9月15日，被称为& ldquo五百米口径球面射电望远镜(FAST)& rdquo；国家科技重大基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)首席科学家、总工程师南任栋先生逝世，社会各界深切缅怀。就在一年前的今天，FAST在贵州省黔南州平塘县大窝凼落成启用。它是我国拥有自主知识产权的射电望远镜，是世界上单口径最大、灵敏度最高的射电望远镜。它的研制和建设体现了我们的自主创新能力，实现了我国相关器件从跟踪模仿到集成创新的跨越。半个月前，中科院公布了2017年度中国科学院杰出科技成就奖(通用领域)，FAST工程研究组成功入围。作为建设在复杂地质环境地区的国家重点工程，其选址、勘察、设计、施工乃至投入使用都离不开地质工作。为什么会位于偏僻的喀斯特洼地？如何解决相关环境工程地质问题？& hellip& hellip带着这些问题，记者近日采访了中科院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平、中国地质环境监测院总工程师尹跃平、贵州叶正工程技术投资有限公司董事长沈志平等参与FAST规划、选址、勘测设计和施工的工程地质专家。

2016年12月16日，FAST被《自然》杂志评选为2016年度重大科学事件。新公布的中国科学院2017年度优秀科技成果奖名单提示，该研究组将如期建成中国自主知识产权的世界上最大、灵敏度最高的射电望远镜FAST，并将在未来10~20年保持世界领先地位，为中国在科学前沿实现重大原创性突破提供了前所未有的机遇。它的研制和建设体现了我国的自主创新能力，实现了我国相关器件从跟踪模仿到集成创新的跨越。有三项自主创新:利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜场地，自主发明主动变形反射面，自主提出轻缆驱动馈源支撑系统和并联机器人；开发了高强高精度大跨度索网结构、高性能动态光缆、大型高精度实时测量系统等一系列关键核心技术，取得了一批技术突破，推动了我国多个高技术领域的科技进步和产业升级，在国家重大需求中具有重要应用价值，将促进西部地区的经济繁荣和社会进步。这些成就和荣誉的背后，是中国科学家、科研人员和建设者的智慧。其中，地质元素和成分必不可少。

为什么位于大沃当天然喀斯特巨型洼地？

选址跟进了十几年。最后，在现场调查、模拟计算和综合评价的基础上，选择了场地FAST方案。从最初的设想、选址、勘测、设计、施工到投入使用，历时20多年。1994年，中科院第一轮选址；2007年7月，国家发改委正式批准该项目；2008年12月，FAST工程奠基；2011年3月，FAST正式开工建设；2016年9月25日& ldquo五百米口径球面射电望远镜(FAST)& rdquo；正式完成，& ldquo田燕& rdquo睁开你的眼睛。

在过去的20年里，一位科学家从青年到中年一直陪伴着FAST。他就是FAST观测站系统总工程师、中科院遥感与数字地球研究所研究员聂跃平博士。& ldquo利用贵州天然喀斯特巨型洼地作为望远镜场地，是整个系统工程的三大自主创新之一！& rdquo在他的办公室里，聂跃平自豪地告诉记者。

作为FAST选址的主要负责人，曾在贵州地矿局科研所工作过的聂跃平告诉& ldquo五百米口径球面射电望远镜(FAST)& rdquo；定居贵州贡献很大。

1994年夏天，中国科学院北京天文台(国家天文台于2001年成立)原副台长南博士和彭波博士，到中国科学院遥感与数字地球研究所咨询在全国寻找适合建造大型射电望远镜的洼地，然后委托聂跃平在贵州做有针对性的实地调查。同年8月至9月，聂跃平赴平塘、普定等地，历时一个多月，为在荷兰召开的LT大会提交了《中国贵州选址考察报告》，得到了大会的充分肯定。然后，开始了漫长的快速探索之旅。

1994年底，中国天文学界组成了以北京天文台为核心的LT(SKA)中国推进委员会，并推荐聂跃平为现场评估组组长。根据选址要求，选择的洼地必须满足尽可能圆、交通方便、相对隔离、场地稳定、无无线电干扰的要求。

聂跃平告诉记者，贵州虽然洼地多，分布面积广，但要找到符合上述条件的洼地，难度很大。于是，他根据自己以往在贵州的工作经验和喀斯特洼地的发育规律，选择苗岭流域两侧的黔南、安顺地区，借助遥感技术进行前期普查，然后在地形图上逐一标注，建立了300多个可查询各项指标的洼地数据库，完成了“中国贵州大型射电望远镜选址研究报告”的博士后论文。在此基础上，中国促进委员会主任聂跃平、南，副主任彭波，国际LT中国代表吴胜银，荷兰天文学家理查德等先后到平塘、普定考察部分洼地，测量电波干扰情况。1995年10月，第三届LT国际会议在贵州省贵阳市召开。与会代表实地考察了平塘和普定，对中国贵州的地理位置给予了高度评价。

1997年，LT(SKA)中国推进委员会提出了LT(SKA)中国工程概念试点单位，即中国自主建造世界最大单孔径球面望远镜的创新方案的初步设想。经过不懈的努力和扎实的研究工作，FSAT终于被国家批准了。

