冯夏庭团队：他们为隧道岩爆预警装上“听诊器”

青藏高原首个无线通信岩爆实时监测微震系统

小组成员被邀请参加巴基斯坦尼伦-杰赫勒姆水电站导流洞的开幕式。

“轰”的一声巨响，正在开挖的尼鲁姆-杰赫勒姆水电站引水隧洞被震动，岩石飞溅。这是2015年5月发生在巴基斯坦的一次极其强烈的岩爆。巨大的破坏力对隧道挖掘机造成了严重破坏，工程暂停了七个月。

为了解决这一技术难题，监理工程师千里挑一地找到了中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室主任冯夏庭，并利用其团队的自主技术安装了“听诊器”进行岩爆预警和预防，使工程顺利完成。

“狼来了”是过去人们对岩爆的理解。冯夏庭团队通过使用独立开发的高精度预警系统捕捉到了这只难以捉摸的“狼”。

现在，他们已经踏上青藏高原，为正在建设的川藏铁路服务。

在第一次世界大战中成名

岩爆是一种地质灾害，是由于积聚在岩体中的高应力弹性能量的剧烈释放而导致的岩爆和岩爆。通常由施工引起，常用于深层地下工程施工。岩爆也是岩石力学领域的世界性问题。这是极其随机的、突然的和破坏性的，是无法预防的。

冯夏庭告诉《中国科学》的记者，他早在1996年就开始在南非进行岩爆研究。过去对岩爆的监测和防护主要是基于定性分析和经验判断，结果往往是“狼来了，狼来了，狼不喊”。

2008年，为解决这一全球性问题，采取了一个关键步骤——锦屏二级水电站。中国科学院武汉岩土力学研究所研究员、团队成员陈炳瑞在接受《中国科学日报》采访时表示，锦屏二级水电站长引水隧洞群岩爆监测预警是团队从实验室走向现场应用的关键。

锦屏二级水电站是“西电东送”的标志性工程之一。其导流洞群平均隧道长度为16.67公里，最大埋深超过2500米。这是迄今为止世界上最困难的水工隧道之一。在工程建设中，强岩爆频繁发生，对人员和设备造成严重危害。

冯夏庭团队将微震监测技术引入水电项目。经过近4年的不懈努力，实现了一整套关键技术的成功应用，提高了岩爆准备过程中微震定位分析的稳定性和准确性。岩爆定性预警首次升级为定量预警，支持了工程的顺利完成。

以中国工程院院士钱七虎为首的专家小组对该成果进行了评价，认为该成果“改变了岩石力学学术界和工程界一些专家关于岩爆无法监测和预警的传统观点”，为今后岩土工程界开展类似工作“提供了前所未有的范例”。

金平首战的成功使这支队伍在世界上脱颖而出。

积累

金平之后，冯夏庭团队并没有因为缺少实际项目而放松，而是集中力量加强基础研究，在国际高水平期刊上发表一系列有影响力的学术论文，加快设备研发，打破国外技术垄断。

“我们用了几年的时间总结工作成果，对岩爆的发生规律和孕育机理进行了更深入的分析，目的是更好地将其应用于工程。”冯夏庭说。

正是坚实的基础研究吸引了由美国hazar监理公司等专家组成的咨询公司的注意，并推荐给巴基斯坦NEELUM-JHELUM水电站的承包商。

经过几年的理论积累，来到巴基斯坦的团队成员“摩拳擦掌”。在巴基斯坦高温的深埋隧道中，他们使用独立开发的设备和方法建立岩爆预警“重围”，让现场人员在短时间内“从怀疑走向依赖”。

长期驻扎在巴基斯坦项目现场的中国科学院武汉岩土力学研究所助理研究员冯·对《中国科学日报》表示，该团队在隧道开挖过程中及时准确地对潜在岩爆区域和等级进行了预警，提供了更有针对性的控制措施和建议，为施工人员和设备的安全提供了科技保障。

冯夏庭团队的加入有效地帮助隧道提前完工。在出席开幕式时，巴基斯坦总理谢里夫也称赞了这个项目的奇迹。

由于不同工程和地质条件采用的技术方法不同，岩爆预警需要长期积累和系统研究。“我们的创新之处在于研究岩爆孕育过程的机理，找到定量预警的关键。”冯夏庭表示，经过工程验证，该系统的准确率达到80%以上，成为现实中的一种有效方法。

与此同时，冯夏庭小组提出的微震监测建议方法已被国际岩石力学与工程学会采用，并已成为国际标准。

此时，新的挑战正在到来。

进军四川和*

川藏铁路被称为"世界上最难修建的铁路"，承载了几代人的梦想。它从*成立初期就开始勘测，直到2014年才真正开始建设。在冯夏庭看来，进入四川和*既是铁路人员的责任，也是科研人员的责任。

中国科学院武汉岩土力学研究所的研究员肖亚顺告诉《中国科学日报》，川藏铁路位于板块缝合带，应力超高。岩爆的风险非常高。与此同时，它也面临着许多困难，如地热能源高和隧道供氧困难。

据报道，在川藏铁路拉萨至林芝段施工期间，一个强烈的岩爆区每天发生约20次，一个强烈的岩爆将4吨重的挖掘台车震出该区域。

冯夏庭回忆道:“高海拔和强岩爆等困难和挑战并没有让团队退缩。相反，我们自愿进入四川和*。”

据报道，为了进行24小时实时监测、预警和控制，科研人员长期驻扎在海拔3400多米的隧道施工区域。隧道内的温度高达40度，湿度超过90%，而居住用的彩钢板房屋往往很冷。"这反而激发了我们的士气。"冯夏庭表示，岩爆预警在川藏铁路建设过程中的作用已经逐渐显现。

至于由他本人领导的国家自然科学基金委员会创新研究小组，冯夏庭承认要求相对较高——不仅要能写高水平的论文，还要能解决实际的工程问题，并根据国家需要和国际前沿建立研究方向。他说:“在新的时代，建设有*要靠创新和发展。根据19号报告的精神，我们的研究工作应该更好地为人民的美好生活服务。”

如今，中国的公路、铁路和水电站等大型工程正从东向西推进，并逐渐进入深山。“一带一路”的建设也在向西推进。走进地球的深处，研究地球内部的问题，寻找地球的深层资源，也是大势所趋。冯夏庭说:“在这些问题中，岩爆是一个不可避免的问题，我们觉得我们有很大的责任。”