一代材料会带来一代技术，一代技术会带来一代工程革命。——何满潮

南水北调工程是世界上建设规模最大、供水规模最大、调水距离最长、受益人口最多的调水工程。引江补汉工程是南水北调中线后续水源，可提高汉江水资源调配能力、增加南水北调中线工程北调水量、提升中线工程供水保障能力，并为引汉济渭工程达到远期调水规模、向工程输水线路沿线地区城乡生活和工业补水创造条件。该工程是进一步完善南水北调“四横三纵”工程体系，加快构建国家水网主骨架和大动脉的重要标志性工程，意义重大。

引江补汉工程单洞长194.3千米，最大埋深1182米，埋深超过600米的洞段占50%。工程沿线褶皱断层发育，地层复杂多变，面临强岩爆、突泥涌水、大断裂、软岩变形、高地温、有害气体等多重风险挑战。深埋隧洞工程的灾变防控是保证引江补汉工程安全建设运营的关键。

工程破坏特性呼唤材料革命

复杂地质条件下，深埋隧洞的软岩大变形、岩爆等工程灾变给隧洞施工运营带来了巨大的影响，其致灾本质是隧洞围岩在“三高一扰动”的深部环境下发生的岩土体非线性大变形现象。锚杆是深部工程关键支护材料，可靠有效的深部锚杆支护材料是保证深部工程安全建设和健康运营的物质基础，但现有锚杆主要由泊松比效应的钢铁材料加工而成（Poisson’s Ratio，简称PR材料），即受拉时发生颈缩变形从而破断的小变形材料，因不能适应致灾岩体的大变形特性而导致功能失效，工程灾害频发。因此，研发能够忍受深部岩体大变形的控制材料，对于岩体大变形灾害控制至关重要，深部工程大变形的破坏特性也呼唤着大变形材料革命。

材料革命的标志是消灭颈缩

“理想塑性”材料是1870年法国力学家圣维南及1913年德国力学家米塞斯等科学家提出的概念。由于理想塑性材料具有忍受大变形而强度不下降的独特性质，对于解决小变形金属材料受拉破断而导致深埋隧洞围岩大变形灾害难题至关重要。2004年，我们提出了“理想塑性材料是一种具有NPR结构效应（负泊松比效应，即杆件受拉直径变粗）材料”的猜想，历经18年系统研究，完成了NPR锚杆/索新材料的研发，该材料具有高恒阻、大变形、防冲抗爆、超强吸能等超常特性，拉伸过程中屈服平台消失，断裂后无明显颈缩。

材料革命必然引起工程革命

以NPR材料为支撑，目前已经形成了一系列深部工程灾变防控技术体系。软岩大变形支护领域，基于NPR材料提出了高预应力开挖补偿法，能够使深埋隧洞开挖后其围岩应力得到及时补偿，实现软岩大变形支护的“强度耦合、刚度耦合和结构耦合”。岩爆支护领域提出了基于能量控制的NPR锚杆/索支护方法，基于能量设计和NPR锚杆/索防冲抗爆的力学性能，能够有效防治深埋隧洞的岩爆灾害，目前NPR锚杆/索已被列入加拿大岩爆支护手册。此外，基于NPR新材料，发明了滑坡地质灾害监测预警系统、利用矿压自动成巷等系列技术，解决了一系列工程岩体大变形灾害控制难题。

引江补汉工程于7月7日顺利开工，标志着南水北调后续工程建设拉开了帷幕，国家水网建设迈出重要一步。NPR新材料充分展示了工程建设中攻克关键技术难题的新理念、新思路和新实践，为确保引江补汉工程建设进度、质量及有效应对安全风险，保障引江补汉工程建设顺利实施提供了强有力的技术支撑。

本文原载于《中国建材报》8月22日1版