据聂跃平介绍，FAST是一个大的科学工程，对洼地的要求随着工程的不断优化而变化。洼地的直径要求从一开始的300米、350米、400米到500米，所以选址一直跟进了十几年。最后，根据野外调查、模拟计算和综合评价，选择平塘大窝凼凹陷作为快速观测站站址。FAST成立后，选址团队围绕FAST对场地的严格要求，应用遥感、GIS、虚拟技术等。，开展了工程稳定性、水文地质、岩溶地质灾害、周边环境、工程开挖量等一系列工程问题的工程研究。并向国家天文台FAST工程指挥部和筹建组提交了相关报告，肯定了大窝凼作为FAST观测场地的可行性。

& ldquo从1994年到现在，20多年过去了。我从中青年一直陪伴FAST到今天。经历了长时间的考验，遇到了各种各样的困难。但是，当我想到我可以利用家乡的地理优势实现FAST项目时，我感到非常欣慰！& rdquo对此，聂跃平感慨万千。

如何解决FAST观测站遇到的环境工程地质问题？

创新勘察手段，地下河洪水灾害、破碎带、孤石混合物、松散岩体、球冠边坡等问题一一得到解决。中国西南岩溶地区地质环境复杂。FAST观测站遇到的环境工程地质问题如何解决？记者就此采访了中国地质环境监测院总工程师尹跃平，他也是优秀科技成果奖励推荐名单中唯一一位中科院以外的贡献者。& ldquo表面像一口直径500米的大锅，地下却是非常复杂的岩溶灾害体。& rdquo尹跃平直截了当地告诉记者。

FAST观测站选址为大窝场凹陷后，地质问题成为FAST建设成败的关键。2006年4月，尹跃平首次受国家天文台邀请，参与FAST观测站站址建设可行性论证技术组工作。因为有丰富的岩溶工程地质经验，2008年8月，他被国家天文台聘为观测站建设的总地质工程师。

尹跃平告诉记者，建设FAST观测站首先面临的问题是地下河洪水灾害。地处贵州高原至广西丘陵平原的斜坡地带，珠峰、丛、林、洼十分发育。表面上看，是彻底的萧条。事实上，贵州最大的地下河就发育在大沃当洼地底部(也就是锅底)50多米深的地方& mdash& mdash大大小小的岩溶地下河。

& ldquo当时由中国地质调查局组织实施的西南岩溶地下河地质调查项目提供了良好的基础数据。初步调查显示，这条暗河一直流入广西。它通过漏斗和天坑在大沃当和地下河之间建立了水力联系，这意味着地下水的动态变化非常大，在极端暴雨的情况下，地下河会上涨几十米。同时，在施工期间，土石方工程还会改变洼地的径流和径流条件，从而引发洪水。& rdquo后来，可行方案针对这一问题，提出了新型的螺旋、放射状截排水措施，并沿洼地底部设置了1公里长的泄洪洞，从根本上消除了FAST场地的洪水风险。

第二个问题是断裂带的地质工程。贵州岩溶地下河往往与断裂带有关。技术人员现场工程地质勘察发现，长达十余公里的东当断裂带由北向南，将大窝当凹陷切割成东西两半。这样一来，东西半球的工程地质条件就会有差异，即随着时间的推移，望远镜的变形可能会有差异，破碎带的薄弱也会带来地质工程问题，影响望远镜发射板的锚固和安装质量。& ldquo望远镜有2400多个三角形反射块，像鱼鳞一样。如果有破碎带，灌浆质量会下降。施工后，如果破碎带腐蚀严重，灌浆时会出现大量漏浆，导致抗拔力相差较大，影响工程质量。& rdquo因此，技术人员专门对断层带进行了大量的锚杆拉拔实验，获得了注浆参数、锚固长度、设计锚固力等一系列参数。& ldquo比如在灌浆中加入一些早强剂，防止渗漏，这样可以固定，不会有新的变形。& rdquo

第三个问题是，几百万立方米的大型岩溶塌陷堆积物分布在洼地的西南部，就在望远镜的环梁附近，开挖扰动后会带来滑坡问题。& ldquo这些堆积体是大小井地下河系演化过程中岩溶动力侵蚀形成的，具有一定的稳定性。但是被切断之后稳定性会降低空。通过剪切试验和室内模拟，发现这种崩积层不同于传统的滑坡崩积层。我称之为& lsquo混合巨石堆积& rsquo与下伏基岩界面形成点摩擦，有一定埋置，抗剪强度高。按照代换加固的思路，可以通过小口径组合群桩和注浆的措施加固前缘，从而形成由孤石混合物和群桩组成的棱柱体，形成拱圈效应，支撑孤石混合物，保证望远镜的安全。& rdquo尹跃平展开当时的设计剖面图，向记者解释。

