
12月7日,由中建集团旗下中建三局承建的锦屏大设施Ⅱ标项目(以下简称“锦屏大设施”)正式竣工,世界最深、最大极深地下实验室投入科学运行。
锦屏大设施位于2400米深的地下,上方是层峦叠嶂的锦屏山,两岸是奔涌不绝的雅砻江,在此山高水险之处,建设一座地下实验室有多难?难点在哪,如何突破?
难点一:地下2400米
锦屏大设施位于四川凉山锦屏水电站锦屏山隧道中部地下2400米处,以锦屏山为天然平台,以水电站深埋长隧洞为基础建设,建设面积约6万平方米,空间容积约33万立方米,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。深地对科研来说是优势,但对实验室建设却是不小的挑战。

△锦屏大设施工程建设现场
“当时现场水雾弥漫,湿度特别大。”中建三局锦屏大设施Ⅱ标项目经理还记得2021年9月刚来到施工现场时的场景。
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困难重重。
难点二:摒弃一切“杂质”
为了追求“更纯净”,避免因辐射等因素影响科学实验的精度,在面积约10万平方米的洞壁里防水、防潮、防氡气施工成为当时建设最大难题。

项目团队进行了大量的试验研究,连续6个多月,先后采用15种材料开展实施了30多种方案,开创了“以防为主、以排为辅”的“防水抑氡”工法。最终项目团队使用共10厘米厚的10层材料层层设防,就像是给整个实验室铺一层“鸡蛋壳”,将氡气和水挡在实验空间外面。

△锦屏大设施实验厅内的防水抑氡层
在建设过程中,项目团队对防水抑氡构造的5万余米拼接焊缝、穿过防水结构的20多万个膨胀螺栓和5万多根锚杆,逐一进行复检,最终实现氡气抑制率超99%。
项目建设和实验所需的各项材料、设备还需满足低本底辐射的要求。这一极度严苛的要求,让团队在筹备阶段遇到了不少难关。
项目团队开展技术攻关,创新防水抑氡工艺、研发低本底设备材料,还研发生产出低辐射水泥、金刚砂、岩棉及一批低辐射机电设备,最大限度控制了实验室辐射本底,打造出最“纯净”的实验环境。
难点三:“外壳”铺装“无通缝”
在锦屏大设施内,有数个用作不同科学实验的舱体。它们的外面均设有一层“外壳”,像是一个大型的集装箱,将实验室“罩”了起来,屏蔽辐射、粉尘、水汽,保障实验精度不受影响。
这些“外壳”就是大型组合式固体屏蔽装置——聚乙烯屏蔽舱。它们由6面厚度1米、总重1800多吨的高密度聚乙烯块无粘接铺装而成,最大的建设难点就是保证屏蔽舱“无通缝”。

为满足“无通缝”的实验要求,项目团队与清华大学、四川大学等高校,雅砻江流域水电开发有限公司通力合作进行研究,并用BIM信息技术开展模型分析计算,将舱体拆解为上万块后拼装,最终形成保障聚乙烯屏蔽舱建设“无通缝”的最佳方案。

这一方案集成了智慧工地系统、BIM协同平台、智能交通与环境监测系统,同时基于三维激光扫描数据采集,可在“外壳”建设过程中进行“把脉摸骨”,通过智能数字系统分析,使得项目团队可以随时发现实验室外洞壁可能产生的渗漏情况,从而保证聚乙烯屏蔽舱的建设进度和质量。
难点四:在“迷宫”中铺设新风管道
锦屏大设施位于锦屏山隧道中部,空间容积达33万立方米,洞室众多,正常情况下需风量高达2.4万立方米每小时。在距地表2400米的地下,新风从何而来?
为了将源源不断的地表新风送进实验室的各个角落,项目团队打造了全球最长距离的新风供风系统,即长约3000米的“新风呼吸管”。然而由于隧道内空间布局复杂,新风管道安装需避开隧道挖掘的不规则断面,管道走向还要与实验室内部各通道吻合,因此给安装工作带来不小的挑战。
项目团队经过多次论证和人工查勘,从9公里外的雅砻江边引入新风至实验室内,将通风管道翻弯、变径处理,并与通道内的钢结构横梁严丝合缝,进而以保障现场通风条件良好。另外,项目为了保障实验室消防安全,还在新风系统中加设了智能通风系统,实时监测实验室火情。若发生紧急情况,新风管道可加压送风,并配合项目内设置的18个防火控制区,防止火势蔓延的同时排出有害气体,保障深地消防安全。