小小锚杆从此“顶天立地” 何满潮院士团队NPR新材料项目加快成为“产业航母”

一个全自动化无人操作的智慧工厂诞生青岛地铁6号线进行NPR锚杆的现场试验□丁之

我们平常所见的地铁，可不仅仅是在地底下挖个洞那么简单。洞穴承受着上部巨大的压力，需要在洞穴两侧和顶部加入支架，才能够有足够的支撑力量，保证洞穴不会塌方。

而负责支撑洞穴的，则是一根根锚杆。小小的锚杆，蕴含着巨大的科技含量。随着何满潮院士团队NPR(负泊松比效应)新材料一期3条生产线在青岛耐火材料厂全部启用，一个全自动化无人操作的智慧工厂诞生。日前，何满潮院士团队到青岛地铁6号线海港路站1号风道进行了NPR锚杆的现场试验。

能源与环境(青岛)国际联合实验室办公室主任张瑾说，从现场试验结果来看，采用NPR锚杆后，树脂锚固剂平均凝固时间只需20秒，大大缩短了水泥砂浆锚杆施工后等待凝固的时间，为锚杆施加预紧力、及时支护围岩，赢得了宝贵时间，可大大提高施工安全性和施工效率。

“普通钢材在拉伸时具有明显的颈缩现象，容易引起应力集中，而NPR材料受力后，在横向上不是变细，而是呈现一种负泊松比现象。”张瑾告诉笔者，在青岛地铁6号线地铁现场试验中，对于直径18mmNPR锚杆，其极限拉拔力平均值为240kN，完全符合设计值；延伸率通过现场标距测定，达到20%，现场工作性能符合实验室试验结果。对非爆破及爆破期间NPR锚杆预紧力进行监测，试验结果完全达到预期目标，可应用于地铁现场。

笔者了解到，我国作为矿业大国，由于矿山开采引发的岩体大变形灾害始终高居不下，造成大量的生命、财产损失，严重制约矿产资源的安全高效开发。研究表明，大多岩体灾害都是由小变形发展到非线性大变形，进而导致灾害发生。一般来说，强和韧两个特性像跷跷板的两端难以实现均衡，何满潮院士团队研制了具有负泊松比效应的恒阻大变形锚杆/索，利用变粗特性，使其与岩体紧密接触，吸收周围岩体的能量，进而将岩体大变形过程终止，有效解决了岩爆、动压巷道和滑坡等重大灾害控制的科学难题。

在今年10月份举办的“青岛地铁6号线一期工程大跨暗挖地铁车站主动支护设计方案论证会”上，专家组对青岛地铁6号线关于大跨暗挖地铁车站主动支护理论上的研究与探索给予肯定。一致认为，该方案采用“主动支护、变形控制”设计理念，通过预应力锚杆充分发挥围岩自承能力，方案总体可行。

在进一步优化中，专家组建议综合考虑围岩等级、初期支护、永久支护和锚杆的耐久性等因素，加强开挖前后围岩应力场变化和支护结构稳定性监测与反馈分析，为设计优化提供依据。据悉，此次优化方案以应用NPR预应力锚杆为基础进行设计，充分发挥锚杆的主动支护能力和围岩的自承载能力，对推动微观NPR锚杆在青岛地铁的应用奠定基础。

在NPR新材料智能生产线现场，技术人员拿了两根长度40厘米的普通钢材和NPR钢材，模拟深部软岩与岩石边坡中的灾害本质——大变形问题，做了极限拉拔对比试验。监测数据显示，NPR钢的极限抗拉强度可以达到1000多MPa，屈服强度是市面普通钢材的2倍多，延伸率也远远优于普通钢材，应力应变曲线呈现理想塑性化特征。

笔者了解到，何满潮院士团队从上世纪90年代至今，一直在开展NPR锚杆/索研究，并形成具有自主知识产权的NPR恒阻大变形锚杆/索，这是一种具有恒定阻力、大变形量和监测功能的锚杆/索，在岩体大变形灾害控制及预测技术方面取得跨越式发展，解决了现有普通材料因不适应致灾岩体的大变形特性而破断和功能失效的问题。

为促进产业化落地，何满潮院士在青岛国际院士港成立了能源与环境(青岛)国际联合实验室。实验室从国内外成员单位中，筛选具有市场前景的高科技项目，在实验室进行重点展示，进行以市场转化为导向的强化和完善研究，并对进入市场的项目进行长期技术跟踪，助推项目在市场中持续健康发展。日前，何满潮院士的NPR钢新材料获评第二十一届中国专利金奖，基于其抗磁化、耐腐蚀、高强度、高韧性特性，专利已被200余家地灾防治中心、地震局、文物保护管委会和矿业集团在矿山、西气东输、高速公路、水利、文物遗址保护等工程中大量采用。

除了能源工程、抗震建筑等传统领域，目前，何满潮院士团队在汽车制造、航天领域也有很大的突破。已经与一汽集团签订合作协议，进行NPR新材料替换汽车高强钢零件的合作研发，打造中国一汽“红旗NPR”品牌；已经与中国航天科技集团有限公司科技委签订合作协议，围绕NPR材料在航天锚固件、连接件、发射架、复合NPR新材料等领域的研发与应用开展全面合作。

“我很佩服青岛引进院士、布局科技的眼光和魄力，更感谢青岛国际院士港把该项新材料技术转化为产业。”何满潮说，NPR新材料项目的顺利推广，离不开李沧区提供的“妈妈式”服务，政府扑下身子做服务，保证了院士把更多的精力投入到科研和项目产业化当中，才让更多院士团队选择青岛、选择李沧。

在距离何满潮院士NPR钢专利产品项目正式投产不到两周的时候，虽然经过紧锣密鼓的筹备，但受制于电力保障，院士项目的工作人员还在担心厂区供电不能满足生产需要。得知这个情况后，李沧区委主要领导立即现场办公，成立工作专班，现场组建指挥部实时督战，要求落实到人、落实到时间节点、落实到具体操作办法，保证项目尽快投产运营。现场会后，院士港综管办立即协调电力等部门，到第一条生产线启用前，电力问题得到妥善解决。

据悉，何满潮院士团队NPR新材料一期3条生产线产能7.5万吨、产值15亿元。二期拟按照一期模式复制，规划布局7条生产线，投产后10条生产线预估年产值50亿元。NPR新材料项目有望成为未来的“产业航母”。何满潮院士团队力争5年内将国际联合实验室打造成国家级重点实验室或国家级工程中心。

李沧区按照“9+3+1”基本架构，坚定不移地抓好青岛国际院士港这个高质量发展基因工程的建设，院士项目呈现出欣欣向荣之势。截至目前，青岛国际院士港已建成运营能源与环境(青岛)国际联合实验室等10个规范性院士实验室，有18个院士项目产出117种产品，获授权专利827项。

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