第四个问题是古地下河卸荷松散岩体的稳定性。尹跃平介绍，大窝凼凹陷3时至5时，一条古地下河河道出露，洞口岩体破碎，形成大范围松散岩体。如果在FAST观测站的建设和运行过程中不对这些松散的岩体进行加固，望远镜将直接受到崩塌和滚石灾害的破坏。因此，在对这些松散岩体进行系统防护的同时，技术人员还重点对12处稳定性差的危岩体进行了清理或整体加固，避免了落石灾害的发生。

第五个问题是开挖边坡的稳定性评价和加固。FAST观测站场地不是严格意义上的球形洼地，施工过程中需要削凸填凹，形成均匀性较差的球冠坡。但这种边坡具有越往底部应力越集中的特点，传统的平面分析方法无法使用。因此，他们提出了基于仓储理论的立体评价方法，并取得了良好的效果。

FAST观测站站址的工程地质勘察与评价也探索出一套新的方法。在此之前，我国对于平地和山地的调查方法已经比较成熟，并形成了国家标准。而大型、特大型岩溶洼地的工程地质勘察经验很少，相应的标准甚至空白。因此，FAST观测站站址的建设形成和完善了许多测量方法，为今后类似工程积累了经验。

尹跃平还回忆了和南教授一起在FAST观测站建设现场工作的日子。他说:& ldquo南教授不仅亲自组织了地质方案的深入论证，还多次和我们一起到洼地陡坡上查看危岩和滑坡。可以说，他是在拼命争取时间。白天，他进行实地调查，并与我们一起解决问题。晚上，他匆匆忙忙吃完饭，就趴在桌子上不睡了。南教授告诉我，他是国际天文台台长等学术职务，每天晚上要处理上百封邮件。他是仰望星空的顶尖科学家空，也是唯一的杰出工程师。& rdquo

如何解决开挖施工过程中的岩土工程技术问题？

四个阶段的岩土工程设计不断优化，各项技术自主创新。该工程设计获得多项国家专利。在FAST之前，世界上最大的单孔径射电望远镜是美国的阿雷西博望远镜。目前快速现场挖掘系统的岩土控制规模是阿雷西博的5倍，整体建设规模是阿雷西博的近3倍。FAST场地岩土工程复杂程度远高于阿雷西博，是世界上利用大型岩溶洼地最大的工程。这样一个复杂而庞大的工程，岩土工程设计是非常重要的。FAST以全新的设计理念，开创了建造巨型射电望远镜的新模式。其中，贵州叶正工程技术投资有限公司是FAST项目场地挖掘系统的核心技术团队。

快速场地开挖系统现场设计工程师、贵州省叶正工程技术投资有限公司第一勘察设计院岩溶地基研究所所长吴斌告诉记者，该公司完成的快速场地开挖岩土工程设计获中国勘察设计协会2015年度全国优秀工程勘察设计奖一等奖。该设计还被国家知识产权局受理并授权了4项发明专利和7项实用新型专利。技术成果应用于FAST工程，系统解决了大型岩溶洼地和薄壳岩溶岩体精细开挖施工过程中遇到的各种复杂岩土工程技术难题，为工程安全运行奠定了可靠基础。

我们知道，FAST场地的凹陷具有大地形起伏、陡坡、大岩石堆、溶蚀峰林、大规模溶蚀沟、溶蚀槽和溶蚀裂隙等特征。各种不良岩溶现象集中，工程地质和水文地质条件极其复杂。根据动态设计原理，场地挖掘系统的设计可分为方案设计、优化设计、施工图设计和场地设计四个阶段，历时三年半。通过四个阶段岩土工程设计的不断优化，达到最佳开挖效果，初期开挖投资1.85亿元，最终开挖投资0.97亿元。在设计中，技术人员采用了BIM技术、开挖中心选择技术、斜拉索致动器基础坐标分析技术、岩土工程信息平面表达技术、进料塔和圈梁支撑柱位置优化技术、排水防冲技术、螺旋检修道路优化技术、大型施工装配现场和安装工程临时施工现场施工技术、岩堆、危岩和边坡综合治理技术、生态防护技术。这些技术的应用达到了国际领先水平。其中，国家发明专利& ldquo喀斯特洼地排水系统& rdquo技术，经过四个水文年的检验，证明其排水性能良好，场区不存在水患问题；而开挖中心选择技术实现了场地开挖量最小、地质灾害治理成本最低等综合优化目标。

贵州叶正工程技术投资有限公司董事长沈志平告诉记者，他们在自主创新过程中形成的大量关键技术已经总结出来，即将发表。该专著全面系统地反映了FAST工程场地开挖系统建设中遇到的各种技术问题的研究成果，是国内外第一本集学术研究和工程应用于一体的大型岩溶洼地综合利用岩土工程专著。

正是地质人员前期复杂而周密的工作，保证了FAST系统工程的成功选址、安全建设和运行。FAST已经运行一年，正在为我国开展暗物质性质、宇宙演化、太空生命起源、寻找地外文明等研究提供重要支撑。贵州叶正工程技术投资有限公司也在不断对该项目进行回访，今后他们也将关注FAST区域环境信息的综合监测。相信地质学家的话；护送& rdquo，FAST将更加安全有效地运行，为人类探索Waitai 空提供更多线索。