼地固有的管道排到地下暗河,只有遇到极端暴雨,地下河水才会上涨。吴斌说,FAST开工建设后,破坏了洼地原有的水文结构,地下暗河的洪涝灾害便成了一个更加棘手的问题。

  如果不能彻底解决洪涝灾害,FAST的建设就是纸上谈兵。怎么解决?找不到文献资料,没有可供借鉴的东西。对此,技术团队另辟蹊径,通过在洼地底部开挖一个巨大的沉淀池,以1公里长的泄洪隧道,将洪涝引到大山之外,从根本上消除了FAST场地的洪涝风险。现在,即便是50年一遇的洪涝灾害,也对FAST构不成半点威胁。

  中国地质环境监测院总工程师殷跃平说,FAST台址工程地质及水文条件极为复杂,观测台址建设面临着诸多地质问题,这给FAST台址建设带来了极大的挑战。作为目前世界上利用大型岩溶洼地建设的最大工程,FAST台址岩土工程以全新的设计思路,开创了建造巨型射电望远镜的新模式。

  经过实地考察、项目鉴定等环节,由中国工程院院士钱七虎、中国科学院院士何满潮、中国工程院院士任辉启、中国工程院院士郑健龙等11位专家组成的鉴定委员会认为,以贵州正业工程技术投资有限公司为核心的FAST台址开挖系统技术团队,在项目的实施过程中,取得了一大批具有自主知识产权的创新性成果,为射电望远镜国家科研重大基础设施建设的顺利实施提供了重要支撑,取得了显著的社会效益和经济效益,项目成果创新性显著,总体达到国际领先水平。

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